Способ изготовления мерсеризованных волокон
Способ изготовления мерсеризованных волокон содержит по существу обработку целлюлозных волокон мерсеризующим агентом с большой концентрацией растворенных гемицеллюлоз, накопившихся после непрерывной рециркуляции щелочных растворов или путем добавления растворимых углеводов, при концентрации щелочи приблизительно от 5 мас.% до 15 мас.% от общей массы смеси. Температура и период времени должны быть достаточны для того, чтобы изготовить мерсеризованные волокна целлюлозы, образующие волокнистые полотна, имеющие воздушную пористость, равную или больше приблизительно 100 куб. футов в минуту на кв. фут, определенную по процедуре TAPPI Т251 ст-85 при давлении 125 Па на листах ручной отливки 60 гсм. Обеспечивается высокая пористость материала.7 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу производства мерсеризованных целлюлозных волокон и волокнистых изделий, приготовленных из них. Изобретение также относится к целлюлозным волокнам, целлюлозным листовым материалам, содержащим волокна, и изготовленным из них изделиям, таким как масло для автомобилей, воздушные фильтры и табачные изделия.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Мерсеризованные волокна и изготовленные из них изделия известны и описаны в патентах США №5,766,159 и 6,063,982, включенных в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один признак настоящего изобретения относится к мерсеризованным целлюлозным волокнам, которые образуют волокнистое полотно, имеющее воздушную проницаемость, равную или больше приблизительно 100 куб. футов в минуту на кв. фут, определенную по процедуре TAPPI Т251 ст-85 на листах ручной отливки 60 гсм при давлении 125 Па, и предпочтительно имеющее показатель изгиба равный или больше 2,5 и показатель скручиваемости равный или больше 0,28, измеренные анализатором качества волокон (FQA), выпускаемым канадской компанией Optest. Еще один признак настоящего изобретения относится к пористому волокнистому полотну или бумажной или картонной основе, содержащей мерсеризованные волокна настоящего изобретения. Характеристики пористости полотна делают его пригодным для применения там, где желательна пористость полотна.
Еще один признак настоящего изобретения относится к пористой или непористой бумажной или картонной основе, содержащей мерсеризованные волокна настоящего изобретения. Еще один вариант осуществления настоящего изобретения относится к производственному изделию, все тело или часть которого выполнена из волокнистого полотна, содержащего мерсеризованные волокна настоящего изобретения. Существуют также и другие изделия, которые не ограничены абсорбирующим изделием для впитывания жидкости, такие как предметы личной гигиены, санитарные салфетки, тампоны, подгузники, прокладки для недержания, хирургические губки, компрессы, бандажи и носовые платки, которые раскрыты и описаны в патентах США № 5766159 и 6063982, а также фильтрующие изделия, такие как воздушные фильтры, которые раскрыты и описаны в патентах США № 6797044 и 6767391, и масляные фильтры, которые раскрыты и описаны в патентах США № 6706181 и 6379537. Еще один признак настоящего изобретения относится к способу изготовления мерсеризованных волокон настоящего изобретения, который содержит обработку целлюлозных волокон с помощью мерсеризующего агента при концентрации и температуре и в течение времени, которые достаточны для изготовления мерсеризованных целлюлозных волокон настоящего изобретения. Для получения планируемых результатов важно, чтобы эта операция проводилась с помощью мерсеризующей жидкости с большой концентрацией растворенных углеводов, такой как оборотный мерсеризующий раствор "как есть" в его полностью щелочном состоянии.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеизложенные и другие признаки и преимущества изобретения будут далее описаны вместе с прилагаемыми чертежами, где:
на Фиг.1 показано немерсеризованное волокно;
на Фиг.2 показана мерсеризованная форма волокна с Фиг.1;
на Фиг.3 показана контурная длина волокна; и
на Фиг.4 приведен график, иллюстрирующий воздушную проницаемость различных образцов мерсеризованного волокна при испытании по TAPPI T251 cm-85 на листах ручной отливки 60 гсм при давлении 125 Па.
