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DE3781959T2 - METHOD FOR PRODUCING INDIVIDUALLY CROSSLINKED FIBERS. - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING INDIVIDUALLY CROSSLINKED FIBERS.

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Publication number
DE3781959T2
DE3781959T2 DE8787305612T DE3781959T DE3781959T2 DE 3781959 T2 DE3781959 T2 DE 3781959T2 DE 8787305612 T DE8787305612 T DE 8787305612T DE 3781959 T DE3781959 T DE 3781959T DE 3781959 T2 DE3781959 T2 DE 3781959T2
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DE
Germany
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fibers
crosslinking
crosslinking agent
crosslinked
fiber
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DE8787305612T
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Walter Lee Dean
Carlisle Mitchell Herron
Danny Raymond Moore
James William Owens
Howard Leon Schoggen
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Georgia Pacific Nonwovens LLC
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Buckeye Cellulose Corp
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Publication of DE3781959T2 publication Critical patent/DE3781959T2/en
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    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/10Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing oxygen
    • D06M13/12Aldehydes; Ketones
    • D06M13/127Mono-aldehydes, e.g. formaldehyde; Monoketones

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Abstract

A process for making individualized, crosslinked fibers having low levels of residual crosslinking agent. The fibers are made by contacting the fibers with a crosslinking agent; reacting the crosslinking agent with the fibers to form intrafiber crosslink bonds in the substantial absence of interfiber bonds; and washing the fibers with an alkaline solution.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF INVENTION

Diese Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen individualisierter, vernetzter Fasern. Insbesondere betrifft diese Erfindung Verfahren zum Herstellen solcher Fasern, bei welchen reduzierte Pegel von restlichem Vernetzungsmittel erhalten werden.This invention relates to methods for making individualized crosslinked fibers. In particular, this invention relates to methods for making such fibers in which reduced levels of residual crosslinking agent are obtained.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Fasern, welche in im wesentlichen individualisierter Form vernetzt worden sind, und verschiedene Verfahren zum Herstellen solcher Fasern wurden in der einschlägigen Literatur beschrieben. Der Ausdruck "individualisierte, vernetzte Fasern" bezieht sich auf Fasern auf Cellulosebasis, welche primär intrafaserige, chemische Vernetzungsbindungen aufweisen. D. h., daß die Vernetzungsbindungen in erster Linie zwischen Cellulosemolekülen einer einzelnen Faser und nicht zwischen Cellulosemolekülen verschiedener Fasern vorliegen. Im allgemeinen werden individualiserte, vernetzte Fasern als brauchbar bei Anwendungen in absorbierenden Produkten erachtet. Im allgemeinen sind drei Kategorien von Verfahren genannt worden, um individualisierte, vernetzte Fasern herzustellen. Diese Verfahren, die nachstehend beschrieben werden, werden hierin als 1) Trockenvernetzungsverfahren, 2) Vernetzungsverfahren in wässeriger Lösung und 3) Vernetzungsverfahren in im wesentlichen nichtwässeriger Lösung bezeichnet. Die Fasern selbst und absorbierende Strukturen, welche individualisierte, vernetzte Fasern enthalten, weisen im allgemeinen eine Verbesserung in mindestens einer signifikanten Absorptionsfähigkeit im Verhältnis zu konventionellen unvernetzten Fasern auf. Diese Verbesserung in der Saugfähigkeit wird oft in Begriffen von Absorptionsfähigkeit angegeben. Zusätzlich dazu weisen absorbierende Strukturen, welche aus individualisierten, vernetzten Fasern hergestellt sind, im allgemeinen eine erhöhte Naßelastizität und erhöhte Trockenelastizität im Verhältnis zu absorbierenden Strukturen, welche aus unvernetzten Fasern hergestellt sind, auf. Dar Ausdruck "Elastizität" soll sich hienach auf die Fähigkeit von Kissen beziehen, welche aus Fasern auf Cellulosebasis hergestellt sind, um nach Nachlassen einer Kompressionskraft in einen expandierten Originalzustand zurückzukehren. Trockenelastizität bezieht sich insbesondere auf die Fähigkeit einer absorbierenden Struktur, nach Nachlassen von Kompressionskraft, welche aufgebracht wird, während die Fasern sich in einem im wesentlichen trockenen Zustand befinden, zu expandieren. Naßelastizität bezieht sich insbesondere auf die Fähigkeit einer absorbierenden Struktur, nach Nachlassen von Kompressionskraft, welche aufgebracht wird, während die Fasern sich in befeuchtetem Zustand befinden, zu expandieren. Für Zwecke dieser Erfindung und übereinstimmend mit der Offenbarung soll Naßelastizität für eine absorbierende Struktur, welche bis zur Sättigung befeuchtet worden ist, beobachtet und berichtet werden.Fibers which have been crosslinked in a substantially individualized form and various processes for making such fibers have been described in the relevant literature. The term "individualized crosslinked fibers" refers to cellulosic fibers which have primarily intrafiber chemical crosslinking bonds. That is, the crosslinking bonds are primarily between cellulose molecules of a single fiber rather than between cellulose molecules of different fibers. In general, individualized crosslinked fibers are considered useful in absorbent product applications. In general, three categories of processes have been identified to make individualized crosslinked fibers. These processes, which are described below, are referred to herein as 1) dry crosslinking processes, 2) aqueous solution crosslinking processes, and 3) substantially nonaqueous solution crosslinking processes. The fibers themselves and absorbent structures containing individualized crosslinked fibers generally exhibit an improvement in at least one significant absorbency relative to conventional uncrosslinked fibers. This improvement in absorbency is often expressed in terms of absorbency. In addition, absorbent structures made from individualized, cross-linked fibers generally exhibit increased wet resilience and increased dry resilience relative to absorbent structures made from non-cross-linked fibers. The term "resilience" shall hereinafter refer to the ability of pads made from cellulosic fibers to return to an original expanded state upon release of a compressive force. Dry resilience refers in particular to to the ability of an absorbent structure to expand upon release of compressive force applied while the fibers are in a substantially dry state. Wet resilience particularly refers to the ability of an absorbent structure to expand upon release of compressive force applied while the fibers are in a moistened state. For purposes of this invention and consistent with the disclosure, wet resilience is to be observed and reported for an absorbent structure that has been moistened to saturation.

Verfahren zum Herstellen individualisierter, vernetzter Fasern mit einer trockenen Vernetzungstechnologie sind im US-Patent Nr. 3,224,926, ausgegeben an L.J.Bernardin am 21. Dezember 1965, beschrieben. Individualisierte, vernetzte Fasern werden durch Imprägnieren gequollener Fasern in einer wässerigen Lösung mit einem Vernetzungsmittel, Entwässerung und Defibrierung der Fasern durch mechanische Einwirkung und Trocknen der Fasern bei erhöhter Temperatur, um eine Vernetzung zu bewirken, während die Fasern sich in einem im wesentlichen vereinzelten Zustand befinden, hergestellt. Die Fasern sind in ungequollenem kollabierten Zustand inhärent vernetzt als Resultat dessen, daß vor der Vernetzung eine Entwässerung stattfindet. Verfahren, wie sie in dem US-Patent Nr. 3,224,926 beispielhaft sind und bei welchen das Eintreten einer Vernetzung ausgelöst wird, während sich die Fasern in einem ungequollenen kollabierten Zustand befinden, werden als Verfahren zur Herstellung von "trockenvernetzten" Fasern bezeichnet. Trockenvernetzte Fasern sind durch geringe Fluidretentionswerte (FRV) charakterisiert. Im US-Patent Nr. 3,440,135, am 22. April 1969 an R. Chung ausgegeben, wird vorgeschlagen, die Fasern in einer wässerigen Lösung eines Vernetzungsmittels einzuweichen, um vor dem Ausführen eines Trockenvernetzungsarbeitsgangs, welcher ähnlich jenem im US-Patent Nr. 3,224,926 beschriebenen ist, Interfaser-Bindungskapazität zu reduzieren. Diese zeitaufwendige Vorbehandlung, vorzugsweise zwischen ungefähr 16 bis 48 Stunden, soll angeblich durch Reduktion des Nitratgehaltes als Resultat von unkompletter Defibration Produktqualität verbessern.Methods for making individualized, crosslinked fibers using a dry crosslinking technology are described in U.S. Patent No. 3,224,926, issued to L.J. Bernardin on December 21, 1965. Individualized, crosslinked fibers are made by impregnating swollen fibers in an aqueous solution with a crosslinking agent, dewatering and defibrating the fibers by mechanical action, and drying the fibers at an elevated temperature to effect crosslinking while the fibers are in a substantially individualized state. The fibers are inherently crosslinked in an unswollen, collapsed state as a result of dewatering occurring prior to crosslinking. Processes such as those exemplified in U.S. Patent No. 3,224,926, in which crosslinking is induced to occur while the fibers are in an unswollen, collapsed state, are referred to as processes for producing "dry crosslinked" fibers. Dry crosslinked fibers are characterized by low fluid retention values (FRV). U.S. Patent No. 3,440,135, issued April 22, 1969 to R. Chung, proposes soaking the fibers in an aqueous solution of a crosslinking agent to reduce interfiber bonding capacity prior to performing a dry crosslinking operation similar to that described in U.S. Patent No. 3,224,926. This time-consuming pretreatment, preferably between approximately 16 to 48 hours, is said to improve product quality by reducing the nitrate content as a result of incomplete defibration.

Verfahren zum Herstellen von in wässeriger Lösung vernetzten Fasern sind beispielsweise im US-Patent Nr. 3,241,553, am 22. März 1966 an F.H.Steiger ausgegeben, geoffenbart. Individualisierte, vernetzte Fasern werden durch Vernetzen der Fasern in einer wässerigen Lösung hergestellt, welche ein Vernetzungsmittel und einen Katalysator enthält. Auf diese Art hergestellte Fasern werden hiernach als "in wässeriger Lösung vernetzte Fasern" bezeichnet. Zufolge des quellenden Effekts von Wasser auf Fasern auf Cellulosebasis werden in wässeriger Lösung vernetzte Fasern vernetzt, während sie sich in einem unkollabierten gequollenen Zustand befinden. Im Verhältnis zu trockenvernetzten Fasern haben in wässeriger Lösung vernetzte Fasern, wie im US-Patent Nr. 3,241,553 geoffenbart, größere Flexibilität und geringere Steifigkeit und sind durch höheren Fluidretentionswert (FRV) gekennzeichnet. Absorbierende Strukturen, welche aus in wässeriger Lösung vernetzten Fasern hergestellt sind, weisen eine geringere Naß- und Trockenelastizität als aus trockenvernetzten Fasern hergestellte Kissen auf.Methods for making aqueous solution crosslinked fibers are disclosed, for example, in U.S. Patent No. 3,241,553, issued March 22, 1966 to F.H. Steiger. Individualized crosslinked fibers are made by crosslinking the fibers in an aqueous solution containing a crosslinking agent and a catalyst. Fibers made in this manner are hereinafter referred to as "aqueous solution crosslinked fibers." Due to the swelling effect of water on cellulosic fibers, aqueous solution crosslinked fibers are crosslinked while in an uncollapsed, swollen state. Relative to dry-crosslinked fibers, aqueous solution crosslinked fibers, as disclosed in U.S. Patent No. 3,241,553, have greater flexibility and lower stiffness and are characterized by higher fluid retention value (FRV). Absorbent structures made from aqueous solution crosslinked fibers have lower wet and dry resilience than pads made from dry-crosslinked fibers.

Im US-Patent Nr. 4,035,147, welches an S.Sangenis, G.Guiroy und J.Quere am 12. Juli 1977 ausgegeben wurde, ist ein Verfahren geoffenbart, gemäß welchem individualisierte, vernetzte Fasern dadurch hergestellt werden, daß dehydrierte, ungequollene Fasern mit Vernetzungsmittel und Katalysator in einer im wesentlichen nicht wässerigen Lösung, welche eine zum Quellen der Fasern unzureichende Menge Wasser enthält, in Kontakt gebracht werden. Vernetzung tritt ein, während die Fasern sich in dieser im wesentlichen nicht wässerigen Lösung befinden. Diese Verfahrensart wird hiernach als Vernetzungsverfahren in nicht wässeriger Lösung bezeichnet; und die dadurch hergestellten Fasern werden als in nicht wässeriger Lösung vernetzte Fasern bezeichnet. Die in nicht wässeriger Lösung vernetzten Fasern, welche im US-Patent Nr. 4,035,147 geoffenbart sind, quellen selbst auf verlängerten Kontakt mit Lösungen hin, welche den Fachleuten auf dem Gebiet als Quellmittel bekannt sind, nicht. Ähnlich trockenvernetzten Fasern sind sie durch Vernetzungsbindungen stark versteift, und daraus hergestellte absorbierende Strukturen weisen relativ hohe Naß- und Trockenelastizität auf.In U.S. Patent No. 4,035,147, issued to S. Sangenis, G. Guiroy and J. Quere on July 12, 1977, a process is disclosed whereby individualized crosslinked fibers are made by contacting dehydrated, unswollen fibers with crosslinking agent and catalyst in a substantially non-aqueous solution containing an insufficient amount of water to swell the fibers. Crosslinking occurs while the fibers are in this substantially non-aqueous solution. This type of process is hereinafter referred to as a non-aqueous solution crosslinking process; and the fibers produced thereby are referred to as non-aqueous solution crosslinked fibers. The non-aqueous solution crosslinked fibers disclosed in U.S. Patent No. 4,035,147 do not swell even upon prolonged contact with solutions known to those skilled in the art as swelling agents. Similar to dry crosslinked fibers, they are highly stiffened by crosslink bonds, and absorbent structures made therefrom exhibit relatively high wet and dry elasticity.

Von wie hierin zuvor beschriebenen vernetzten Fasern wird angenommen, daß sie für Anwendungen bei absorbierenden Produkten mit geringerer Dichte, wie z. B. Windeln, und auch für Anwendungen bei absorbierenden Produkten mit höherer Dichte, wie z. B. Monatsbinden, nützlich sind. Jedoch haben solche Fasern im Hinblick auf ihre Nachteile und Kosten gegenüber konventionellen Fasern nicht ausreichend Absorptionsvorteile geboten, um zu signifikanten kommerziellen Erfolgen zu führen. Kommerzieller Anreiz von vernetzten Fasern hat auch zufolge von Sicherheitsinteressen gelitten. Das am meisten genannte Vernetzungsmittel in der Literatur, Formaldehyd, verursacht unglücklicherweise Irritation der menschlichen Haut und ist mit anderen menschlichen Sicherheitsinteressen in Verbindung gebracht worden. Herabsetzen von freiem Formaldehyd auf hinreichend geringe Pegel im vernetzten Produkt, so daß Irritation der Haut und andere menschliche Sicherheitsinteressen vermieden werden, ist sowohl durch technische als auch ökonomische Schwierigkeiten verhindert worden.Crosslinked fibers as described hereinbefore are believed to be useful for applications in lower density absorbent products such as diapers and also for applications in higher density absorbent products such as sanitary napkins. However, such fibers have not offered sufficient absorbent advantages over conventional fibers in view of their disadvantages and costs to result in significant commercial success. Commercial appeal of crosslinked fibers has also suffered due to safety concerns. The most commonly cited crosslinking agent in the literature, formaldehyde, unfortunately causes human skin irritation and has been linked to other human safety concerns. Reducing free formaldehyde to sufficiently low levels in the crosslinked product so that skin irritation and other human safety concerns are avoided has been prevented by both technical and economic difficulties.