ОПИСАНИЕ ЛУЧШИХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Мерсеризованные целлюлозные волокна, сформованные в волокнистое полотно, имеют воздушную проницаемость, равную или больше приблизительно 100 куб. футов в минуту на кв. фут, определенную по процедуре TAPPI T251 cm-85 на листах ручной отливки 60 гсм при давлении испытания 125 Па. Предпочтительно воздушная проницаемость равна или больше приблизительно 110 куб. футов в минуту на кв. фут. В более предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения волокнистое полотно имеет воздушную проницаемость равную или больше приблизительно 115 куб. футов в минуту на кв. фут и наиболее предпочтительно равную или больше 120 куб. футов на кв. фут.
Предпочтительно, мерсеризованные волокна настоящего изобретения имеют показатель скручиваемости равный или больше приблизительно 0,26, определенный анализатором качества волокон, изготавливаемым и продаваемым канадской компанией OpTest. Показатель скручиваемости и способы его измерения хорошо известны из уровня техники. В лучших вариантах осуществления настоящего изобретения волокна имеют показатель скручиваемости приблизительно от 0,275. Показатель скручиваемости волокон наиболее предпочтительно составляет приблизительно от 0,275 до 0,370 и наиболее предпочтительно приблизительно от 0,285 до 0,360.
Предпочтительно, мерсеризованные волокна настоящего изобретения имеют показатель изгиба равный или больше приблизительно 2,5, определенный анализатором качества волокон, изготавливаемым и продаваемым канадской компанией OpTest. Показатель изгиба и способы его измерения хорошо известны из уровня техники. В лучших вариантах осуществления настоящего изобретения волокна имеют показатель изгиба приблизительно от 2,50 до 2,80. Показатель изгиба волокон более предпочтительно составляет приблизительно от 2,55 до 2,75 и наиболее предпочтительно приблизительно от 2,60 до 2,70.
Мерсеризованные волокна настоящего изобретения могут быть изготовлены из волокон целлюлозы, полученной из лиственной древесины, хвойной древесины или сочетания лиственной и хвойной древесины типа, подготовленного для использования в композиции для производства бумаги любыми известными способами варки, облагораживания и беления, такими как, например, известные механические, термомеханические, химические и полухимические и т.д. способы производства целлюлозы. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть волокон целлюлозы может быть получена из недревесных травянистых растений и/или сельскохозяйственных отходов, включая без ограничения кенаф, выжимки сахарного тростника, коноплю, джут, лен, сизаль или абаку, хотя законодательные ограничения и другие соображения могут сделать использование конопли или других источников волокон непрактичным или невозможным. Источником волокон также могут служить переработанные или вторичные волокна или любые отходы текстиля на основе целлюлозы. В способе настоящего изобретения могут быть использованы волокна беленой или небеленой целлюлозы. В лучших вариантах осуществления изобретения используются смеси волокон целлюлозы, полученной из лиственной и хвойной древесины. В более предпочтительных вариантах осуществления основная часть волокон (больше 50% по массе, предпочтительно больше 60% по массе и наиболее предпочтительно больше приблизительно 80% по массе) получена из беленой целлюлозы хвойных пород древесины и в наиболее предпочтительных вариантах осуществления все или по существу все волокна получены из древесины хвойных пород.
Мерсеризованные целлюлозные волокна настоящего изобретения подготовлены путем обработки подходящих целлюлозных волокон подходящим мерсеризующим агентом с концентрацией, в течение времени и при температуре, достаточных для получения мерсеризованных целлюлозных волокон, имеющих желательные характеристики. Например, волокна древесной массы, выбираемые из группы, состоящей из беленой и небеленой целлюлозы лиственной древесины, хвойной древесины и выжимок, предпочтительно волокна беленой целлюлозы из хвойной древесины, могут быть соединены с некоторым количеством воды для образования кашицы. Количество воды, добавляемое в древесные волокна, должно быть достаточным для того, чтобы образовать кашицу, предпочтительно имеющую консистенцию в диапазоне приблизительно от 0,1 до 88 мас.%, и предпочтительно в диапазоне приблизительно от 8 до 40 мас.%. Консистенция определяется как масса древесных волокон печной сушки в кашице, деленная на общую массу кашицы. Для достижения высокой пористости важно проводить этап мерсеризации с использованием мерсеризующих растворов с большим содержанием растворенных гемицеллюлоз (непрерывно повторно используемых и/или искусственно обогащенных путем добавления растворимых углеводов), потому что только углеводы с большой молекулярной массой могут повторно осаждаться из раствора на поверхность волокон во время мерсеризации.
После получения кашицы она обрабатывается мерсеризующим раствором, полученным путем объединения подходящего мерсеризующего агента или сочетания двух и больше таких агентов с полярным растворителем, таким как вода. Подходящие мерсеризующие агенты включают неорганические основания, такие как гидроксиды щелочных металлов и щелочно-земельных металлов, как например гидроксид калия, гидроксид лития и гидроксид натрия, карбонат натрия и гидроксид аммония, а также различные амины и амиды, используемые при мерсеризации целлюлозных волокон, белый щелок (например, раствор каустика, содержащий Na2S и Na2CO3) или сочетание двух и больше вышеуказанных веществ или смесей с некоторым количеством полярного растворителя, такого как вода. Предпочтительными мерсеризующими агентами являются гидроксиды щелочных металлов и более предпочтительными мерсеризующими агентами являются гидроксид калия и гидроксид натрия.
Эффективность обработки зависит как от концентрации мерсеризующего агента и температуры, так и от использования щелочных мерсеризующих растворов "как есть" после непрерывной циркуляции или обогащенных путем добавления углеводов. При пониженных температурах для получения похожего эффекта могут использоваться более слабые растворы. Концентрации мерсеризующих агентов могут изменяться при условии, что достигаются желательные результаты. При использовании предпочтительных мерсеризующих агентов на основе гидроксида натрия концентрации обычно больше приблизительно 12%, более предпочтительно больше приблизительно 14% и наиболее предпочтительно больше приблизительно 15-20%. Температуры мерсеризации могут изменяться при условии, что достигаются желательные результаты. При использовании предпочтительных мерсеризующих агентов на основе гидроксида натрия температуры обычно выше приблизительно 20°С, более предпочтительно выше приблизительно 23°С и наиболее предпочтительно от приблизительно 20 до приблизительно 80°С.
Хотя обработка целлюлозы мерсеризующим раствором относительно не зависит от консистенции кашицы, меньшая консистенция может требовать более щелочного мерсеризующего раствора для того, чтобы поддерживать желательную концентрацию. Кроме того, консистенции кашицы приблизительно 30 мас.% и выше могут требовать более сложных технологий перемешивания для того, чтобы обеспечить достаточный контакт между древесными волокнами кашицы и крепкой щелочью.
Требуемое время обработки может изменяться при условии, что достигаются желательные результаты по мерсеризованному волокну. Время обработки предпочтительно короткое, хотя обработка древесных волокон крепким щелочным мерсеризующим агентом может проводиться в течение 10 часов и больше, если это желательно. Обычно древесные волокна обрабатываются в течение приблизительно от 10 секунд до 1 часа, более предпочтительно от 30 секунд до 30 минут и наиболее предпочтительно от 1 минуты до 5 минут. Во время обработки древесные волокна и мерсеризующий раствор интенсивно перемешиваются для обеспечения достаточного контакта и реакции между волокнами и щелочным раствором.
Обработка древесных волокон может проводиться при атмосферном давлении, давлении ниже или выше атмосферного. Для облегчения используемых конструкций оборудования и операций наиболее предпочтительным является атмосферное давление.
Мерсеризованные волокна настоящего изобретения могут использоваться в любых целях использования мерсеризованных и обычных целлюлозных волокон. Например, эти волокна, либо отдельно, либо в физической смеси с обычными целлюлозными волокнами, либо сшитые с такими обычными целлюлозными волокнами, описанные более подробно в опубликованной патентной заявке США 2004/0177935, могут использоваться для получения волокнистых полотен с использованием известных способов и устройств. Смотрите, например, способы и устройства, описанные в Руководстве по технологиям целлюлозно-бумажного производства (Handbook For Pulp & Paper Technologies), 2nd Edition, G.A.Smook, Angus Wilde Publications (1992) и указанных в нем справочных материалах. Предпочтительно эти волокнистые полотна изготовлены способом, содержащим: а) получение водной суспензии целлюлозы и b) формование полотна и сушку водной суспензии целлюлозы для получения бумажного или картонного полотна или волокнистой основы.