Aus anderen Vernetzungsmitteln als aus Formaldehyd hergestellte vernetzte Fasern können auch Restpegel von Vernetzungsmittel enthalten, welche höher sind als sie für Anwendungen in der Nachbarschaft der menschlichen Haut bevorzugt sind. Demnach kann es wünschenswert sein, die Fasern, im Anschluß an das Vernetzen auf solch eine Art zu behandeln, um den Pegel an unstabilem restlichen Vernetzungsmittel an den Fasern zu reduzieren. Ein Verfahren, um dies auszuführen, ist es, die Fasern im Anschluß an das Vernetzen mit Wasser zu waschen. Dieses Verfahren ist wirksam, aber reduziert nicht den Pegel von restlichem Vernetzungsmittel auf einen so niederen Wert, als wünschenswert wäre. Zusätzlich erfordert solch Waschen nach dem Vernetzen zusätzlichen Kosten- und Arbeitsaufwand, welche mit dem Waschen und Trocknen der Fasern verbunden sind.Crosslinked fibers made from crosslinking agents other than formaldehyde may also contain residual levels of crosslinking agent that are higher than those preferred for applications in the vicinity of human skin. Accordingly, it may be desirable to treat the fibers following crosslinking in such a manner as to reduce the level of unstable residual crosslinking agent on the fibers. One method of accomplishing this is to wash the fibers with water following crosslinking. This method is effective, but does not reduce the level of residual crosslinking agent to as low a level as would be desirable. In addition, such post-crosslinking washing requires additional cost and labor associated with washing and drying the fibers.

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, kommerziell machbare individualisierte, vernetzte Fasern und aus solchen Fasern hergestellte absorbierende Strukturen, wie oben beschrieben, anzugeben, welche sicher in der Nachbarschaft der menschlichen Haut verwendet werden können.It is an object of this invention to provide commercially viable individualized, cross-linked fibers and absorbent structures made from such fibers as described above which can be safely used in the vicinity of human skin.

Es ist zusätzlich ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen individualisierter, vernetzter Fasern mit niedrigen Pegeln von restlichem Vernetzungsmittel anzugeben, bei welchem Kapitalinvestition für Ausstattung und damit verbundene Arbeitskosten minimiert sind.It is an additional object of this invention to provide a method for producing individualized, crosslinked fibers with low levels of residual crosslinking agent, in which capital investment in equipment and associated labor costs are minimized.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen individualisierter, vernetzter Fasern auf Cellulosebasis angegeben, bei welchem das genannte Verfahren die Schritte umfaßt von:According to the present invention, there is provided a method for producing individualized, cross-linked cellulose-based fibers, wherein said method comprises the steps of:

a) Beistellen von Fasern auf Cellulosebasis und In-Berührung- Bringen der genannten Fasern in einer wässerigen Lösung mit einer ausreichenden Menge eines Vernetzungsmittels, welches aus C&sub2;-C&sub8;-Dialdehyden, Säureanaloga der genannten Dialdehyde und Oligomeren der genannten Dialdehyde und der genannten Säureanaloga ausgewählt ist, um, nach Reaktion, von 0,5 Mol.% bis 3,5 Mol.% Vernetzungsmittel auf einer Cellulose-Anhydroglucose-Molarbasis zu ergeben, um so den genannten reagierten Fasern einen Wasserretentionswert von 28 bis 45 zu verleihen;a) providing cellulosic fibers and contacting said fibers in an aqueous solution with a sufficient amount of a crosslinking agent selected from C2-C8 dialdehydes, acid analogs of said dialdehydes, and oligomers of said dialdehydes and said acid analogs to yield, upon reaction, from 0.5 mole percent to 3.5 mole percent crosslinking agent on a cellulose anhydroglucose molar basis so as to impart to said reacted fibers a water retention value of from 28 to 45;

b) Entwässern der genannten Fasern auf eine Konsistenz von 30 Gewichts-% bis 80 Gewichts-% Fasern und Defibrierung der genannten Fasern zu im wesentlichen individueller Form;b) dewatering said fibres to a consistency of 30% to 80% by weight fibres and defibrating said fibres to a substantially individual shape;

c) Lufttrocknen der genannten Fasern, während sie individualisiert sind, unter Bedingungen, welche Faser-an-Faser-Kontakt verhindern, und Reaktion des genannten Vernetzungsmittels mit den genannten Fasern, um Intrafaser-Vernetzungsbindungen beim deutlichen Fehlen von Interfaser-Bindungen auszubilden; undc) air drying said fibers while they are individualized under conditions preventing fiber-to-fiber contact and reacting said crosslinking agent with said fibers to form intrafiber crosslink bonds in the substantial absence of interfiber bonds; and

d) Waschen der genannten vernetzten Fasern mit einer alkalischen Lösung, welche einen pH-Wert größer als 7 hat und einen Bestandteil zum Zersetzen hemiacetaler Bindungen enthält, während er gegenüber acetalen Bindungen neutral ist, um dadurch das Ausmaß von umgesetzten und restlichem Vernetzungsmittel zu reduzieren.d) washing said crosslinked fibers with an alkaline solution having a pH greater than 7 and containing a component for decomposing hemiacetal bonds while being neutral toward acetal bonds, thereby reducing the amount of reacted and residual crosslinking agent.

Vorzugsweise hat die alkalische Lösung einen pH-Wert von mehr als 9.Preferably, the alkaline solution has a pH of more than 9.

Überraschenderweise weisen entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellte Fasern höhere Wasserretentionswerte auf als Fasern mit demselben Pegel von Vernetzung, welche durch andersartige äquivalente Vernetzungsverfahren hergestellt worden sind, welche an vollgebleichten Fasern ausgeführt wurden. Entsprechende absorbierende Strukturen, welche aus den Fasern der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, haben höhere Absorptionsfähigkeiten einschließlich Naßelastizität und Ansprechempfindlichkeit auf Benetzen hin.Surprisingly, fibers produced according to the present invention have higher water retention values than fibers with the same level of crosslinking produced by other equivalent crosslinking processes carried out on fully bleached fibers. Corresponding absorbent structures made from the fibers of the present invention have higher absorbent capabilities including wet resilience and responsiveness to wetting.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Fasern auf Cellulosebasis verschiedenen natürlichen Ursprungs sind auf die Erfindung anwendbar. Aufgeschlossene Fasern aus Weichholz, Hartholz oder Baumwoll-Lintern werden vorzugsweise verwendet. Fasern aus Espartogras, Bagasse, Wollhaar, Flachs und anderen holzhältigen und cellulosehältigen Faserquellen können ebenso als Rohmaterial bei der Erfindung verwendet werden. Die Fasern können in Aufschlämmung, ungebundener oder Tafelform geliefert werden. Als nasses Wickelmaterial, trockenes Wickelmaterial oder in anderer Bahnform gelieferte Fasern werden vorzugsweise durch mechanisches Desintegrieren des Blattmaterials in ungebundene Form gebracht, vorzugsweise bevor die Fasern mit dem Vernetzungsmittel in Kontakt gebracht werden. Auch werden die Fasern vorzugsweise in einem nassen oder befeuchteten Zustand beigestellt. Die Fasern sind am bevorzugtesten nie-getrocknete Fasern. Im Fall von trockenem Wickelmaterial ist es vorteilhaft, die Fasern vor der mechanischen Desintegration zu befeuchten, um ein Beschädigen der Fasern zu minimieren.Cellulosic fibers of various natural origins are applicable to the invention. Pulped fibers from softwood, hardwood or cotton linters are preferably used. Fibers from esparto grass, bagasse, wool hair, flax and other woody and cellulosic fiber sources can also be used as raw materials in the invention. The fibers can be supplied in slurry, unbound or sheet form. Fibers supplied as wet wrap, dry wrap or other sheet form are preferably brought into unbound form by mechanically disintegrating the sheet material, preferably before the fibers are contacted with the crosslinking agent. Also, the fibers are preferably supplied in a wet or moistened state. The fibers are most preferably never-dried fibers. In the case of dry winding material, it is advantageous to moisten the fibers before mechanical disintegration in order to minimize damage to the fibers.

Die optimale Faserquelle, welche in Zusammenhang mit dieser Erfindung verwendet wird, wird vom besonderen in Betracht gezogenen Endverbrauch abhängen. Im allgemeinen werden durch chemische Halbstoff-Verfahren hergestellte Pulpefasern bevorzugt. Komplett gebleichte, teilweise gebleichte und ungebleichte Fasern sind anwendbar. Es kann oft erwünscht sein, wegen seiner überlegenen Helligkeit und Konsumentenappeal gebleichten Halbstoff zu verwenden. Bei einem neuen Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches hiernach vollständiger beschrieben werden wird, sind die Fasern teilweise gebleicht, vernetzt und daraufhin zur Vollständigkeit gebleicht. Für Produkte, wie z. B. Papierservietten und absorbierende Kissen für Windeln, Damenbinden, Monatsbinden und andere ähnliche absorbierende Papierprodukte ist es besonders bevorzugt, Fasern aus Halbstoff von südlichem Weichholz zufolge von deren vorzüglichen Absorptionseigenschaften zu verwenden.The optimum fiber source used in connection with this invention will depend on the particular end use contemplated. In general, pulp fibers produced by chemical pulping processes are preferred. Fully bleached, partially bleached and unbleached fibers are applicable. It may often be desirable to use bleached pulp because of its superior brightness and consumer appeal. In a new embodiment of the invention, which will be described more fully hereinafter, the fibers are partially bleached, crosslinked and then bleached to completion. For products such as paper napkins and absorbent For pads for diapers, sanitary napkins, sanitary towels and other similar absorbent paper products, it is particularly preferred to use fibers from southern softwood pulp due to their excellent absorption properties.

Auf die vorliegende Entwicklung anwendbare Vernetzungsmittel inkludieren C&sub2;-C&sub8;-Dialdehyde, ebenso wie Säureanaloga solcher Dialdehyde, bei welchen das Säureanaloga mindestens eine Aldehydgruppe hat, und Oligomere solcher Dialdehyde und Säureanaloga. Diese Verbindungen sind fähig, um mit mindestens zwei Hydroxyl- Gruppen in einer einzelnen Cellulosekette oder auf nahe angeordnete Celluloseketten in einer einzelnen Faser zu reagieren. Jene auf dem Gebiet von Vernetzungsmitteln Bewanderten werden erkennen, daß die oben beschriebenen Dialdehyd-Vernetzungsmittel in einer Vielfalt von Formen vorliegen werden, oder reagieren können, einschließlich der Säureanaloga und Oligomerformen, welche oben bezeichnet worden sind. Alle solche Formen sind gedacht, um innerhalb des Rahmens der Erfindung inkludiert zu sein. Bezug auf ein bestimmtes Vernetzungsmittel soll deshalb hiernach auf jenes bestimmte Vernetzungsmittel ebenso wie auf andere Formen, welche in einer wässerigen Lösung anwesend sein können, genommen werden. Besondere Vernetzungsmittel, welche zur Verwendung in der Erfindung gedacht sind, sind Glutaraldehyd, Glyoxal und Glyoxylsäure. Glutaraldehyd ist besonders bevorzugt, da er Fasern mit den höchsten Pegeln an Absorptionsfähigkeit und Elastizität ergeben hat, wobei von ihm angenommen wird, sicher zu sein und die menschliche Haut nicht zu irritieren, wenn er sich in einem reagierten vernetzten Zustand befindet, und die stabilsten Vernetzungsbindungen ergeben hat. Mono-Aldehyd- Verbindungen, welche nicht eine zusätzliche Carboxylgruppe enthalten, wie z. B. Acetaldehyde und Furfural, sind nicht erkannt worden, daß sie absorbierende Strukturen mit den erwünschten Pegeln an Absorptionskapazität, Elastizität und Ansprechbarkeit auf Benetzen ergeben.Crosslinking agents applicable to the present invention include C2-C8 dialdehydes, as well as acid analogs of such dialdehydes in which the acid analog has at least one aldehyde group, and oligomers of such dialdehydes and acid analogs. These compounds are capable of reacting with at least two hydroxyl groups in a single cellulose chain or with closely spaced cellulose chains in a single fiber. Those skilled in the art of crosslinking agents will recognize that the dialdehyde crosslinking agents described above will exist or react in a variety of forms, including the acid analogs and oligomer forms identified above. All such forms are intended to be included within the scope of the invention. Reference to a particular crosslinking agent shall therefore hereinafter be made to that particular crosslinking agent as well as to other forms which may be present in an aqueous solution. Particular crosslinking agents intended for use in the invention are glutaraldehyde, glyoxal and glyoxylic acid. Glutaraldehyde is particularly preferred because it has yielded fibers with the highest levels of absorbency and elasticity, is believed to be safe and non-irritating to human skin when in a reacted crosslinked state, and has yielded the most stable crosslink bonds. Mono-aldehyde compounds which do not contain an additional carboxyl group, such as acetaldehyde and furfural, have not been found to yield absorbent structures with the desired levels of absorbency, elasticity and responsiveness to wetting.

Unerwarteterweise ist herausgefunden worden, daß ausgezeichnete absorbierende Kissenausführung bei Vernetzungspegeln erhalten werden kann, welche wesentlich niedriger sind als die Vernetzungspegel, welche früher praktiziert worden sind. Im allgemeinen werden unerwartet gute Resultate für absorbierende Kissen erzielt, welche aus individualisierten, vernetzten Fasern mit zwischen 0,5 Mol.% und 3,5 Mol.% Vernetzungsmittel, bezogen auf eine molare Cellulose-Anhydroglucose-Basis, welche mit den Fasern reagiert hat, hergestellt sind.Unexpectedly, it has been found that excellent absorbent pad performance can be obtained at crosslinking levels which are substantially lower than the crosslinking levels which have been previously practiced. In general, unexpectedly good results were obtained for absorbent pads made from individualized, cross-linked fibers with between 0.5 mol% and 3.5 mol% cross-linking agent, based on a molar cellulose anhydroglucose basis, reacted with the fibers.

Vorzugsweise wird das Vernetzungsmittel mit den Fasern in einem flüssigen Medium in Kontakt gebracht, unter solchen Bedingungen, daß das Vernetzungsmittel in das Innere der individuellen Faserstrukturen eindringt. Jedoch liegen andere Verfahren von Vernetzungsmittelbehandlung, einschließlich Besprühen der Fasern, während sie sich in individualisierter geflockter Form befinden, ebenso innerhalb des Rahmens der Erfindung.Preferably, the crosslinking agent is contacted with the fibers in a liquid medium under conditions such that the crosslinking agent penetrates into the interior of the individual fiber structures. However, other methods of crosslinking agent treatment, including spraying the fibers while they are in individualized flaked form, are also within the scope of the invention.

Im allgemeinen werden die Fasern auch vor dem Vernetzen mit einem geeigneten Katalysator in Berührung gebracht. Die Art, Menge und das Verfahren des Kontaktes des Katalysators mit den Fasern werden von den praktizierten besonderen Vernetzungsverfahren abhängen. Diese Variablen werden nachstehend detaillierter diskutiert werden.Generally, the fibers are also contacted with a suitable catalyst prior to crosslinking. The type, amount and method of contacting the catalyst with the fibers will depend on the particular crosslinking processes practiced. These variables will be discussed in more detail below.

Sobald die Fasern mit Vernetzungsmittel und Katalysator behandelt worden sind, wird das Vernetzungsmittel veranlaßt, mit den Fasern beim deutlichen Fehlen von Interfaser-Bindungen zu reagieren, i.e. während Interfaserkontakt auf einem geringen Pegel des Auftretens, bezogen auf ungeflockte Pulpefasern, aufrechterhalten wird, oder die Fasern werden in eine Lösung getaucht, welche nicht die Ausbildung von Interfaser-Bindung, insbesondere Hydrogenbindung, erleichtert. Dies führt zur Ausbildung von Vernetzungsbindungen, welche in der Natur Intrafaser-Bindungen sind. Unter diesen Bedingungen reagiert das Vernetzungsmittel, um Vernetzungsbindungen zwischen Hydroxyl-Gruppen einer einzelnen Cellulosekette oder zwischen Hydroxylgruppen von benachbart angeordneten Celluloseketten einer einzelnen Faser auf Cellulosebasis auszubilden.Once the fibers have been treated with crosslinking agent and catalyst, the crosslinking agent is caused to react with the fibers in the marked absence of interfiber bonds, i.e. while maintaining interfiber contact at a low level of occurrence relative to unflocculated pulp fibers, or the fibers are immersed in a solution which does not facilitate the formation of interfiber bonds, particularly hydrogen bonds. This results in the formation of crosslink bonds which are intrafiber bonds in nature. Under these conditions, the crosslinking agent reacts to form crosslink bonds between hydroxyl groups of a single cellulose chain or between hydroxyl groups of adjacently located cellulose chains of a single cellulosic fiber.

Obwohl es nicht dargelegt oder beabsichtigt ist, den Rahmen der Erfindung zu beschränken, wird angenommen, daß das Vernetzungsmittel mit den Hydroxylgruppen der Cellulose reagiert, um Hemiacetal- und Acetalbindungen auszubilden. Die Ausbildung von Acetalbindungen, welche als die wünschenswerten stabile Vernetzungsbindungen ergebenden Bindungsarten angesehen werden, wird unter säurehältigen Reaktionsbindungen begünstigt. Demnach sind für die Zwecke diese Erfindung säurekatalysierte Vernetzungsbindungen äußerst bevorzugt.Although it is not stated or intended to limit the scope of the invention, it is believed that the crosslinking agent reacts with the hydroxyl groups of the cellulose to form hemiacetal and acetal bonds. The formation of Acetal linkages, which are considered to be the desirable type of linkages yielding stable crosslinking bonds, are favored among acidic reaction linkages. Accordingly, for the purposes of this invention, acid-catalyzed crosslinking bonds are highly preferred.

Die Fasern werden vorzugsweise vor der Reaktion auf das Vernetzungsmittel mit den Fasern mechanisch defibriert zu einer als "Flocke" bekannten individualiserten faserigen Form mit niedriger Dichte. Mechanische Defibrierung kann mit einer Vielzahl von Verfahren ausgeführt werden, welche auf dem Gebiet gegenwärtig bekannt sind oder welche hiernach bekannt werden können. Mechanische Defibrierung wird vorzugsweise durch ein Verfahren ausgeführt, bei welchem Knotenausbildung und Faserbeschädigung minimiert sind. Eine Vorrichtungsart, welche als besonders nützlich zum Defibrieren von Fasern auf Cellulosebasis befunden wurde, ist die Dreistufen-Fluffing-Vorrichtung, welche im US-Patent Nr. 3,987,968, am 26. Oktober 1976 an D.R.Moore und O.A.Shields ausgegeben, beschrieben worden ist. Die im US-Patent Nr. 3,987,968 beschriebene Fluffing-Vorrichtung unterwirft feuchte cellulosehältige Pulpefasern einer Kombination von mechanischem Impact, mechanischer Agitation, Luftagitation und einer begrenzten Menge von Lufttrocknung, um eine im wesentlichen knotenfreie Flocke zu erzeugen. Die individualisierten Fasern haben dazu einen angehobenen Grad an Kräuselung und Drall bezogen auf die Menge von Kräuselung und Drall, welche natürlicherweise in solchen Fasern vorhanden sind, verliehen. Es wird angenommen, daß diese zusätzliche Kräuselung und Drall die elastische Eigenschaft von absorbierenden Strukturen, welche aus den endbehandelten, vernetzten Fasern hergestellt sind, anheben.The fibers are preferably mechanically defibrated prior to reaction of the crosslinking agent with the fibers into an individualized, low density fibrous form known as a "fluff." Mechanical defibration can be accomplished by a variety of methods currently known in the art or which may hereafter become known. Mechanical defibration is preferably accomplished by a method in which knot formation and fiber damage are minimized. One type of device that has been found to be particularly useful for defibrating cellulosic fibers is the three-stage fluffing device described in U.S. Patent No. 3,987,968, issued October 26, 1976 to D.R. Moore and O.A. Shields. The fluffing apparatus described in U.S. Patent No. 3,987,968 subjects wet cellulosic pulp fibers to a combination of mechanical impact, mechanical agitation, air agitation and a limited amount of air drying to produce a substantially knot-free fluff. The individualized fibers have been imparted with an increased degree of curl and twist relative to the amount of curl and twist naturally present in such fibers. It is believed that this additional curl and twist enhances the elasticity of absorbent structures made from the finished, crosslinked fibers.

Andere anwendbare Verfahren zum Defibrieren der Fasern auf Cellulosebasis inkludieren, aber sind nicht darauf beschränkt, Behandlung mit einem Waring-Mischer und tangentielles In-Berührung-Bringen der Fasern mit einem rotierenden Scheibenraffineur oder Drahtbürste. Vorzugsweise wird während solcher Defibrierung ein Luftstrom gegen die Fasern gerichtet, um beim Auftrennen der Fasern zu im wesentlichen individueller Form zu unterstützen.Other applicable methods for defibrating the cellulosic fibers include, but are not limited to, treatment with a Waring blender and tangentially contacting the fibers with a rotating disk refiner or wire brush. Preferably, during such defibration, a stream of air is directed against the fibers to assist in separating the fibers into substantially individual shapes.

Ungeachtet der besonderen mechanischen Vorrichtung, welche verwendet wird, um die Flocke zu bilden, werden die Fasern vorzugsweise mechanisch behandelt, während sie anfänglich mindestens 30 % Feuchtigkeit, und vorzugsweise zwischen 40 % und 60 % Feuchtigkeit, enthalten.Regardless of the particular mechanical device used to form the flake, the fibers are preferably mechanically treated while initially containing at least 30% moisture, and preferably between 40% and 60% moisture.

Ein mechanisches Raffinieren von Fasern bei hoher Konsistenz oder von teilweise getrockneten Fasern kann ebenso eingesetzt werden, um den Fasern zusätzlich zur als ein Resultat von mechanischer Defibrierung verliehenen Kräuselung oder Drall Kräuselung oder Drall zu verleihen.Mechanical refining of fibers at high consistency or partially dried fibers may also be used to impart curl or twist to the fibers in addition to the curl or twist imparted as a result of mechanical defibration.

Die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellten Fasern haben einzigartige Kombinationen von Steifigkeit und Elastizität, welche aus den Fasern hergestellten, absorbierenden Strukturen erlauben, hohe Pegel an Absorptionsfähigkeit aufrechtzuerhalten, und weisen hohe Pegel an Elastizität und eine Expansionsreaktionsfähigkeit auf Benetzung einer trockenen, komprimierten absorbierenden Struktur auf. Zusätzlich zum Vorhandensein der Vernetzungspegel innerhalb der festgestellten Bereiche sind die vernetzten Fasern gekennzeichnet, daß sie für konventionelle chemisch breiig gemachte, papierherstellende Fasern Wasserretentionswerte (WRV's) zwischen 28 und 45 aufweisen. Der WRV einer besonderen Faser ist indikativ für den Vernetzungspegel und den Grad an Quellung der Faser zur Zeit der Vernetzung. Jene Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, daß je gequollener eine Faser zur Zeit des Vernetzens ist, für einen gegebenen Vernetzungspegel der WRV umso höher sein wird. Von sehr hoch vernetzten Fasern, wie beispielsweise jenen, die durch die früheren, bekannten vorhergehend diskutierten Trockenvernetzungsverfahren hergestellt worden sind, ist herausgefunden worden, daß sie WRV's von weniger als 25, und im allgemeinen weniger als 20, aufweisen. Das verwendete besondere Vernetzungsverfahren wird natürlich den WRV der vernetzten Faser beeinflussen. Jedoch wird von jedem Verfahren, welches zu Vernetzungspegeln und WRV's innerhalb der festgesetzten Grenzen führen wird, angenommen, daß es innerhalb des Rahmens dieser Erfindung ist und sein soll. Anwendbare Vernetzungsverfahren inkludieren Trockenvernetzungsverfahren und Vernetzungsverfahren in nicht wässeriger Lösung, wie allgemein im Hintergrund der Erfindung diskutiert worden ist. Bestimmte bevorzugte Trockenvernetzungsverfahren und Vernetzungsverfahren in nichtwässeriger Lösung, innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung, werden nachstehend detaillierter diskutiert werden. Vernetzungsverfahren in wässeriger Lösung, bei welchen die Lösung die Fasern veranlaßt stark zu quellen, werden zu Fasern mit WRV's führen, welche im Ausmaß von ungefähr 60 liegen. Diese Fasern werden für die Zwecke der vorliegenden Erfindung unzureichende Steifigkeit und Elastizität ergeben.The fibers made according to the present invention have unique combinations of stiffness and resilience which allow absorbent structures made from the fibers to maintain high levels of absorbency and exhibit high levels of resilience and expansion responsiveness to wetting of a dry, compressed absorbent structure. In addition to having crosslinking levels within the stated ranges, the crosslinked fibers are characterized as having Water Retention Values (WRV's) between 28 and 45 for conventional chemically pulped papermaking fibers. The WRV of a particular fiber is indicative of the crosslinking level and the degree of swelling of the fiber at the time of crosslinking. Those skilled in the art will recognize that the more swollen a fiber is at the time of crosslinking, the higher the WRV will be for a given crosslinking level. Very highly crosslinked fibers, such as those produced by the prior art dry crosslinking processes discussed above, have been found to have WRV's of less than 25, and generally less than 20. The particular crosslinking process used will, of course, affect the WRV of the crosslinked fiber. However, any process which will result in crosslinking levels and WRV's within the specified limits is believed to be and should be within the scope of this invention. Applicable crosslinking processes include dry crosslinking processes and Non-aqueous solution crosslinking processes, as discussed generally in the Background of the Invention. Certain preferred dry crosslinking processes and non-aqueous solution crosslinking processes within the scope of the present invention will be discussed in more detail below. Aqueous solution crosslinking processes in which the solution causes the fibers to swell greatly will result in fibers having WRV's which are on the order of about 60. These fibers will provide insufficient stiffness and elasticity for the purposes of the present invention.

Unter besonderer Bezugnahme auf Trockenvernetzungsverfahren können individualisierte, vernetzte Fasern von solch einem Verfahren durch Beistellen einer Menge von Fasern auf Cellulosebasis, In-Berührung-Bringen einer Aufschlämmung der Fasern mit einer Art und Menge von wie oben beschriebenen Vernetzungsmitteln, mechanisches Trennen, beispielsweise Defibrierung, der Fasern zu im wesentlichen individueller Form, und Trocknen der Fasern und Veranlassen des Vernetzungsmittels, mit den Fasern in Anwesenheit eines Katalysators zu reagieren, um Vernetzungsbindungen auszubilden, während die Fasern in im wesentlichen individueller Form gehalten werden, hergestellt werden. Vom Defibrierungsschritt, gesondert vom Trocknungsschritt, wird angenommen, zusätzliche Kräuselung zu verleihen. Darauffolgendes Trocknen wird vom Drallen der Fasern begleitet, wobei der Grad des Dralls durch die gekräuselte Geometrie der Faser angehoben wird. Wenn hierin, verwendet, bezieht sich Faser"kräuselung" auf eine geometrische Krümmung der Faser um die Längsachse der Faser. "Drall" bezieht sich auf eine Rotation der Faser um den lotrechten Querschnitt der Längsachse der Faser. Nur für beispielhafte Zwecke und ohne zu beabsichtigen, den Rahmen der Erfindung besonders zu beschränken, wurden individualisierte, vernetzte Fasern innerhalb des Rahmens der Erfindung mit einem Durchschnitt von sechs (6) geschlossenen Drehungen pro Millimeter beobachtet.With particular reference to dry crosslinking processes, individualized, crosslinked fibers can be prepared from such a process by providing a quantity of cellulosic fibers, contacting a slurry of the fibers with a type and amount of crosslinking agents as described above, mechanically separating, e.g., defibrating, the fibers to substantially individual shape, and drying the fibers and causing the crosslinking agent to react with the fibers in the presence of a catalyst to form crosslink bonds while maintaining the fibers in substantially individual shape. The defibrating step, separate from the drying step, is believed to impart additional crimp. Subsequent drying is accompanied by twisting of the fibers, the degree of twist being increased by the curled geometry of the fiber. When used herein, fiber "crimp" refers to a geometric curvature of the fiber about the long axis of the fiber. "Twist" refers to a rotation of the fiber about the perpendicular cross-section of the long axis of the fiber. For exemplary purposes only, and without intending to particularly limit the scope of the invention, individualized, cross-linked fibers within the scope of the invention have been observed to have an average of six (6) closed twists per millimeter.

Das Halten der Fasern in im wesentlichen individueller Form beim Trocknen und Vernetzen erlaubt den Fasern, sich während des Trocknens zu verdrehen und dadurch in solch gedralltem, gekräuseltem Zustand vernetzt zu werden. Das Trocknen von Fasern unter solchen Bedingungen, daß sich die Fasern verdrehen und kräuseln können, wird hiernach als Trocknen der Fasern unter im wesentlichen ungehemmten Zuständen bezeichnet. Andererseits führt ein Trocknen der Fasern in Tafelform zu getrockneten Fasern, welche nicht gedreht und gekräuselt sind wie in im wesentlichen individualisierter Form getrocknete Fasern. Es wird angenommen, daß Interfaser-Hydrogenbindung das relative Auftreten von Verdrehen und Kräuseln der Faser "zurückhält".Maintaining the fibers in substantially individual shape during drying and crosslinking allows the fibers to twist during drying and thereby become crosslinked in such a twisted, curled state. Drying fibers under such conditions that the fibers can twist and curl is hereinafter referred to as drying the fibers under substantially unrestrained conditions. On the other hand, drying the fibers in sheet form results in dried fibers which are not twisted and curled like fibers dried in substantially individualized form. It is believed that interfiber hydrogen bonding "restrains" the relative occurrence of fiber twist and curl.

Es gibt verschiedene Verfahren, durch welche die Fasern mit dem Vernetzungsmittel und Katalysator in Berührung gebracht werden können. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Fasern mit einer Lösung in Berührung gebracht, welche anfänglich sowohl das Vernetzungsmittel als auch den Katalysator enthält. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Fasern mit einer wässerigen Lösung von Vernetzungsmittel in Berührung gebracht und sie werden vor dem Hinzufügen des Katalysators ansaugen gelassen. Der Katalysator wird daraufhin beigegeben. Bei einem dritten Ausführungsbeispiel werden das Vernetzungsmittel und der Katalysator einer wässerigen Aufschlämmung der Fasern auf Cellulosebasis beigegeben. Andere Verfahren, zusätzlich zu jenen hierin beschriebenen werden den Fachleuten auf dem Gebiet offenbar werden und sind gedacht, um innerhalb des Rahmens dieser Erfindung enthalten zu sein. Ungeachtet des besonderen Verfahrens, durch welches die Fasern mit dem Vernetzungsmittel und Katalysator in Berührung gebracht werden, werden die Fasern auf Cellulosebasis, das Vernetzungsmittel und der Katalysator vorzugsweise gemischt und/oder sie werden mit den Fasern hinreichend weichen gelassen, um einen durchgehenden Kontakt damit und Imprägnieren der individuellen Fasern sicherzustellen.There are several methods by which the fibers can be contacted with the crosslinking agent and catalyst. In one embodiment, the fibers are contacted with a solution initially containing both the crosslinking agent and the catalyst. In another embodiment, the fibers are contacted with an aqueous solution of crosslinking agent and allowed to soak prior to adding the catalyst. The catalyst is then added. In a third embodiment, the crosslinking agent and catalyst are added to an aqueous slurry of the cellulosic fibers. Other methods in addition to those described herein will be apparent to those skilled in the art and are intended to be included within the scope of this invention. Regardless of the particular method by which the fibers are contacted with the crosslinking agent and catalyst, the cellulosic fibers, crosslinking agent and catalyst are preferably mixed and/or soaked with the fibers sufficiently to ensure continuous contact therewith and impregnation of the individual fibers.