В этапе (а) лучшего варианта осуществления настоящего изобретения используется водная суспензия целлюлозы. Способы получения водных суспензий целлюлозы хорошо известны в области изготовления бумаги и картона и не будут описаны подробно. Смотрите, например, публикацию G.A.Smook, указанную выше, и указанные в ней справочные материалы. Компонентом целлюлозных волокон в композиции может являться любая целлюлоза химической варки, такой как беленая крафт-целлюлоза, хотя не считается, что изобретение ограничено крафт-целлюлозами, которая также может использоваться давая хороший результат с другими химическими целлюлозами, такими как сульфитные целлюлозы, механические целлюлозы, например целлюлозы из древесной массы, и другие разновидности целлюлозы и их смеси, такие как химико-механическая и термомеханическая целлюлозы. Также подходящими источниками волокон являются переработанные волокна и/или текстильные отходы.
Хотя это и несущественно для настоящего изобретения, целлюлоза предпочтительно подвергается белению для удаления лигнинов и достижения желательной степени белизны при использовании одного или нескольких способов обработки, известных из уровня техники, включая, например, последовательности беления атомарным хлором, последовательности беления с использованием диоксида хлора, последовательности беления без применения хлора, последовательности беления без применения атомарного хлора, а также сочетания или вариации этапов любого из вышеуказанного и других последовательностей и этапов, относящихся к белению. После завершения беления, промывки и пропуска целлюлозы через сита, она обычно подвергается облагораживанию на одном или нескольких этапах.
На этапе (b) способа настоящего изобретения суспензия целлюлозы из этапа (а) формуется в полотно и подвергается сушке для получения сухого бумажного или картонного полотна. Способы и устройства для формования полотна и сушки суспензии целлюлозы хорошо известны в области изготовления бумаги и картона. Смотрите, например, публикацию G.A.Smook, указанную выше, и указанные в ней справочные материалы. Могут использоваться любые известные способы формования полотна и сушки. Следовательно, эти способы не будут описаны в настоящем документе подробно. Для примера, водная композиция сырья для изготовления бумаги, содержащая целлюлозу и другие добавки, выкладывается из загрузочного резервуара подходящей бумагоделательной машины для формования однослойного или многослойного полотна на бумагоделательной машине, такой как длинносеточная машина, или любой другой подходящей бумагоделательной машине, известной из уровня техники, а также на тех, которые могут стать известными в будущем. Например, так называемый "срез" композиции, состоящей из водной кашицы относительно низкой концентрации из волокон целлюлозы вместе с микросферами и различными добавками и наполнителями, диспергированными в ней, выталкивается из загрузочного резервуара на пористую бесконечную движущуюся ленту или сетку, на которой масса обезвоживается путем постепенного дренирования через небольшие отверстия в сетке под действием вакуума в секции формования до тех пор, пока на сетке не будет сформовано полотно из волокон целлюлозы и других материалов. Обезвоженное влажное полотно переносится из секции формовки в секцию прессования на специальные конструкции валов, где оно проходит несколько зон контакта прессов, в которых удаляется вода и уплотняется влажное полотно бумаги. Полотно затем пропускается в секцию начальной сушки для удаления большей части оставшейся влаги и дальнейшего уплотнения волокон полотна с целью получения заданной толщины, плотности и базовой массы.
Полотна мокрой или воздушной укладки могут использоваться для различных целей. Например, полотна настоящего изобретения могут использоваться для целей, когда пористость полотна является преимуществом. Например, волокна и полотна настоящего изобретения могут использоваться для изготовления сигаретной бумаги известными способами, как, например, способами, описанными более подробно в патентах США № 6722889, 6202650 и 5540242.
Для полотен воздушной укладки мерсеризованная целлюлоза может быть измельчена для образования рыхлой целлюлозы с использованием известных способов, как, например, способы, описанные более подробно в патентах США № 5536369, 4676786 и 4269188. Рыхлая целлюлоза затем может использоваться для различного применения. Волокна и рыхлая целлюлоза настоящего изобретения могут быть сформованы в абсорбирующие полотна с использованием известных способов, как, например, способы, используемые для формования полотен воздушной укладки, мокрой укладки, кардованной ваты, полотен нетканых материалов, иглопробивных нетканых полотен, гидросоединения и др.