Im allgemeinen kann jede Substanz, welche den Vernetzungsmechanismus katalysiert, verwendet werden. Anwendbare Katalysatoren inkludieren organische Säuren und saure Salze. Besonders bevorzugte Katalysatoren sind Salze, wie z. B. Aluminium-, Magnesium-, Zink- und Kalzium-Salze von Chloriden, Nitraten oder Sulfaten. Ein spezifisches Beispiel eines bevorzugten Salzes ist Zinknitrat- Hexahydrat. Andere Katalysatoren inkludieren Säuren, wie z. B. Schwefelsäure, Salzsäure und andere mineralische und organische Säuren. Der ausgewählte Katalysator kann als der einzige katalysierende Wirkstoff oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen Katalysatoren verwendet werden. Es wird angenommen, daß Kombinationen von sauren Salzen und organischen Salzen als katalysierende Wirkstoffe bessere Vernetzungsreaktionswirksamkeit ergeben. Unerwartet hohe Pegel von Reaktionsvervollständigung sind bei Katalysatorkombinationen von Zinknitratsalzen und organischen Säuren, wie z. B. Zitronensäure, beobachtet worden und die Verwendung solcher Kombinationen ist bevorzugt. Mineralsäuren sind nützlich zum Einstellen des pH-Wertes der Fasern, während sie mit dem Vernetzungsmittel in Lösung in Berührung gebracht werden, aber werden vorzugsweise nicht als der Hauptkatalysator verwendet.In general, any substance which catalyzes the cross-linking mechanism can be used. Applicable catalysts include organic acids and acidic salts. Particularly preferred catalysts are salts such as aluminum, magnesium, zinc and calcium salts of chlorides, nitrates or sulfates. A specific example of a preferred salt is zinc nitrate hexahydrate. Other catalysts include acids such as Sulfuric acid, hydrochloric acid and other mineral and organic acids. The selected catalyst may be used as the sole catalyzing agent or in combination with one or more other catalysts. It is believed that combinations of acidic salts and organic salts as catalyzing agents give better crosslinking reaction efficiency. Unexpectedly high levels of reaction completion have been observed with catalyst combinations of zinc nitrate salts and organic acids such as citric acid and the use of such combinations is preferred. Mineral acids are useful for adjusting the pH of the fibers while they are contacted with the crosslinking agent in solution but are preferably not used as the main catalyst.

Die optimale Menge an verwendetem Vernetzungsmittel und Katalysator wird vom verwendeten besonderen Vernetzungsmittel abhängen, wobei auf die Reaktionsbedingungen und die besondere Produktanwendung Bedacht genommen wird.The optimum amount of crosslinker and catalyst used will depend on the particular crosslinker used, taking into account the reaction conditions and the particular product application.

Die vorzugsweise verwendete Menge an Katalysator ist selbstverständlich abhängig von der besonderen Art und Menge von Vernetzungsmittel und den Reaktionsbedingungen, insbesondere der Temperatur und dem pH-Wert. Basierend auf technischen und ökonomischen Betrachtungen werden im allgemeinen Katalysatorpegel zwischen 10 Gewichts-% und 69 Gewichts-%, basierend auf dem Gewicht des den Fasern auf Cellulosebasis beigegebenen Vernetzungsmittels, bevorzugt. Für beispielhafte Zwecke im Falle, bei welchem der verwendete Katalysator Zinknitrat-Hexahydrat ist und das Vernetzungsmittel Glutaraldehyd ist, ist ein Katalysatorpegel von 30 Gewichts-%, basierend auf der Menge von beigegebenem Glutaraldehyd, bevorzugt. Am bevorzugtesten wird zwischen 5 und 30 %, bezogen auf das Gewicht des Glutaraldehyds, einer organischen Säure, wie z. B. Zitronensäure, ebenso als ein Katalysator beigegeben. Es ist zusätzlich wünschenswert, den wässerigen Anteil der Aufschlämmung von Fasern auf Cellulosebasis oder Vernetzungsmittellösung auf ein Ziel-pH zwischen pH 2 und pH 5, bevorzugter zwischen pH 2,5 und pH 3,5, während der Periode des Kontaktes zwischen dem Vernetzungsmittel und den Fasern einzustellen.The amount of catalyst preferably used will, of course, depend on the particular type and amount of crosslinking agent and the reaction conditions, particularly temperature and pH. Based on technical and economic considerations, catalyst levels of between 10% and 69% by weight, based on the weight of crosslinking agent added to the cellulosic fibers, are generally preferred. For exemplary purposes, in the case where the catalyst used is zinc nitrate hexahydrate and the crosslinking agent is glutaraldehyde, a catalyst level of 30% by weight, based on the amount of glutaraldehyde added, is preferred. Most preferably, between 5% and 30%, based on the weight of the glutaraldehyde, of an organic acid, such as citric acid, is also added as a catalyst. It is additionally desirable to adjust the aqueous portion of the cellulose-based fiber slurry or crosslinking agent solution to a target pH between pH 2 and pH 5, more preferably between pH 2.5 and pH 3.5, during the period of contact between the crosslinking agent and the fibers.

Die Fasern auf Cellulosebasis sollten im allgemeinen entwässert und gegebenenfalls getrocknet werden. Diese ausführbaren und optimalen Konsistenzen werden in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Flockungsgerätes variieren. Für die Zwecke der Erfindung werden die Fasern auf Cellulosebasis entwassert und optimal getrocknet bis zu einer Konsistenz zwischen 30 % und 80 %. Bevorzugter werden die Fasern bis zu einem Konsistenzpegel zwischen 40 % und 60 % entwässert und getrocknet. Das Trocknen der Fasern auf innerhalb diesen bevorzugte Bereiche wird im allgemeinen ein Defibrieren der Fasern zu individualisierter Form ohne übermäßige Ausbildung von mit höheren Feuchtigkeitspegeln verbundenen Knoten und ohne hohe Pegel von Faserbeschädigung, welche mit geringeren Feuchtigkeitspegeln verbunden ist, erleichtern.The cellulosic fibers should generally be dewatered and optionally dried. These feasible and optimal consistencies will vary depending on the type of flocculation equipment used. For the purposes of the invention, the cellulosic fibers are dewatered and optimally dried to a consistency between 30% and 80%. More preferably, the fibers are dewatered and dried to a consistency level between 40% and 60%. Drying the fibers to within these preferred ranges will generally facilitate defibration of the fibers to individualized shape without excessive formation of knots associated with higher moisture levels and without high levels of fiber damage associated with lower moisture levels.

Für Beispielszwecke kann das Entwässern durch solche Verfahren, wie mechanisches Pressen, Zentrifugieren oder Lufttrocknen des Halbstoffes ausgeführt werden. Zusätzliches Trocknen wird vorzugsweise durch solche Verfahren, welche auf dem Gebiet als Lufttrocknung oder Schnelltrocknung bekannt sind, unter Bedingungen ausgeführt, so daß die Verwendung von hoher Temperatur über eine ausgedehnte Zeitperiode hindurch nicht erforderlich ist. Übermäßig hohe Temperatur in diesem Stadium des Verfahrens kann zu einem vorzeitigen Beginn des Vernetzens führen. Vorzugsweise werden Temperaturen in Überschreitung von 160º C für Zeitperioden in Überschreitung von 2 bis 3 Sekunden nicht aufrechterhalten. Mechanisches Defibrieren wird, wie vorhergehend beschrieben, ausgeführt.For example, dewatering may be carried out by such methods as mechanically pressing, centrifuging or air drying the pulp. Additional drying is preferably carried out by such methods known in the art as air drying or flash drying under conditions such that the use of high temperature over an extended period of time is not required. Excessively high temperature at this stage of the process may result in premature onset of crosslinking. Preferably, temperatures exceeding 160°C are not maintained for periods exceeding 2 to 3 seconds. Mechanical defibration is carried out as previously described.

Die defibrierten Fasern werden daraufhin auf eine geeignete Temperatur eine wirksame Zeitperiode hindurch erhitzt, um das Vernetzungsmittel zu veranlassen zu härten, i.e. um mit den Fasern auf Cellulosebasis zu reagieren. Die Rate und der Grad an Vernetzung hängen von der Trockenheit der Fasern, der Temperatur, Menge und der Art des Katalysators und des Vernetzungsmittels und dem zum Erhitzen und/oder Trocknen der Fasern verwendeten Verfahren ab, während das Vernetzen ausgeführt wird. Vernetzen bei einer bestimmten Temperatur wird in einem höheren Ausmaß für Fasern mit einem bestimmten Initialfeuchtigkeitsgehalt eintreten, wenn es von einer kontinuierlichen Luftdurchtrocknung begleitet ist, als wenn sie einem Trocknen/Erhitzen in einem statischen Ofen unterworfen werden. Der Fachmann auf dem Gebiet wird wissen, daß eine Anzahl von Temperatur-Zeit-Relationen für das Härten des Vernetzungsmittels besteht. Konventionelle Papiertrocknungstemperaturen (z. B. 120º C bis ungefähr 150º C) während eines Zeitraumes zwischen 30 Minuten und 60 Minuten, unter statischen atmosphärischen Bedingungen, werden im allgemeinen annehmbare Härtungswirkungsgrade für Fasern mit Feuchtigkeitsgehalten von weniger als 5 % ergeben. Die Fachleute auf dem Gebiet werden ebenso erkennen, daß höhere Temperaturen und Luftkonvektion die für das Härten erforderliche Zeit herabsetzen. Jedoch werden Härtungstemperaturen vorzugsweise bei weniger als 160º C aufrechterhalten, da das Aussetzen der Fasern solch hohen Temperaturen von mehr als 160º C zum Vergilben oder anderen Beschädigen der Fasern führen kann.The defibrated fibers are then heated to an appropriate temperature for an effective period of time to cause the crosslinking agent to harden, i.e. to react with the cellulosic fibers. The rate and degree of crosslinking will depend on the dryness of the fibers, the temperature, amount and type of catalyst and crosslinking agent, and the method used to heat and/or dry the fibers while crosslinking is carried out. Crosslinking at a particular temperature will occur to a greater extent for fibers having a particular initial moisture content. when accompanied by continuous air drying than when subjected to drying/heating in a static oven. Those skilled in the art will appreciate that a number of temperature-time relationships exist for curing the crosslinking agent. Conventional paper drying temperatures (e.g., 120°C to about 150°C) for a period of between 30 minutes and 60 minutes, under static atmospheric conditions, will generally provide acceptable curing efficiencies for fibers having moisture contents of less than 5%. Those skilled in the art will also recognize that higher temperatures and air convection will reduce the time required for curing. However, curing temperatures are preferably maintained at less than 160°C since exposure of the fibers to such high temperatures in excess of 160°C may result in yellowing or other damage to the fibers.

Der maximale Pegel an Vernetzung wird erzielt werden, wenn die Fasern im wesentlichen trocken sind (mit weniger als 5 % Feuchtigkeit). Zufolge dieses Fehlens von Wasser werden die Fasern vernetzt, während sie sich in einem im wesentlichen ungequollenen, kollabierten Zustand befinden. Folglich haben sie charakteristischerweise niedrige Fluidretentionswerte (FRV), bezogen auf den auf diese Erfindung anwendbaren Bereich. Der FRV bezieht sich auf die Menge von Fluid, bezogen auf eine Trockenfaserbasis, welche durch eine Probe von Fasern, welche ansaugen gelassen und daraufhin zentrifugiert worden sind, um Interfaser-Fluid zu entfernen, absorbiert verbleibt. (Der FRV wird weiter definiert und das 'Verfahren zum Bestimmen des FRV' wird untenstehend beschrieben.) Die Fluidmenge, welche die vernetzten Fasern absorbieren können, hängt von deren Fähigkeit, auf Sättigung hin zu quellen, ab oder, mit anderen Worten, von deren innerem Durchmesser oder Rauminhalt nach dem Quellen bis zu einem Maximalpegel. Dies wiederum ist vom Vernetzungspegel abhängig. Wenn für eine gegebene Faser und ein gegebenes Verfahren der Pegel der Intrafaser-Vernetzung ansteigt, wird der FRV der Faser abnehmen, bis die Faser nach dem Benetzen überhaupt nicht quillt. Demnach ist der FRV- Wert einer Faser strukturell beschreibend für den physikalischen Zustand der Faser bei Sättigung. Ohne daß es anders ausdrücklich angegeben wird, werden die hierin beschriebenen FRV-Daten mit Ausdrücken des Wasserretentionswertes (WRV) der Fasern bezeichnet. Andere Fluide, wie z. B. Salzwasser und synthetischer Urin, können ebenso vorteilhaft als ein Fluidmedium zur Analyse verwendet werden. Im allgemeinen wird der FRV einer bestimmten Faser, welche durch Verfahren vernetzt worden ist, bei welchen Härten stark abhängig ist vom Trocknen, wie z. B. beim vorliegenden Verfahren, hauptsächlich vom Vernetzungsmittel und dem Pegel des Vernetzens abhängig sein. Die WRV's von Fasern, welche durch dieses Trockenvernetzungsverfahren bei Vernetzungsmittelpegeln, welche auf diese Erfindung anwendbar sind, vernetzt worden sind, werden hauptsächlich zwischen 28 und 45 sein. Gebleichte SSK-Fasern mit zwischen 0,5 Mol.% und 2,5 Mol.% daran umgesetztem Glutaraldehyd, bezogen auf eine molare Cellulose-Anhydroglucosebasis, wurden beobachtet, um WRV's jeweils im Bereich von 40 bis 28 zu haben. Es hat sich herausgestellt, daß der Grad an Bleiche und das Praktizieren von nach dem Vernetzen ausgeführten Bleichschritten den WRV beeinträchtigen. Dieser Effekt wird nachstehend im Detail erläutert. Südliche Weichholz-Kraft-(SSK)- Fasern, welche durch vor der vorliegenden Erfindung bekannte Trockenvernetzungsverfahren hergestellt worden sind, haben höhere als hierin beschriebene Vernetzungspegel und haben WRV's von weniger als 25. Solche Fasern, wie vorhergehend diskutiert, wurden beobachtet, daß sie außerordentlich steif sind und geringere Absorptionsfähigkeiten als die Fasern der vorliegenden Erfindung aufweisen.The maximum level of crosslinking will be achieved when the fibers are substantially dry (less than 5% moisture). Due to this lack of water, the fibers are crosslinked while in a substantially unswollen, collapsed state. Consequently, they characteristically have low fluid retention values (FRV) within the range applicable to this invention. The FRV refers to the amount of fluid, on a dry fiber basis, that remains absorbed by a sample of fibers that have been aspirated and then centrifuged to remove interfiber fluid. (The FRV is further defined and the 'Method of Determining the FRV' is described below.) The amount of fluid that the crosslinked fibers can absorb depends on their ability to swell to saturation, or in other words, their internal diameter or volume after swelling to a maximum level. This in turn depends on the level of crosslinking. For a given fiber and process, as the level of intrafiber crosslinking increases, the FRV of the fiber will decrease until the fiber does not swell at all after wetting. Thus, the FRV value of a fiber is structurally descriptive of the physical Condition of the fiber at saturation. Unless otherwise expressly stated, the FRV data described herein are referred to in terms of the water retention value (WRV) of the fibers. Other fluids, such as salt water and synthetic urine, may also be advantageously used as a fluid medium for analysis. In general, the FRV of a particular fiber crosslinked by processes in which hardness is highly dependent on drying, such as the present process, will depend primarily on the crosslinking agent and the level of crosslinking. The WRV's of fibers crosslinked by this dry crosslinking process at crosslinking agent levels applicable to this invention will be primarily between 28 and 45. Bleached SSK fibers with between 0.5 mole percent and 2.5 mole percent glutaraldehyde reacted thereon, based on a cellulose anhydroglucose molar basis, have been observed to have WRV's in the range of 40 to 28, respectively. The degree of bleaching and the practice of post-crosslinking bleaching steps have been found to affect WRV. This effect is discussed in detail below. Southern Softwood Kraft (SSK) fibers made by dry crosslinking processes known prior to the present invention have higher crosslinking levels than described herein and have WRV's of less than 25. Such fibers, as previously discussed, have been observed to be extremely stiff and have lower absorbency capabilities than the fibers of the present invention.

Eine andere Kategorie von auf die vorliegende Erfindung anwendbaren Vernetzungsverfahren ist die der Härtungs-Vernetzungsverfahren in nichtwässeriger Lösung. Dieselben Faserarten, welche bei Trockenvernetzungsverfahren verwendbar sind, können bei der Herstellung von in nichtwässeriger Lösung vernetzten Fasern verwendet werden. Die Fasern werden mit einer ausreichenden Menge Vernetzungsmittel und mit einem geeigneten Katalysator so behandelt, daß zwischen ungefähr 0,5 Mol.% und 3,5 Mol.% Vernetzungsmittel aufeinanderfolgend mit den Fasern reagieren, wobei der Pegel von reagiertem Vernetzungsmittel auf die genannte Vernetzungsreaktion folgend berechnet ist. Das Vernetzungsmittel wird veranlaßt zu reagieren, während die Fasern in eine Lösung getaucht sind, welche nicht irgendwelche wesentlichen Pegel an Quellung der Fasern induziert. Jedoch können die Fasern bis zu 30 % Wasser enthalten oder sie können in der vernetzenden Lösung bis zu einem zu Fasern mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 30 % äquivalenten Grad anders gequollen sein. Von solcher partiell gequollener Fasergeometrie ist herausgefunden worden, daß sie zusätzliche unerwartete Vorteile ergibt, wie hiernach vollständiger diskutiert werden wird. Die Vernetzungslösung enthält ein nichtwässeriges, Wasser-mischbares polares Verdünnungsmittel wie z. B., aber nicht darauf beschränkt, Essigsäure, Propansäure oder Aceton. Bevorzugte Katalysatoren inkludieren Mineralsäuren wie z. B. Schwefelsäure, und Halogensäuren, wie z. B. Chlorwasserstoffsäure. Andere anwendbare Katalysatoren inkludieren Salze von Mineralsäuren und Halogensäuren, organische Säuren und deren Salze. Systeme mit vernetzender Lösung, welche zur Verwendung als ein vernetzendes Medium anwendbar ist, inkludieren auch jene, welche im US-Patent Nr. 4,035,147 geoffenbart sind, welches am 12. Juli 1977 an S.Sangenis, G.Guiroy und J.Quere ausgegeben worden ist.Another category of crosslinking processes applicable to the present invention is that of non-aqueous solution curing crosslinking processes. The same types of fibers that are useful in dry crosslinking processes can be used in the preparation of non-aqueous solution crosslinked fibers. The fibers are treated with a sufficient amount of crosslinking agent and with a suitable catalyst such that between about 0.5 mole percent and 3.5 mole percent of crosslinking agent reacts sequentially with the fibers, the level of reacted crosslinking agent being calculated following said crosslinking reaction. The crosslinking agent is caused to react while the fibers are immersed in a solution which does not induce any significant levels of swelling of the fibers. However, the fibers may contain up to 30% water or they may be otherwise swollen in the crosslinking solution to a degree equivalent to fibers having a moisture content of 30%. Such partially swollen fiber geometry has been found to yield additional unexpected advantages as will be discussed more fully hereinafter. The crosslinking solution contains a non-aqueous, water-miscible polar diluent such as, but not limited to, acetic acid, propanoic acid or acetone. Preferred catalysts include mineral acids such as sulfuric acid and halogen acids such as hydrochloric acid. Other applicable catalysts include salts of mineral acids and halogen acids, organic acids and their salts. Crosslinking solution systems suitable for use as a crosslinking medium include those disclosed in U.S. Patent No. 4,035,147, issued July 12, 1977 to S. Sangenis, G. Guiroy and J. Quere.

Die Vernetzungslösung kann etwas Wasser oder andere faserquellende Flüssigkeit enthalten, aber die Wassermenge ist vorzugsweise unzureichend, um einen Pegel von Quellung entsprechend jenem, welcher bei 70 % Konsistenz Pulpefasern (30 % wässeriger Feuchtigkeitsgehalt) aufgeladen wird, herbeizuführen. Bevorzugter werden Vernetzende-Lösung-Wassergehalte von weniger als 10 % des Gesamtvolumens der Lösung, die Fasern ausgenommen, bevorzugt. Die Wasserpegel in der Vernetzungslösung im Überschreiten dieser Menge lassen die Effizienz und Rate des Vernetzens abnehmen.The crosslinking solution may contain some water or other fiber-swelling liquid, but the amount of water is preferably insufficient to induce a level of swelling corresponding to that charged to 70% consistency pulp fibers (30% aqueous moisture content). More preferably, crosslinking solution water contents of less than 10% of the total volume of the solution, excluding the fibers, are preferred. Water levels in the crosslinking solution exceeding this amount will decrease the efficiency and rate of crosslinking.

Absorption von Vernetzungsmittel durch die Fasern kann in der vernetzenden Lösung selbst oder in einem früheren Behandlungsstadium einschließlich, aber nicht beschränkt darauf, der Sättigung der Fasern mit entweder einer wässerigen oder nichtwässerigen Lösung, welche das Vernetzungsmittel enthält, ausgeführt werden. Vorzugsweise werden die Fasern mechanisch zu individueller Form defibriert. Diese mechanische Behandlung kann durch vorhergehend beschriebene Verfahren zum Faserflocken in Verbindung mit dem vorhergehend beschriebenen Trockenvernetzungsverfahren ausgeführt werden.Absorption of crosslinking agent by the fibers can be carried out in the crosslinking solution itself or in an earlier stage of treatment including, but not limited to, saturation of the fibers with either an aqueous or non-aqueous solution containing the crosslinking agent. Preferably, the fibers are mechanically defibrated to individual shape. This mechanical treatment can be accomplished by prior The fiber flocking process described above can be carried out in conjunction with the dry crosslinking process described above.

Es ist besonders bevorzugt, in der Produktion von 'Fluff' (Flocken) eine mechanische Behandlung zu inkludieren, welche die feuchten Fasern auf Cellulosebasis veranlaßt, einen gekräuselten oder gedrallten Zustand bis zu einem Grad im Übermaß der Menge des Kräuselns oder Dralls, wenn überhaupt, des natürlichen Zustands der Fasern anzunehmen. Dies kann beginnend durch Beistellen von Fasern zum Fluff-Bilden, welche sich in einem feuchten Zustand befinden, durch Unterziehung der Fasern einer mechanischen Behandlung, wie z. B. jenem zuvor beschriebenen Verfahren zum Defibrieren der Fasern zu im wesentlichen individueller Form, und durch mindestens teilweises Trocknen der Fasern ausgeführt werden.It is particularly preferred to include in the production of fluff a mechanical treatment which causes the wet cellulosic fibres to assume a curled or twisted condition to a degree in excess of the amount of curl or twist, if any, of the natural state of the fibres. This can be accomplished by beginning by providing fibres for fluffing which are in a wet condition, subjecting the fibres to a mechanical treatment such as the previously described process for defibrating the fibres to substantially individual shape, and at least partially drying the fibres.

Die relativen Mengen an Kräuselung und Drall, welche den Fasern verliehen worden sind, sind zum Teil vom Feuchtigkeitsgehalt der Fasern abhängig. Ohne den Rahmen der Erfindung zu begrenzen, wird angenommen, daß die Fasern sich natürlicherweise auf das Trocknen hin unter Bedingungen, bei welchen Faser-zu-Faserkontakt niedrig ist, i.e. wenn die Fasern sich in einer individualisierten Form befinden, drallen. Ebenso veranlaßt mechanische Behandlung von feuchten Fasern anfänglich, daß die Fasern gekräuselt werden. Wenn die Fasern daraufhin unter im wesentlichen ungespannten Zuständen getrocknet oder teilweise getrocknet werden, werden sie mit dem Grad an Drall, welcher durch das zusätzliche Ausmaß an mechanisch verliehener Kräuselung verstärkt wird, gedrallt werden. Die Defibrierung-Flockungsschritte werden vorzugsweise an feuchter Pulpe mit hoher Konsistenz oder Pulpe, welche auf eine Faserkonsistenz von 45 % bis 55 % (vor dem Einleiten der Defibrierung vorherbestimmt) entwässert worden ist, ausgeführt.The relative amounts of curl and twist imparted to the fibers depend in part on the moisture content of the fibers. Without limiting the scope of the invention, it is believed that the fibers will naturally twist upon drying under conditions where fiber-to-fiber contact is low, i.e. when the fibers are in an individualized form. Likewise, mechanical treatment of wet fibers initially causes the fibers to become curled. When the fibers are subsequently dried or partially dried under substantially untensioned conditions, they will become twisted with the degree of twist enhanced by the additional amount of mechanically imparted curl. The defibration-flocculation steps are preferably carried out on wet high consistency pulp or pulp which has been dewatered to a fiber consistency of 45% to 55% (predetermined before initiating defibration).

Auf die Defibrierung folgend sollten die Fasern auf zwischen 0 % und 30 % Feuchtigkeitsgehalt getrocknet werden, bevor sie mit der Vernetzungslösung in Berührung gebracht werden, wenn der Defibrierungsschritt nicht bereits Fasern mit Feuchtigkeitsgehalten innerhalb dieses Bereiches beigestellt hat. Der Trocknungsschritt sollte ausgeführt werden, während sich die Fasern unter im wesentlichen ungespannten Bedingungen befinden. D.h. Faser-an-Faserkontakt sollte minimiert sein, so daß das während der Trocknung inhärente Drallen der Fasern nicht behindert wird. Sowohl Lufttrocknungsals auch Schnelltrocknungsverfahren sind für diesen Zweck geeignet.Following defibration, the fibers should be dried to between 0% and 30% moisture content before contacting them with the crosslinking solution, unless the defibration step has already provided fibers with moisture contents within this range. The drying step should be carried out while the fibers are under substantially unstressed conditions. This means that fiber-to-fiber contact should be minimized so that the inherent twisting of the fibers during drying is not hindered. Both air drying and flash drying processes are suitable for this purpose.

Die individualisierten Fasern werden als nächstes mit einer Vernetzungslösung in Berührung gebracht, welche ein Wasser-mischbares, nichtwässeriges Verdünnungsmittel, ein Vernetzungsmittel und einen Katalysator enthält. Die vernetzende Lösung kann eine beschränkte Menge an Wasser enthalten. Der Wassergehalt der vernetzenden Lösung sollte geringer als 18 % sein und ist vorzugsweise geringer als 9 %.The individualized fibers are next contacted with a crosslinking solution containing a water-miscible, non-aqueous diluent, a crosslinking agent, and a catalyst. The crosslinking solution may contain a limited amount of water. The water content of the crosslinking solution should be less than 18% and is preferably less than 9%.

Eine Fasernwatte, welche nicht mechanisch defibriert worden ist, kann ebenso mit einer vernetzenden Lösung, wie zuvor beschrieben, in Berührung gebracht werden.A fiber wadding which has not been mechanically defibrated can also be brought into contact with a cross-linking solution as previously described.

Die Mengen an verwendetem Vernetzungsmittel und Säurekatalysator werden von solchen Reaktionsbedingungen wie Konsistenz, Temperatur, Wassergehalt in der Vernetzungslösung und den Fasern, Art von Vernetzungsmittel und Verdünnungsmittel in der vernetzenden Lösung und dem erwünschten Ausmaß an Vernetzung abhängen. Vorzugsweise liegt die Menge von verwendetem Vernetzungsmittel im Bereich von 0,2 Gew.-% bis 10 Gew.-% (basierend auf dem gesamten faserfreien Gewicht der Vernetzungslösung). Bevorzugter Säurekatalysatorgehalt ist darüberhinaus abhängig von der Säurehaltigkeit des Katalysators in der Vernetzungslösung. Gute Resultate können im allgemeinen für Katalysatorgehalt, einschließlich Chlorwasserstoffsäure, zwischen 0,3 Gew.-% und 5 Gew.-% (faserfreie Vernetzungslösungsgewicht -Basis) in Vernetzungslösungen erhalten werden, welche ein Essigsäureverdünnungsmittel, bevorzugte Pegel von Glutaraldehyd und eine begrenzte Menge an Wasser enthalten. Aufschlämmungen von Fasern und Vernetzungslösung mit Faserkonsistenzen von weniger als 10 Gewichts-% werden zum Vernetzen in Zusammenhang mit der oben beschriebenen vernetzenden Lösung bevorzugt.The amounts of crosslinking agent and acid catalyst used will depend on such reaction conditions as consistency, temperature, water content in the crosslinking solution and fibers, type of crosslinking agent and diluent in the crosslinking solution, and the desired degree of crosslinking. Preferably, the amount of crosslinking agent used is in the range of 0.2 wt.% to 10 wt.% (based on the total fiber-free weight of the crosslinking solution). Preferred acid catalyst content is further dependent on the acidity of the catalyst in the crosslinking solution. Good results can generally be obtained for catalyst content, including hydrochloric acid, between 0.3 wt.% and 5 wt.% (fiber-free crosslinking solution weight basis) in crosslinking solutions containing an acetic acid diluent, preferred levels of glutaraldehyde, and a limited amount of water. Fiber and crosslinking solution slurries having fiber consistencies of less than 10% by weight are preferred for crosslinking in conjunction with the crosslinking solution described above.

Die Vernetzungsreaktion kann bei Umgebungstemperaturen oder, für beschleunigte Reaktionsgeschwindigkeiten, bei angehobenen Temperaturen, vorzugsweise weniger als 40º C, ausgeführt werden.The crosslinking reaction can be carried out at ambient temperatures or, for accelerated reaction rates, at elevated temperatures, preferably less than 40ºC.

Es gibt eine Vielfalt von Verfahren, durch welche die Fasern mit der Vernetzungslösung in Berührung gebracht und darin vernetzt werden können. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Fasern mit der Lösung, welche anfänglich sowohl das Vernetzungsmittel als den Säurekatalysator enthält, in Berührung gebracht. Die Fasern werden in der Vernetzungslösung eingeweicht, während welcher Zeit das Vernetzen eintritt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Fasern mit dem Verdünnungsmittel in Berührung gebracht und vor Zusetzen des Säurekatalysators getränkt. Daraufhin wird der Säurekatalysator beigegeben, zu welchem Zeitpunkt das Vernetzen beginnt. Andere Verfahren zusätzlich zu jenen, welche beschrieben worden sind, werden den Fachleuten auf dem Gebiet klar sein und sind gedacht, daß sie innerhalb des Rahmens dieser Erfindung liegen.There are a variety of methods by which the fibers can be contacted with and crosslinked in the crosslinking solution. In one embodiment, the fibers are contacted with the solution initially containing both the crosslinking agent and the acid catalyst. The fibers are soaked in the crosslinking solution, during which time crosslinking occurs. In another embodiment, the fibers are contacted with the diluent and soaked prior to addition of the acid catalyst. The acid catalyst is then added, at which time crosslinking begins. Other methods in addition to those described will be apparent to those skilled in the art and are intended to be within the scope of this invention.