Например, эти абсорбирующие полотна могут использоваться для изготовления тех изделий, для которых характеристики впитывания/пористости полотна и волокон настоящего изобретения являются преимуществом, например, предметов личной гигиены, таких как подгузники, тампоны, санитарные салфетки, детские слюнявчики и прокладки против недержания, хирургические губки, компрессы, бандажи, носовые платки. Эти изделия и способы их производства описаны более подробно в патентах США № 5019063, 6063982 и 5766159. Например, абсорбирующие изделия настоящего изобретения в виде предметов личной гигиены содержат по меньшей мере один верхний слой, проницаемый для жидкости, по меньшей мере один задний слой, непроницаемый для жидкости, примыкающий к верхнему слою, и по меньшей мере один впитывающий промежуточный слой между верхним слоем и задним слоем. Впитывающий промежуточный слой настоящего изобретения имеет воздушную пористость равную или больше приблизительно 100 куб. футов в минуту на кв. фут, определенную по процедуре TAPPI T251 cm-85 на листах ручной отливки 60 гсм при давлении испытания 125 Па. Предпочтительно воздушная пористость промежуточного слоя равна или больше приблизительно 110 куб. футов в минуту на кв. фут. В лучших вариантах осуществления настоящего изобретения волокнистое полотно имеет воздушную пористость равную или больше приблизительно 125 куб. футов в минуту на кв. фут.
Впитывающий промежуточный слой обычно содержит приблизительно от 10 до 100 мас.% рыхлой древесной массы настоящего изобретения. Этот впитывающий слой предпочтительно содержит приблизительно от 20 до 100 мас.% рыхлой древесной массы и наиболее предпочтительно приблизительно 50 мас.% рыхлой древесной массы и приблизительно 50 мас.% необработанного волокна. Как вариант, впитывающий промежуточный слой может состоять приблизительно из 10-90 мас.% рыхлой древесной массы и приблизительно 10-90 мас.% сверхвпитывающих полимеров в форме зерен, порошков, небольших нитей или других форм. Сверхвпитывающие полимеры могут быть смешаны с рыхлой древесной массой или могут быть помещены в отдельный впитывающий слой над или под слоем рыхлой древесной массы для образования составного впитывающего промежуточного слоя.
И материал, проницаемый для жидкости, и материал, непроницаемый для жидкости, когда они используются, хорошо известны специалистам в данной области. Соответственно, верхний слой может быть изготовлен из различных материалов, таких как пористые пены, ячеистые пены, пластиковые пленки с отверстиями, природные (например, древесные или хлопковые) волокна, синтетические волокна (например, полиэфирные или полипропиленовые), или из сочетаний природных и синтетических волокон. Предпочтительно, материал, проницаемый для жидкости, является гидрофобным, который будет эффективно отделять кожу человека от жидкости впитывающим промежуточным слоем. Материал, проницаемый для жидкости, на верхнем слое может быть обработан для того, чтобы облегчить прохождение жидкости через этот слой, при признании того, конечно, что верхний слой должен оставаться относительно гидрофобным по сравнению с впитывающим промежуточным слоем. При наложении на него верхнего слоя из гибкого, проницаемого для жидкости материала образуется изделие - предмет личной гигиены. В одном из лучших вариантов осуществления вторая поверхность промежуточного слоя покрыта задним листом из непроницаемого для жидкости материала, так что впитывающий промежуточный слой находится между верхним слоем и задним слоем. Задний слой предпочтительно изготавливается из тонкой пластиковой полиолефиновой пленки, которая относительно непроницаемая для жидкости. Соответственно, материал заднего слоя выбирается так, чтобы эффективно препятствовать жидкости, впитываемой впитывающим промежуточным слоем, смачивать предметы одежды и другие вещи, контактирующие с предметом личной гигиены. Предпочтительно, задним слоем является полиэтиленовая пленка толщиной приблизительно от 0,012 мм до 0,051 см. Однако любой имеющийся в продаже непроницаемый для жидкости материал, имеющий подходящую гибкость, может быть использован для изготовления заднего слоя.