Vorzugsweise werden das Vernetzungsmittel und die Bedingungen, unter welchen Vernetzen ausgeführt wird, gewählt, um Intrafaser- Vernetzung zu erleichtern. Demnach ist es für die Vernetzungsreaktion vorteilhaft, daß sie in einem wesentlichen Teil eintritt, nachdem das Vernetzungsmittel hinreichend Zeit hatte, in die Fasern zu penetrieren. Reaktionsbedingungen sind vorzugsweise gewählt, um unmittelbares Vernetzen zu vermeiden, ohne daß das Vernetzungsmittel bereits in die Fasern eingedrungen ist. Reaktionsperioden, während welcher Zeit Vernetzen im wesentlichen vollständig abgeschlossen wurde, über einen Zeitraum von ungefähr 30 Minuten sind bevorzugt. Von längeren Reaktionsperioden wird angenommen, daß sie, minimale marginale Vorteile in der Faserausführung erzielen. Jedoch werden sowohl kürzere Perioden, einschließlich im wesentlichen unmittelbaren Vernetzens, und längere Perioden als innerhalb des Rahmens dieser Erfindung liegend gehalten.Preferably, the crosslinking agent and the conditions under which crosslinking is carried out are chosen to facilitate intrafiber crosslinking. Accordingly, it is advantageous for the crosslinking reaction to occur in substantial part after the crosslinking agent has had sufficient time to penetrate the fibers. Reaction conditions are preferably chosen to avoid immediate crosslinking without the crosslinking agent having already penetrated the fibers. Reaction periods during which crosslinking has been substantially fully completed, over a period of about 30 minutes, are preferred. Longer reaction periods are believed to provide minimal marginal benefits in fiber performance. However, both shorter periods, including substantially immediate crosslinking, and longer periods are considered to be within the scope of this invention.

Es ist ebenso daran gedacht, während des Verweilens in Lösung nur teilweise umzusetzen und darauffolgend die Vernetzungsreaktion später im Verfahren durch Trocknungs- oder Hitzebehandlungen zu vervollständigen.It is also intended to react only partially during the residence time in solution and then to complete the crosslinking reaction later in the process by drying or heat treatments.

Auf den Vernetzungsschritt folgend werden die Fasern entwässert und gewaschen. Vorzugsweise wird eine ausreichende Menge einer basischen Substanz, wie einer Lauge, während des Waschvorgangs zugesetzt, um irgendeine in der Aufschlämmung verbliebene Säure zu neutralisieren. Nach dem Waschen werden die Fasern defluidisiert und zur Vollständigkeit getrocknet. Vorzugsweise werden die Fasern zwischen den Deflui i ierungs- und Trocknungsschritten einem zweiten mechanischen Defibrierungsschritt unterworfen, welcher die vernetzten Fasern zum Kräuseln bringt, z. B. Flaumbildung durch Defibrierung. Auf das Trocknen hin verleiht der gekräuselte Zustand der Fasern einen zusätzlichen Drall, wie zuvor in Verbindung mit der kräuselnden Behandlung vor dem Kontakt mit der Vernetzungslösung beschrieben wurde. Die gleichen Vorrichtungen und Verfahren zum Induzieren der Drallung und der Kräuselung, welche in Verbindung mit dem ersten mechanischen Defibrierungsschritt beschrieben worden sind, sind auf diesen zweiten mechanischen Defibrierungsschritt anwendbar. Wenn hierin verwendet, soll sich der Ausdruck "Defibrierung" auf irgendeines der Verfahren beziehen, welche verwendet werden können, um mechanisch die Fasern zu im wesentlichen individueller Form zu zerteilen, sogar wenn die Fasern bereits in solcher Form vorliegen können. "Defibrierung" bezieht sich demnach auf den Schritt von mechanischer Behandlung der Fasern, in entweder individueller Form oder in einer kompakteren Form, auf einen mechanischen Behandlungsschritt, welcher a) die Fasern zu im wesentlichen individueller Form zerteilen würde, wenn sie nicht bereits in solcher Form vorliegen, und b) den Fasern durch Trocknen Kräuselung und Verdrehung verleiht.Following the cross-linking step, the fibres are dewatered and washed. Preferably, a sufficient amount of basic substance, such as a caustic solution, is added during the washing process to neutralize any acid remaining in the slurry. After washing, the fibers are defluidized and dried to completion. Preferably, between the defluidization and drying steps, the fibers are subjected to a second mechanical defibration step which causes the crosslinked fibers to curl, e.g., fluffing by defibration. Upon drying, the curled state of the fibers imparts additional twist, as previously described in connection with the curling treatment prior to contact with the crosslinking solution. The same devices and methods for inducing twist and curl described in connection with the first mechanical defibration step are applicable to this second mechanical defibration step. As used herein, the term "defibration" is intended to refer to any of the processes which may be used to mechanically divide the fibers into substantially individual form, even though the fibers may already be in such form. "Defibration" thus refers to the step of mechanically treating the fibers, either in individual form or in a more compact form, to a mechanical treating step which would a) divide the fibers into substantially individual form if they were not already in such form, and b) impart curl and twist to the fibers by drying.

Es wurde herausgefunden, daß diese zweite Defibrierungsbehandlung, nachdem die Fasern vernetzt worden sind, den gekräuselten, gedrehten Charakter der Pulpe anheben. Dieses Anheben in der gedrallten gekräuselten Konfiguration der Fasern führt zu erhöhter Elastizität der absorbierenden Struktur und Ansprechbarkeit gegenüber Benetzen. Eine zweite Defibrierungsbehandlung kann an irgendeiner der hierin beschriebenen vernetzten Fasern ausgeführt werden, welche sich in einem feuchten Zustand befinden. Jedoch ist es ein besonderer Vorteil des Vernetzungsverfahrens in nichtwässriger Lösung, daß ein zweiter Defibrierungsschritt möglich ist, ohne einen zusätzlichen Trocknungsschritt zu erfordern. Dies ist zufolge der Tatsache, daß die Lösung, in welcher die Fasern vernetzt werden, die Fasern in Anschluß an das Vernetzen flexibel halten, selbst wenn sie die Fasern nicht veranlassen, einen unerwünschten, stark gequollenen Zustand anzunehmen.It has been found that this second defibration treatment after the fibers have been crosslinked enhances the curled, twisted character of the pulp. This enhancement in the twisted, curled configuration of the fibers results in increased elasticity of the absorbent structure and responsiveness to wetting. A second defibration treatment can be carried out on any of the crosslinked fibers described herein which are in a wet state. However, a particular advantage of the non-aqueous solution crosslinking process is that a second defibration step is possible without requiring an additional drying step. This is due to the fact that the solution in which the Fibers are cross-linked, which keep the fibers flexible following cross-linking, even if they do not cause the fibers to assume an undesirable, highly swollen state.

Es ist weiters unerwarteterweise herausgefunden worden, daß angehobene Pegel von Expansion der absorbierenden Struktur nach dem Benetzen zusammengedrückter Kissen für Strukturen erhalten werden können, welche aus Fasern hergestellt sind, welche in einem Zustand vernetzt worden sind, welcher gedrallt, aber teilweise gequollen bezogen auf Fasern ist, welche vor dem Vernetzen durch und durch von Wasser getrocknet worden sind.It has further been unexpectedly found that increased levels of expansion of the absorbent structure after wetting compressed pads can be obtained for structures made from fibers that have been crosslinked in a state that is twisted but partially swollen relative to fibers that have been thoroughly dried by water prior to crosslinking.

Verbesserte Resultate werden für individualisierte, vernetzte Fasern erzielt, welche unter Bedingungen vernetzt worden sind, bei welchen die Fasern auf einen Wassergehalt zwischen 18 % und 30 % vor dem Kontakt mit der Vernetzungslösung getrocknet worden sind. Im Falle, bei welchem eine Faser zur Vollständigkeit getrocknet worden ist, bevor sie mit der Vernetzungslösung in Berührung gebracht wird, befindet sie sich in einem nichtgequollenen kollabierten Zustand. Die Faser wird zufolge des geringen Wassergehaltes der Lösung nicht auf die Berührung mit der Vernetzungslösung hin gequollen werden. Wie zuvor diskutiert, ist ein wesentlicher Aspekt der Vernetzungslösung der, daß sie nicht irgendein wesentliches Quellen der Fasern herbeiführt. Wenn jedoch das Verdünnungsmittel der Vernetzungslösung durch eine bereits gequollene Faser absorbiert wird, ist die Faser im Effekt von Wasser "getrocknet", aber die Faser behält ihren vorher existierenden, teilweise gequollenen Zustand.Improved results are obtained for individualized crosslinked fibers that have been crosslinked under conditions where the fibers have been dried to a water content between 18% and 30% prior to contact with the crosslinking solution. In the case where a fiber has been dried to completion prior to contact with the crosslinking solution, it is in a non-swollen, collapsed state. The fiber will not swell upon contact with the crosslinking solution due to the low water content of the solution. As previously discussed, an important aspect of the crosslinking solution is that it does not induce any significant swelling of the fibers. However, if the diluent of the crosslinking solution is absorbed by an already swollen fiber, the fiber is "dried" in the effect of water, but the fiber retains its pre-existing, partially swollen state.

Um den Grad zu beschreiben, zu welchem die Faser gequollen ist, ist es nützlich, sich auf das Vernetzen folgend wiederum auf den Fluidretentionswert (FRV) der Faser zu beziehen. Fasern mit höheren FRV's entsprechen Fasern, welche in einem gequolleneren Zustand vernetzt worden sind, bezogen auf Fasern, welche in einem weniger gequollenen Zustand vernetzt worden sind, wobei alle anderen Faktoren gleich sind. Ohne den Rahmen der Erfindung zu beschränken, wird angenommen, daß teilweise gequollene, vernetzte Fasern mit angehobenen FRV's größere Naßelastizität und Ansprechbarkeit gegenüber Benetzen aufweisen als Fasern, welche vernetzt worden sind, während sie sich in einem ungequollenen Zustand befanden. Fasern mit diesem Anstieg in Naßelastizität und Ansprechbarkeit auf Benetzen hin sind leichter fähig, nach dem Benetzen zu expandieren oder sich zu entdrehen, in einem Versuch, in ihren natürlichen Zustand zurückzukehren. Doch zufolge der Steifigkeit, welche durch Vernetzen verliehen worden ist, sind die Fasern noch fähig, um den strukturellen Träger für ein aus den Fasern hergestelltes gesättigtes Kissen zu ergeben. Numerische FRV-Daten, welche hierin in Zusammenhang mit teilweise gequollenen vernetzten Fasern beschrieben worden sind, werden Wasserretentionswerte (WRV) sein. Wenn der Wasserretentionswert über annähernd 60 hinaus ansteigt, wird angenommen, daß die Steifigkeit der Fasern unzureichend wird, um die Naßelastizität und Ansprechbarkeit auf das Benetzen hin zu erzielen, welche erwünscht ist, um eine gesättigte absorbierende Struktur zu tragen.To describe the degree to which the fiber is swollen, it is useful to refer to the fiber's Fluid Retention Value (FRV) following crosslinking. Fibers with higher FRV's correspond to fibers that were crosslinked in a more swollen state relative to fibers that were crosslinked in a less swollen state, all other factors being equal. Without limiting the scope of the invention, it is believed that partially swollen, crosslinked fibers with increased FRV's have greater wet resiliency and responsiveness to wetting than fibers which have been crosslinked while in an unswollen state. Fibers with this increase in wet resilience and wetting responsiveness are more easily able to expand or untwist after wetting in an attempt to return to their natural state. However, due to the stiffness imparted by crosslinking, the fibers are still capable of providing the structural support for a saturated pad made from the fibers. Numerical FRV data described herein in connection with partially swollen crosslinked fibers will be water retention values (WRV). As the water retention value increases beyond approximately 60, it is believed that the stiffness of the fibers becomes insufficient to achieve the wet resilience and wetting responsiveness desired to support a saturated absorbent structure.

Bei einem alternativen Verfahren des Vernetzens der Fasern in Lösung werden die Fasern zuerst in einer wässerigen oder anderen faserquellenden Lösung eingeweicht, defluidisiert, bis zu einem gewünschten Pegel getrocknet und daraufhin in eine wassermischbare, vernetzende Lösung getaucht, welche einen Katalysator und ein wie zuvor beschriebenes Vernetzungsmittel enthält. Die Fasern werden auf das Defluidisieren folgend und vor dem zusätzlichen Trocknen vorzugsweise mechanisch zu Fluff defibriert, um die Vorzüge von erhöhtem Drall und Kräuselung, wie zuvor beschrieben, zu erzielen. Mechanisches Defibrieren, welches auf das In-Berührungbringen der Fasern mit dem Vernetzungsmittel ausgeführt wird, ist weniger wünschenswert, da solche Defibrierung das Vernetzungsmittel verflüchtigen lassen würde, was demnach möglicherweise zu einer atmosphärischen Kontaminierung durch das Vernetzungsmittel oder zu hohen Luftbehandlungsinvestitionen zufolge des Vernetzungsmittels führt.In an alternative method of crosslinking the fibers in solution, the fibers are first soaked in an aqueous or other fiber swelling solution, defluidized, dried to a desired level, and then immersed in a water-miscible crosslinking solution containing a catalyst and a crosslinking agent as previously described. Following defluidization and prior to additional drying, the fibers are preferably mechanically defibrated to fluff to achieve the benefits of increased twist and curl as previously described. Mechanical defibration, which is carried out upon contacting the fibers with the crosslinking agent, is less desirable because such defibration would volatilize the crosslinking agent, thus potentially leading to atmospheric contamination by the crosslinking agent or to high air treatment investments due to the crosslinking agent.

Bei einer Modifikation des unmittelbar vorher beschriebenen Verfahrens werden die Fasern defibriert und daraufhin in einer Lösung mit hoher Konzentration von Vernetzungsmittel und einem faserquellenden Verdünnungsmittel, vorzugsweise Wasser, vorgetränkt. Die Vernetzungsmittelkonzentration ist ausreichend hoch, um das wasserinduzierte Quellen von Fasern zu inhibieren. Es hat sich herausgestellt, daß 50 Gewichts-% wässerige Lösungen des Vernetzungsmittels dieser Erfindung, vorzugsweise Glutaraldehyd, brauchbare Lösungen für das vorherige Tränken der Fasern sind. Die vorgeweichten Fasern werden defluidisiert und in eine Vernetzungslösung getaucht, welche ein Wasser-mischbares, polares Verdünnungsmittel, einen Katalysator und eine begrenzte Menge an Wasser enthält, und daraufhin wie zuvor beschrieben vernetzt. Ebenso wie zuvor beschrieben können die vernetzten Fasern defluidisiert werden und werden einem zweiten mechanischen Defibrierungsschritt vor weiterem Bearbeiten zu einem Blatt oder einer absorbierenden Struktur unterworfen.In a modification of the process described immediately above, the fibres are defibrated and then immersed in a solution with a high concentration of cross-linking agent and a fibre-swelling agent. diluent, preferably water. The crosslinking agent concentration is sufficiently high to inhibit water-induced swelling of fibers. It has been found that 50% by weight aqueous solutions of the crosslinking agent of this invention, preferably glutaraldehyde, are useful solutions for pre-soaking the fibers. The presoaked fibers are defluidized and immersed in a crosslinking solution containing a water-miscible polar diluent, a catalyst and a limited amount of water and then crosslinked as previously described. Also as previously described, the crosslinked fibers can be defluidized and subjected to a second mechanical defibration step prior to further processing into a sheet or absorbent structure.

Ein vorheriges Tränken der Fasern mit Vernetzungsmittel in einer wässerigen Lösung, bevor das Vernetzungsmittel zur Reaktion gebracht wird, erzielt unerwartet hohe Absorptionseigenschaften für absorbierende Kissen, welche aus den vernetzten Fasern hergestellt sind, sogar bezogen auf Kissen, welche aus vernetzten Fasern der zuvor beschriebenen Härtungsverfahren-in-nichtwässeriger Lösung hergestellt worden sind, bei welchen die Fasern nicht mit einer Vernetzungsmittel enthaltenden Lösung vorgeweicht worden sind.Presoaking the fibers with crosslinking agent in an aqueous solution before reacting the crosslinking agent achieves unexpectedly high absorption properties for absorbent pads made from the crosslinked fibers, even relative to pads made from crosslinked fibers by the nonaqueous solution curing processes described above, in which the fibers have not been presoaked with a solution containing crosslinking agent.