Волокна и рыхлая целлюлоза настоящего изобретения могут быть изготовлены в форме фильтровальных полотен с помощью способов, хорошо известных из уровня техники. Например, такие фильтровальные полотна могут использоваться для производства изделий, для которых характеристики пористости полотна и волокон настоящего изобретения будут являться преимуществом, например, воздушных фильтров и масляных фильтров. Такие фильтры хорошо известны из уровня техники и не будут описаны в настоящем документе подробно.
Настоящее изобретение теперь будет описано со ссылками на нижеследующие примеры. Эти примеры являются только иллюстративными, и настоящее изобретение не ограничено материалами, условиями или параметрами способов, изложенных в примерах.
ПРИМЕР 1
Согласно этому способу стандартная беленая крафт-целлюлоза из болотной сосны (необлагороженная, производится на бумажной фабрике Джорджтауна) обрабатывается 15% гидроксида натрия при комнатной температуре в течение 5-7 минут. Рыхлая древесная масса промывается и загущается. Листы изготавливаются с массой приблизительно 750 г на кв. метр, сушатся до содержания влаги приблизительно 7% и проходят испытания. Использование этого способа для производства древесной массы для изготовления абсорбирующих изделий раскрыто в патентах США № 5,766,159 и 6,063,983, включенных в настоящий документ в полном объеме путем ссылки. Ранее проверки качества древесной массы не охватывали пористость или такие другие свойства, как изгиб и скручиваемость, так как эти способы не были известны. Для обработки волокна были выбраны три концентрации каустика (5, 10 и 15%). Изучение волокон под микроскопом выявило, что обработка волокна 15% каустиком дала различия в форме волокон в отношении скручиваемости и спутанности.
Для получения значений спутанности использовался анализ качества волокон.
Анализ качества волокон - изгиб и скручиваемость *
Анализ качества волокон (FQA) обеспечивает измерение длины, ширины, изгиба и скручиваемости волокон в суспензии. Этот анализ выполняется с помощью анализатора волокон, который содержит цитометрическую проточную кювету, через которую пропускаются волокна. Вся проба берется из лабораторного сосуда, и одна камера высокого разрешения делает снимки отдельных волокон. При измерениях, описанных ниже, используется круговой поляризованный свет.
a) Длина волокна: характеризуется как контурная длина (L) или проецируемая длина от конца до конца (I). Смотрите Фиг.3.
b) Скручиваемость: является постепенной и непрерывной кривизной волокна и определяется показателем скручиваемости:
Показатель скручиваемости = (L/I)-1
c) Изгиб: резкое изменение кривизны волокна, определяемое показателем изгиба Кибблуайта (Kibblewhite). Модифицированный показатель изгиба является взвешенной суммой количества N(x) изгибов в диапазоне "x" углов изгиба.
Показатель изгиба = [2N(21-45)+3N(46-90)+4N(91-180)/L общую]
Проба сравнивалась с необработанной древесной массой, а также с имеющейся в продаже целлюлозой (целлюлоза НВА "изогнутое волокно" компании Weyer-haeuser) и показала следующие отличия:
| Номер пробы | Длина волокна, мм | Длина волокна, мм | Показатель скручиваемости | Показатель изгиба |
| Взвешенная длина | Взвешенная масса | |||
| Контрольная | 2,37 | 3,08 | 0,142 | 1,41 |
| НВА | 2,35 | 3,04 | 0,257 | 2,31 |
| Мерсеризованная | 1,91 | 2,51 | 0,340 | 2,68 |
На основе данных анализа FQA и изучения под микроскопом были проведены испытания абсорбции рыхлой целлюлозой. Однако эти испытания были дополнены физическими измерениями, и было выявлено, что мерсеризованная целлюлоза была слишком пористой и вышла за пределы шкалы обычного прибора измерения пористости Tappi Gurley.
Пористость целлюлозы определялась с помощью следующего оборудования:
а) капиллярного поточного пермеаметра - дает постоянную проницаемости Дарси и единицы Gurley; b) пермеаметра "Cerulan PPM 100" - результаты выражаются в единицах Coresta.