Die vernetzten Fasern, welche als ein Resultat der vorhergehenden Trockenvernetzungs- und Vernetzungsverfahren in nichtwässeriger Lösung ausgebildet worden sind, sind das Produkt der vorliegenden Erfindung. Die vernetzten Fasern der vorliegenden Erfindung können direkt bei der Herstellung von im Luftstrom aufgebrachten absorbierenden Kernen verwendet werden. Zufolge ihres steif gemachten und elastischen Charakters können die vernetzten Fasern zusätzlich zu einem unkompakten Blatt mit niedriger Dichte naß geschichtet werden, welches, wenn es daraufhin getrocknet wird, ohne weitere mechanische Behandlung direkt als ein absorbierender Kern brauchbar ist. Die vernetzten Fasern können ebenso als verdichtete Pulpeblätter zum Verkauf oder Transport an entfernte Orte naß geschichtet werden.The crosslinked fibers formed as a result of the foregoing dry crosslinking and non-aqueous solution crosslinking processes are the product of the present invention. The crosslinked fibers of the present invention can be used directly in the manufacture of air-laid absorbent cores. Due to their stiffened and resilient character, the crosslinked fibers can be wet-laid in addition to a low density, non-compact sheet which, when subsequently dried, is directly useful as an absorbent core without further mechanical treatment. The crosslinked fibers can also be wet-laid as compacted pulp sheets for sale or transportation to remote locations.

Wenn einmal die individualisierten, vernetzten Fasern hergestellt sind, können sie trocken geschichtet und direkt zu absorbierenden Strukturen geformt werden oder sie können naß geschichtet und zu absorbierenden Strukturen oder verdichteten Pulpeblättern geformt werden. Die Fasern der vorliegenden Erfindung ergeben eine Vielfalt von wesentlichen Ausführungsvorteilen. Jedoch ist es schwierig, solche Fasern mit konventionellen Naßblattausbildungsverfahren zu einem weichen, naß geschichteten Blatt auszubilden. Dies deshalb, weil individualisierte, vernetzte Fasern rasch ausflocken. Solches Ausflocken kann sowohl in der Headbox als auch nach Ablage in das löcherige formgebende Gitter eintreten. Von Versuchen, individualisierte, vernetzte Fasern durch konventionelle Pulpe-schichtende Verfahren zu schichten, ist herausgefunden worden, daß sie zur Formation einer Vielzahl von Klumpen von geflockten Fasern führen. Dies ergibt sich aus dem steifen, gedrallten Charakter der Fasern, einem geringen Pegel von Faser-an-Faser-Bindung und der hohen Entwässerungsfähigkeit der Fasern, sobald sie einmal auf einem schichtformenden Gitter abgelegt worden sind. Es ist demnach von signifikanter kommerzieller Bedeutung, daß ein ausführbares Verfahren zum Schichten individualisierter, vernetzter Fasern angegeben wird, wodurch naß geschichtete absorbierende Strukturen und verdichtete Pulpeblätter zum Übergang und darauffolgendem Defibrieren ausgebildet werden können.Once the individualized, crosslinked fibers are prepared, they can be dry-laid and formed directly into absorbent structures, or they can be wet-laid and formed into absorbent structures or densified pulp sheets. The fibers of the present invention provide a variety of significant performance advantages. However, it is difficult to form such fibers into a soft, wet-laid sheet using conventional wet-sheet forming processes. This is because individualized, crosslinked fibers rapidly flocculate. Such flocculation can occur both in the headbox and after deposition into the foraminous forming grid. Attempts to stratify individualized, crosslinked fibers by conventional pulp-stratifying processes have been found to result in the formation of a multitude of clumps of flocculated fibers. This is due to the stiff, twisted character of the fibers, a low level of fiber-to-fiber bonding and the high dewaterability of the fibers once deposited on a layer-forming grid. It is therefore of significant commercial importance that a viable process is provided for layering individualized, cross-linked fibers to form wet-layered absorbent structures and densified pulp sheets for transition and subsequent defibration.

Dementsprechend ist ein neues Verfahren zum Schichtbilden individualisierter, vernetzter Fasern, welche tendieren, in Lösung auszuflocken, entwickelt worden, bei welchem eine individualisierte, vernetzte Fasern enthaltende Aufschlämmung, anfänglich auf einem löchrigen formgebenden Gitter, wie z. B. einem Fourdrinier- Gitter, auf eine konventionellen Pulpe-blattformenden Verfahren ähnliche Art abgelegt wird. Zufolge der Natur von individualisierten, vernetzten Fasern jedoch werden diese Fasern auf dem formgebenden Gitter in einer Vielzahl von Faserklumpen abgelegt. Mindestens ein Fluidstrom, vorzugsweise Wasser, wird gegen die abgelegten geklumpten Fasern geleitet. Vorzugsweise wird eine Reihe von Güssen auf die am formgebenden Gitter abgelegten Fasern geleitet, wobei aufeinanderfolgende Güsse abnehmende volumetrische Durchflußraten aufweisen. Die Güsse sollten von ausreichender Geschwindigkeit sein, so daß der Impakt des Fluids gegen die Fasern wirkt, um die Ausbildung von Faserausflockungen zu verhindern und um Faserausflockungen, welche bereits ausgebildet worden sind, zu dispergieren. Der faserabsetzende Schritt wird vorzugsweise mit einem zylindrischen Sieb, wie z. B. einer Dandy-Walze ausgeführt oder mit einem anderen in der Funktion analogen Gerät, welches auf dem Gebiet bekannt ist oder bekannt werden kann. Einmal gefestigt kann das faserige Blatt dann getrocknet werden und gegebenenfalls, wenn erwünscht, verdichtet werden. Die Beabstandung der Güsse wird in Abhängigkeit von der besonderen Rate an Faserflockung, Lineargeschwindigkeit des formgebenden Gitters, Drainage durch das formgebende Gitter, Anzahl der Güsse und Geschwindigkeit und Durchflußrate durch die Güsse variieren. Vorzugsweise sind die Güsse nahe genug aneinander, so daß wesentliche Pegel an Flockung nicht eintreten werden.Accordingly, a new method for forming layers of individualized, cross-linked fibers which tend to flocculate in solution has been developed in which a slurry containing individualized, cross-linked fibers is initially deposited on a foraminous forming grid, such as a Fourdrinier grid, in a manner similar to conventional pulp sheet forming processes. However, due to the nature of individualized, cross-linked fibers, these fibers are deposited on the forming grid in a plurality of fiber clumps. At least one fluid stream, preferably water, is directed against the deposited clumped fibers. Preferably, a series of pours are directed onto the fibers deposited on the forming grid, with successive pours having decreasing volumetric flow rates. The casts should be of sufficient velocity so that the impact of the fluid against the fibers acts to prevent the formation of fiber flocs and to disperse fiber flocs which have already formed. The fiber settling step is preferably carried out with a cylindrical screen such as a Dandy roll or other functionally analogous device which is or may become known in the art. Once set, the fibrous sheet can then be dried and optionally densified if desired. The spacing of the casts will vary depending on the particular rate of fiber floc, linear velocity of the forming grid, drainage through the forming grid, number of casts, and speed and flow rate through the casts. Preferably, the casts are close enough together so that substantial levels of floc will not occur.

Zusätzlich zum Verhindern der Formation und zum Dispergieren von Faserflockungen kompensiert das auf die Fasern ausgegossene Fluid ebenso für die extrem schnelle Drainage individualisierter, vernetzter Fasern durch Beistellen von zusätzlichem Flüssigkeitsmedium, in welchem die Fasern zur darauffolgenden Schichtenausbildung dispergiert werden können. Die Mehrzahl von Güssen von abnehmenden volumetrischen Durchflußraten erleichtert ein systematisches Netzansteigen in Schlammkonsistenz, während ein wiederholter dispergierender und verhindernder Effekt gegen Faserflockungen erzielt wird. Dies führt zur Formation von einer relativ weichen und gleichmäßigen Ablagerung von Fasern, welche dann prompt, i.e. vor Wiederausflockung, zu blattförmiger Form gefestigt sind, indem dem Fluid gestattet wird abgeleitet zu werden, und die Fasern gegen das löchrige Gitter gepreßt werden.In addition to preventing the formation and dispersing fiber flocs, the fluid poured onto the fibers also compensates for the extremely rapid drainage of individualized, cross-linked fibers by providing additional liquid medium in which the fibers can be dispersed for subsequent layer formation. The plurality of pours of decreasing volumetric flow rates facilitates a systematic mesh increase in slurry consistency while achieving a repeated dispersing and preventing effect against fiber flocs. This results in the formation of a relatively soft and uniform deposit of fibers which are then promptly consolidated into sheet form, i.e. before reflocculation, by allowing the fluid to drain and pressing the fibers against the foraminous mesh.

Bezogen auf Pulpeblätter, welche aus konventionellen, unvernetzten Fasern auf Cellulosebasis hergestellt sind, sind die aus den vernetzten Fasern der vorliegenden Erfindung hergestellten Pulpeblätter schwieriger zu konventionellen Pulpeblattdichten zu komprimieren. Demnach kann es erwünscht sein, vernetzte Fasern mit unvernetzten Fasern, wie z. B. jenen, welche üblicherweise bei der Herstellung von absorbierenden Kernen verwendet werden, zu kombinieren. Pulpeblätter, welche steif gemachte vernetzte Fasern enthalten, enthalten vorzugsweise zwischen 5 % und 90 % unvernetzte Fasern auf Cellulosebasis, basierend auf dem Gesamttrockengewicht des Blattes, gemischt mit den individualisierten, vernetzten Fasern. Es ist besonders bevorzugt, zwischen 5 % und 30 % hoch raffinierte unvernetzte cellulosehältige Fasern, basierend auf dem Gesamttrockengewicht des Blattes, zu inkludieren. Solche hochraffinierten Fasern werden zu einem Freiheitsgrad von weniger als 300 ml CSF, und vorzugsweise weniger als 100 ml CSF, raffiniert oder geschlagen. Die unvernetzten Fasern werden vorzugsweise mit einer wässerigen Aufschlämmung individualisierter, vernetzter Fasern gemischt. Diese Mischung kann dann zu einem verdichteten Pulpeblatt für darauffolgende Defibrierung und Formation zu absorbierenden Kissen geformt werden. Das Einbauen der unvernetzten Fasern erleichtert ein Zusammenpressen des Pulpeblattes zu einer verdichteten Form, während es den darauffolgenden absorbierenden Kissen einen überraschend geringen Verlust an Absorptionsfähigkeit verleiht. Die unvernetzten Fasern erhöhen zusätzlich die Zugfestigkeit des Pulpeblattes und absorbierender Kissen, welche entweder aus dem Pulpeblatt oder direkt aus der Mischung aus vernetzten und unvernetzten Fasern hergestellt worden sind. Ungeachtet dessen, ob die Mischung aus vernetzten und unvernetzten Fasern zuerst zu einem Pulpeblatt und dann zu einem absorbierenden Kissen geformt worden ist oder ob sie direkt zu einem absorbierenden Kissen geformt worden ist, kann das absorbierende Kissen im Luftstrom aufgebracht oder naß aufgebracht, wie vorhergehend beschrieben, sein.Relative to pulp sheets made from conventional, uncrosslinked cellulosic fibers, pulp sheets made from the crosslinked fibers of the present invention are more difficult to compress to conventional pulp sheet densities. Accordingly, it may be desirable to combine crosslinked fibers with uncrosslinked fibers, such as those commonly used in the manufacture of absorbent cores. Pulp sheets containing stiffened crosslinked fibers preferably contain between 5% and 90% uncrosslinked cellulosic fibers, based on the total dry weight of the sheet, mixed with the individualized crosslinked fibers. It is particularly preferred to include between 5% and 30% highly refined uncrosslinked cellulosic fibers, based on the total dry weight of the sheet. Such highly refined fibers are refined or beaten to a degree of freedom of less than 300 ml CSF, and preferably less than 100 ml CSF. The uncrosslinked fibers are preferably mixed with an aqueous slurry of individualized crosslinked fibers. This mixture can then be formed into a densified pulp sheet for subsequent defibration and formation into absorbent pads. The incorporation of the uncrosslinked fibers facilitates compression of the pulp sheet into a densified form while imparting surprisingly little loss of absorbency to the subsequent absorbent pads. The uncrosslinked fibers additionally increase the tensile strength of the pulp sheet and absorbent pads made either from the pulp sheet or directly from the blend of crosslinked and uncrosslinked fibers. Regardless of whether the blend of crosslinked and uncrosslinked fibers is first formed into a pulp sheet and then into an absorbent pad or whether it is formed directly into an absorbent pad, the absorbent pad can be airlaid or wetlaid as previously described.

Blätter oder Bahnen, welche aus den individualisierten, vernetzten Fasern, oder aus Mischungen, welche auch unvernetzte Fasern enthalten, hergestellt worden sind, werden vorzugsweise Basisgewichte von weniger als 800 g/m² und Dichten von weniger als 0,60 g/cm³ aufweisen. Obwohl es nicht beabsichtigt ist, den Rahmen der Erfindung zu begrenzen, sind naß geschichtete Blätter mit Basisgewichten zwischen 300 g/m² und 600 g/m² und Dichten zwischen 0,15 g/cm³ und 0,30 g/cm³ besonders für direkte Anwendung bei absorbierenden Kernen in Wegwerfartikeln, wie z. B. Windeln, Tampons und anderen Monatsprodukten gedacht. Von Strukturen mit höheren Basisgewichten und Dichten als diese Pegel wird angenommen, am brauchbarsten für darauffolgende Verkleinerung und Im-Luftstrom-Aufbringen oder Naßaufbringen, um eine niedrigere Dichte- und Basisgewichtstruktur zu bilden, welche nützlicher für absorbierende Verwendungen ist, zu sein. Obgleich solche Strukturen mit höherem Basisgewicht und Dichte ebenso überraschend hohe Absorptionsfähigkeit und Ansprechempfindlichkeit gegenüber dem Benetzen aufweisen. Andere Anwendungen, welche für die Fasern der vorliegenden Erfindung gedacht sind, inkludieren Gewebebahnen, bei welchen die Dichte solcher Bahnen weniger als 0,10 g/cm³ sein kann.Sheets or webs made from the individualized, crosslinked fibers, or from blends also containing uncrosslinked fibers, will preferably have basis weights of less than 800 g/m² and densities of less than 0.60 g/cm³. Although not intended to limit the scope of the invention, wet-laid sheets having basis weights between 300 g/m² and 600 g/m² and densities between 0.15 g/cm³ and 0.30 g/cm³ are particularly suitable for direct application to absorbent cores in disposable articles such as diapers, tampons and other catamenial products. Structures having basis weights and densities higher than these levels are believed to be most useful for subsequent reduction and air-laying or wet-laying to form a lower density and basis weight structure which is more useful for absorbent uses. Although such higher basis weight and density structures also exhibit surprisingly high absorbency and responsiveness to wetting. Other applications contemplated for the fibers of the present invention include fabric webs, where the density of such webs may be less than 0.10 g/cm3.