Капиллярный поточный пермеаметр
В данном оборудовании лист бумаги или целлюлозы устанавливается в камеру для образца и герметизируется с использованием верхнего и нижнего уплотнительных колец для предотвращения утечки на сторонах образца. Диаметр образца, его толщина и желательные контрольные значения (например, перепад давления, расход) вводятся в интуитивно понятное программное обеспечение, и начинаются испытания. После завершения испытаний отчет, генерируемый программным обеспечением, используется для предварительной обработки данных и вычисления значений проницаемости. Могут использоваться различные модели пермеаметров для измерения проницаемости образца в единицах Rayls, Gurley, Frazier и Дарси, а также в других единицах. Постоянная проницаемости по Дарси вычисляется по уравнению
где
С = Постоянная проницаемости по Дарси,
F = Расход,
Т = Толщина образца,
V = Вязкость газа (см. таблицу ниже),
D = Диаметр образца,
Р = Давление (атмосфер).
Таблица значений вязкости
| Газ/жидкость | Воздух | Аргон | Гелий | Азот | Вода |
| Вязкость | 0,0185 | 0,221 | 0,000198 | 0,0185 | 1 |
Наш образец сравнивался с образцами целлюлозы, имеющимися в продаже, и показал следующие отличия:
| Номер образца | Проницаемость по Дарси |
| Товарная целлюлоза | 1,0258 |
| Мерсеризованная | 7,2525 |
Число Gurley относится к числу секунд, требующихся для пропускания 100 мл воздуха в рабочий объем цилиндра. Наш образец показал следующие результаты:
| Номер образца | Среднее число Gurley |
| Товарная целлюлоза 1 | 2,3628 |
| Товарная целлюлоза 2 | 1,6318 |
| Мерсеризованная | 0,61522 |
Пермеаметр "Cerulean PPM 100" - Проверка пористости по Coresta
Данное оборудование обеспечивает точную проверку воздушной проницаемости для большинства типов бумаги в диапазоне 10-40000 единиц Coresta. Coresta является сокращенным названием Centre de Cooperation pour les Recherches Scienti-fiques Relatives au Tabac (Центра сотрудничества в научных исследованиях, относящихся к табаку) международной организации представителей табачной промышленности, обменивающихся научно-технической информацией, касающейся табачных заводов и табачной продукции.
Пористость сигаретной бумаги может быть выражена в мл/мин/см2, объем воздуха в миллилитрах (при 20°С, 760 торр, относительная влажность 55-65%), которых проходит через 1 см2 плоского образца бумаги за 1 минуту при создании отрицательного давления 100 мм водн. ст. на одной стороне образца. При анализе с помощью пермеаметра "Cerulean PPM 100" образец показал следующие результаты:
| Номер образца | Единицы Coresta |
| Коммерческий 1 | 461 |
| Коммерческий 2 | 503 |
| Мерсеризованный | 2705 |
Проверка показала, что этот материал с высокой пористостью может использоваться в производстве сигаретной бумаги, чтобы позволить разбавлять никотин путем всасывания воздуха. Материалы с высокой пористостью также могут улучшить технические характеристики автомобильных фильтров или других фильтров в общем. Данный сверхпористый материал также мог бы применяться в акустике, например как звукопоглощающий материал. Наша мерсеризованная целлюлоза может использоваться одна или вместе с другими типами волокон (синтетическими или нет) для улучшения фильтрующей способности.
Таким образом, абсорбирующие изделия настоящего изобретения содержат целлюлозу, обработанную химическими веществами, обычно используемыми в отрасли. Кроме того, химические вещества, используемые для создания рыхлой целлюлозы, могут быть легко удалены путем простой промывки водой. Еще одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что целлюлоза с повышенной абсорбирующей способностью может быть изготовлена с помощью недорогих химических веществ при относительно коротком времени реакции. Полученная рыхлая древесная масса может использоваться без добавок в качестве впитывающего промежуточного слоя или может быть соединена с другими супервпитывающими соединениями и волокнами для повышения абсорбирующей способности.
Хотя в настоящем описании раскрыты конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, эти примеры используются просто для иллюстрации изобретения. Специалисты в данной области могут определить многочисленные изменения, модификации и замены для изобретения в сути и объеме прилагаемой формулы изобретения.
ПРИМЕР 2
Характеристика воздушной проницаемости нескольких различных коммерческих мерсеризованных целлюлоз против мерсеризованной беленой крафт-целлюлозы из болотной сосны согласно настоящему изобретению оценивалась по процедуре TAPPI T251 сm-85. Результаты приведены в следующей таблице 1.
| ТАБЛИЦА 1 | ||
| Воздушная проницаемость, куб. футов в минуту на кв. фут | Стандартное отклонение | |
| Коммерческая А (1) | 95,3 | 4,4 |
| Коммерческая А (2) | 108 | 5,6 |
| Коммерческая В (1) | 108 | 10,9 |
| Коммерческая В (2) | 105 | 13,2 |
| Целлюлоза 1 настоящего изобретения | 127 | 3,8 |
| Целлюлоза 2 настоящего изобретения | 150 | 11,6 |
| Целлюлоза 3 настоящего изобретения | 125 | 6,2 |
Испытание на воздушную проницаемость проводилось с помощью устройства FX 3300 по стандарту TAPPI T251 cm-85 (образцы 60 гсм, при давлении 125 Па).
Данные результаты с соответствующими стандартными отклонениями показаны в форме графика на Фиг.4.
ПРИМЕР 3
Образцы беленых необлагороженных крафт-целлюлоз из болотной сосны мерсеризовались при вышеуказанных условиях с использованием свежего щелочного раствора или повторно используемых щелочных растворов. После стандартного времени реакции целлюлозы промывали водой, сушили и испытывали на воздушную проницаемость. В таблице 2 ниже приведены данные по улучшению пористости от исходных условий (свежий щелочной раствор, обедненный путем растворения гемицеллюлоз) и для тех же волокон после мерсеризации щелочным растворов, который повторно использовался 2 или 3 раза.
| ТАБЛИЦА 2 | ||
| Повторное использование | Воздушная проницаемость | Стандартное отклонение |
| 0 | 108 | 5,6 |
| 2 | 121 | 5,3 |
| 3 | 129 | 3,8 |
Испытание проводилось IPS (Appleton-WI) с помощью устройства FX 3300 по стандарту TAPPI T251 сm-85 (образцы 60 гсм, при давлении 125 Па).
1. Способ изготовления мерсеризованных волокон, содержащий по существу обработку целлюлозных волокон мерсеризующим агентом с большой концентрацией растворенных гемицеллюлоз, накопившихся после непрерывной рециркуляции щелочных растворов или путем добавления растворимых углеводов, при концентрации щелочи приблизительно от 5 до 15 мас.% от общей массы смеси при температуре и в течение периода времени, достаточных для того, чтобы изготовить мерсеризованные волокна целлюлозы, образующие волокнистые полотна, имеющие воздушную пористость, равную или больше приблизительно 100 куб. футов в минуту на кв. фут, определенную по процедуре TAPPI Т251 ст-85 при давлении 125 Па на листах ручной отливки 60 гсм.
2. Способ по п.1, где воздушная пористость мерсеризованных волокон равна или больше приблизительно 120 куб.футов в минуту на кв.фут, определенная по процедуре TAPPI Т251 ст-85 при давлении 125 Па на листах ручной отливки 60 гсм.
3. Способ по п.1, где мерсеризованные волокна имеют показатель скручиваемости, равный или больше приблизительно 0,26.
4. Способ по п.1, где мерсеризованные волокна имеют показатель скручиваемости, находящийся в диапазоне приблизительно от 0,275 до приблизительно 0,370.
5. Способ по п.1, где мерсеризованные волокна имеют показатель изгиба, равный или больше приблизительно 2,5.
6. Способ по п.1, где мерсеризованные волокна имеют показатель изгиба, находящийся в диапазоне приблизительно от 2,50 до приблизительно 2,80.
7. Способ по п.1, где мерсеризованные волокна получают с использованием мерсеризующих растворов, обогащенных растворенными гемицеллюлозами, путем непрерывной рециркуляции повторно используемых и/или дополнительно искусственно обогащенных растворов с добавленными растворимыми углеводами с тем, чтобы высокомолекулярные углеводы могли переосаждаться из раствора на поверхность волокон в течение мерсеризации.
8. Способ по п.7, где мерсеризующие растворы используют при температуре от приблизительно 20°С до приблизительно 80°С.