Für Produktanwendungen, bei welchen die vernetzten Fasern am nächsten oder in der Nachbarschaft der Haut einer Person angeordnet sind, ist es wünschenswert, die Fasern weiterzubearbeiten, um überschüssiges, unangesprochenes Vernetzungsmittel zu entfernen. Vorzugsweise wird der Pegel von unangesprochenem Vernetzungsmittel auf mindestens unterhalb 0,03 % reduziert, basierend auf dem Trockengewicht der Fasern auf Cellulosebasis. Eine Reihe von Behandlungen, welche für die Entfernung von überschüssigem Vernetzungsmittel als wirksam befunden wurde, umfaßt in Aufeinanderfolge das Waschen der vernetzten Fasern, das Zulassen, daß die Fasern sich in der wässerigen Lösung für eine annehmbare Zeit ansaugen, Sieben der Fasern, Entwässern der Fasern, z. B. durch Zentrifugieren, zu einer Konsistenz von zwischen 40 % und 80 %, mechanisches Defibrieren der entwässerten Fasern, wie zuvor beschrieben, und Lufttrocknen der Fasern. Es wurde herausgefunden, daß dieses Verfahren restlichen freien Vernetzungsmittelgehalt auf zwischen 0,01% und 0,15 % reduziert.For product applications where the crosslinked fibers are located closest to or in the vicinity of a person's skin, it is desirable to further process the fibers to remove excess, unaddressed crosslinking agent. Preferably, the level of unaddressed crosslinking agent is reduced to at least below 0.03%, based on the dry weight of the cellulosic fibers. A series of treatments found to be effective for removing excess crosslinking agent include, in sequence, washing the crosslinked fibers, allowing the fibers to soak in the aqueous solution for an acceptable time, sieving the fibers, dewatering the fibers, e.g., by centrifugation, to a consistency of between 40% and 80%, mechanically defibrating the dewatered fibers as previously described, and air drying the fibers. This process was found to reduce residual free crosslinker content to between 0.01% and 0.15%.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird leicht extrahierbares Vernetzungsmittel durch Laugenwäschen entfernt. Alkalinität kann durch basische Verbindungen, wie z. B. Natriumhydroxid, oder alternativ in der Form von Oxidationsmitteln, wie z. B. jenen Chemikalien, welche allgemein als Bleichmittel verwendet werden, z. B. Natriumhydrochlorit und aminohaltige Verbindungen, wie z. B. Ammoniumhydroxid, welche hemiacetale Bindungen hydrolysieren, um Schiff'sche Basen zu bilden, eingeführt werden. Der pH-Wert ist vorzugsweise auf einem Pegel von mindestens pH 7 gehalten, und bevorzugter auf mindestens pH 9, um eine Umkehr der acetalen Vernetzungsbindung zu verhindern. Es ist bevorzugt, die Zersetzung von hemiacetalen Bindungen während der Neutralität gegenüber acetalen Bindungen zu induzieren. Demnach werden jene extrahierenden Wirkstoffe, welche unter hoch alkalischen Bedingungen wirken, bevorzugt. Es ist beobachtet worden, daß einzelne Waschbehandlungen mit 0,01 N und 0,1 N Ammoniumhydroxid-Konzentrationen ausreichen, um Restgehalte auf Werte zwischen 0,0008 % und 0,0023 % bei Tauchzeiten von 30 Minuten bis zwei (2) Stunden zu reduzieren. Es wird angenommen, daß minimaler zusätzlicher Vorteil bei Tauchzeiten über 30 Minuten und bei Ammoniumhydroxid-Konzentrationen über 0,01 N eintritt.In accordance with the present invention, readily extractable crosslinking agent is removed by caustic washes. Alkalinity can be introduced by basic compounds such as sodium hydroxide, or alternatively in the form of oxidizing agents such as those chemicals commonly used as bleaches, e.g. sodium hydrochlorite and amino-containing compounds such as ammonium hydroxide, which hydrolyze hemiacetal bonds to form Schiff bases. The pH is preferably maintained at a level of at least pH 7, and more preferably at least pH 9, to prevent reversal of the acetal crosslink bond. It is preferred to induce decomposition of hemiacetal bonds while remaining neutral to acetal bonds. Accordingly, those extractive agents which operate under highly alkaline conditions are preferred. It has been observed that single wash treatments with 0.01 N and 0.1 N ammonium hydroxide concentrations are sufficient to reduce residual levels to between 0.0008% and 0.0023% for immersion times of 30 minutes to two (2) hours. Minimal additional benefit is believed to occur for immersion times greater than 30 minutes and for ammonium hydroxide concentrations greater than 0.01 N.

Es ist herausgefunden worden, daß sowohl einstufige Oxidation als auch mehrstufige Oxidation wirksame Verfahren zum Extrahieren restlichen Vernetzungsmittels sind. Es zeigte sich, daß einstufiges Waschen mit 0,1 % verfügbarem Chlor (av.Cl) bis 0,8 % av.Cl., welches in der Form von Natriumhypochlorit beigestellt worden ist, bezogen auf das Trockengewicht der Fasern, restliche Vernetzungsmittelpegel auf 0,0015 % und 0,0025 % reduzierte.Both single-stage oxidation and multi-stage oxidation have been found to be effective methods for extracting residual crosslinking agent. Single-stage washing with 0.1% available chlorine (av.Cl) to 0.8% av.Cl, supplied in the form of sodium hypochlorite, based on the dry weight of the fibers, was found to reduce residual crosslinking agent levels to 0.0015% and 0.0025%.

Bei einem neuen Versuch zur Produktion vernetzter individualisierter Fasern werden die Faserausgangsmaterialien einer konventionellen vielstufigen Bleichungsfolge unterworfen, aber während der Folge des Bleichungsverfahrens wird in der Mitte unterbrochen und die Fasern werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vernetzt. Im Anschluß an das Härten wird der Rest der Bleichungsfolge vervollständigt. Es zeigte sich, daß auf diese Art annehmbare niedrige Vernetzungsmittel-Restpegel von weniger als ungefähr 0,006 % erhalten werden können. Es wird angenommen, daß dieses Verfahren die bevorzugte Art von Herstellung von vernetzten Fasern verkörpert, da zufolge des Verschmelzens der Bleich- und restlichen Reduktionsschritte Kapitalkosten und Verfahrensunannehmlichkeiten durch zusätzliche Wasch- und Extraktionsanlagen und zusätzliche Verfahrensschritte vermieden werden. Die durchgeführten Bleichfolgen und der Zeitpunkt der Unterbrechung dieser Folgen zur Durchführung der Vernetzung können in weitem Rahmen variiert werden, wie der Fachmann auf dem Gebiet ohne weiteres erkennen wird. Es hat sich erwiesen, daß mehrstufige Bleichfolgen, bei welchen DEP*-oder DEH*-Stufen dem Vernetzen folgen, wünschenswerte Resultate ergeben (*D-Chlordioxid, E-Lauge-Extraktion, P-Peroxid, H-Natriumhypochlorit) . Die Bleichfolgeschritte nach dem Vernetzen sind vorzugsweise alkalische Behandlungen, welche bei einem pH-Wert von mehr als pH7, und bevorzugter mehr als pH 9, ausgeführt werden.In a new attempt to produce crosslinked individualized fibers, the fiber starting materials are subjected to a conventional multi-step bleaching sequence, but during the sequence the bleaching process is interrupted in the middle and the fibers are crosslinked in accordance with the present invention. Following curing, the remainder of the bleaching sequence is completed. It has been found that acceptably low residual crosslinking agent levels of less than about 0.006% can be obtained in this manner. This process is believed to represent the preferred manner of producing crosslinked fibers because, due to the merging of the bleaching and residual reduction steps, capital costs and process inconveniences of additional washing and extraction equipment and additional processing steps are avoided. The bleaching sequences carried out and the The timing of interruption of these sequences to effect cross-linking can be varied widely, as will be readily appreciated by those skilled in the art. Multi-stage bleaching sequences in which DEP* or DEH* steps follow cross-linking have been found to give desirable results (*D-chlorine dioxide, E-liquor extraction, P-peroxide, H-sodium hypochlorite). The bleaching sequences after cross-linking are preferably alkaline treatments carried out at a pH of more than pH7, and more preferably more than pH9.

Zusätzlich zum Erzielen von effektiver Reduktion von restlichem Vernetzungsmittel wurde beobachtet, daß alkalische Behandlungen nach dem Vernetzen die Entwicklung von höheren FRV-(Fluidretentionswerte)-Fasern für äquivalente Vernetzungspegel erleichtern. Die Fasern mit höherem Fluidretentionswert haben geringere Trockenelastizität, i.e. sie sind leichter in einem trockenen Zustand zu verdichten, während sie im wesentlichen die gleiche Naßelastizität und Feuchtigkeitsansprechbarkeit wie die andersartigen äquivalenten im Anschluß an die Vervollständigung des Bleichens vernetzten Fasern beibehalten. Dies war besonders überraschend in Anbetracht, daß bis jetzt höherer FRV zu reduziertem Absorptionsvermögen führte.In addition to achieving effective reduction of residual crosslinking agent, it was observed that alkaline treatments after crosslinking facilitate the development of higher FRV (fluid retention value) fibers for equivalent crosslinking levels. The higher fluid retention value fibers have lower dry resilience, i.e. they are easier to densify in a dry state, while maintaining essentially the same wet resilience and moisture responsiveness as the other equivalent fibers crosslinked following completion of bleaching. This was particularly surprising considering that, until now, higher FRV resulted in reduced absorbency.

Die hierin beschriebenen vernetzten Fasern sind für eine Vielfalt von absorbierenden Artikeln einschließlich, aber nicht beschränkt darauf, Wegwerfwindeln, Monatsbinden, Damenbinden, Tampons und Verbandstoffen brauchbar, bei welchen jeder der genannten Artikel eine absorbierende Struktur aufweist, welche die hierin beschriebenen individualisierten, vernetzten Fasern enthält. Beispielsweise ist insbesondere an eine Wegwerfwindel oder ähnlichen Artikel mit einem flüssigkeitsdurchlässigen Deckblatt, einem flüssigkeitsundurchlässigen Rückenblatt, welches mit dem Deckblatt verbunden ist, und an eine absorbierende Struktur, welche individualisierte vernetzte Fasern enthält, gedacht. Solche Artikel werden allgemein im US-Patent Nr. 3,860,003, am 14. Jänner 1975 an Kenneth B.Buell ausgegeben, beschrieben.The crosslinked fibers described herein are useful in a variety of absorbent articles including, but not limited to, disposable diapers, sanitary napkins, sanitary napkins, tampons and bandages, each of which has an absorbent structure containing the individualized crosslinked fibers described herein. For example, a disposable diaper or similar article having a liquid permeable topsheet, a liquid impermeable backsheet bonded to the topsheet, and an absorbent structure containing individualized crosslinked fibers is particularly contemplated. Such articles are generally described in U.S. Patent No. 3,860,003, issued January 14, 1975 to Kenneth B. Buell.

Üblicherweise werden absorbierende Kerne für Windeln und Monatsregelprodukte aus unversteiften, unvernetzten Fasern auf Cellulosebasis hergestellt, bei welchen die absorbierenden Kerne Trockendichten von 0,06 g/cm³ und 0,12 g/cm³ aufweisen. Nach Benetzung weist der absorbierende Kern normalerweise eine Reduktion im Volumen auf.Typically, absorbent cores for diapers and menstrual products are made from unstiffened, non-crosslinked cellulosic fibers, where the absorbent cores have dry densities of 0.06 g/cm³ and 0.12 g/cm³. After wetting, the absorbent core typically exhibits a reduction in volume.

Es hat sich herausgestellt, daß die vernetzten Fasern der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um absorbierende Kerne mit im wesentlichen höheren Fluidabsorptionseigenschaften, einschließlich, aber nicht darauf begrenzt, Absorptionskapazität und Saugrate in bezug auf absorbierende Kerne mit äquivalenter Dichte, welche aus konventionellen unvernetzten Fasern oder vernetzten Fasern gemäß dem Stand der Technik hergestellt sind, herzustellen. Weiters können diese verbesserten Absorptionsresultate in Verbindung mit angehobenem Pegel von Naßelastizität erhalten werden. Für absorbierende Kerne mit Dichten zwischen 0,06 g/cm³ und 0,15 g/cm³, welche nach Benetzung im wesentlichen konstantes Volumen beibehalten, ist es besonders bevorzugt, vernetzte Fasern mit Vernetzungspegeln zwischen 2,0 Mol.% und 2,5 Mol.% Vernetzungsmittel, bezogen auf molare Trockencellulose-Anhydroglukose-Basis zu verwenden. Aus solchen Fasern hergestellte absorbierende Kerne haben eine wünschenswerte Kombination von struktureller Integrität, i.e. Widerstand gegenüber Kompression, und Naßelastizität. Der Ausdruck "Naßelastizität" im vorliegenden Kontext, bezieht sich auf die Fähigkeit eines befeuchteten Kissens, gegen seine originale Gestalt und Volumen nach Aussetzung gegen und Freigabe von Kompressionskräften zurückzuspringen. Verglichen mit aus unbehandelten Fasern hergestellten Kernen und vernetzten Fasern nach dem Stand der Technik, werden aus den Fasern der vorliegenden Erfindung hergestellte absorbierende Kerne eine im wesentlichen höhere Proportion ihrer Originalvolumina nach Freigabe der Naßkompressionskräfte wieder gewinnen.It has been found that the crosslinked fibers of the present invention can be used to produce absorbent cores having substantially higher fluid absorption properties, including, but not limited to, absorbent capacity and wicking rate, relative to absorbent cores of equivalent density made from conventional uncrosslinked fibers or crosslinked fibers in accordance with the prior art. Furthermore, these improved absorption results can be obtained in conjunction with increased levels of wet resiliency. For absorbent cores having densities between 0.06 g/cc and 0.15 g/cc which maintain substantially constant volume after wetting, it is particularly preferred to use crosslinked fibers having crosslinking levels between 2.0 mole percent and 2.5 mole percent crosslinking agent on a dry cellulose anhydroglucose molar basis. Absorbent cores made from such fibers have a desirable combination of structural integrity, i.e. resistance to compression, and wet resilience. The term "wet resilience" in the present context refers to the ability of a moistened pad to recover to its original shape and volume after exposure to and release of compression forces. Compared to cores made from untreated fibers and crosslinked fibers of the prior art, absorbent cores made from the fibers of the present invention will recover a substantially higher proportion of their original volumes after release of wet compression forces.

Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die individualisierten, vernetzten Fasern entweder zu einem im Luftstrom aufgebrachten oder naß aufgebrachten und daraufhin getrockneten absorbierenden Kern geformt, welcher zu einer Trockendichte von weniger als der Gleichgewichtsnaßdichte des Kissens komprimiert wird. Die Gleichgewichtsnaßdichte ist die Dichte des Kissens, berechnet auf Trockenfaserbasis, wenn das Kissen mit Fluid voll gesättigt ist. Wenn Fasern zu einem absorbierenden Kern mit einer Trockendichte geringer als die Gleichgewichtsnaßdichte verarbeitet werden, wird der Kern, nach Benetzen bis zur Sättigung, zur Gleichgewichtsnaßdichte kollabieren. Alternativ, wenn Fasern zu einem absorbierenden Kern mit einer Trockendichte größer als die Gleichgewichtsnaßdichte verarbeitet werden, wird der Kern, nach Benetzen bis zur Sättigung, bis zur Gleichgewichtsnaßdichte expandieren. Aus den Fasern der vorliegenden Erfindung hergestellte Kissen haben Gleichgewichtsnaßdichten, welche wesentlich geringer als bei aus konventionellen unvernetzten Fasern hergestellten Kissen sind. Die Fasern der vorliegenden Erfindung können zu einer höheren Dichte als der Gleichgewichtsnaßdichte komprimiert werden, um ein dünnes Kissen zu formen, welches nach Benetzen expandieren wird, wobei dadurch die Absorptionsfähigkeit zu einem wesentlich größeren Grad ansteigen wird als er von unvernetzten Fasern erhalten wird.In another preferred embodiment, the individualized, cross-linked fibers are either air-laid or wet-laid and subsequently dried absorbent core which is compressed to a dry density less than the equilibrium wet density of the pad. The equilibrium wet density is the density of the pad, calculated on a dry fiber basis, when the pad is fully saturated with fluid. If fibers are processed into an absorbent core having a dry density less than the equilibrium wet density, the core will collapse to the equilibrium wet density upon wetting to saturation. Alternatively, if fibers are processed into an absorbent core having a dry density greater than the equilibrium wet density, the core will expand to the equilibrium wet density upon wetting to saturation. Pads made from the fibers of the present invention have equilibrium wet densities which are substantially less than pads made from conventional uncrosslinked fibers. The fibers of the present invention can be compressed to a density higher than the equilibrium wet density to form a thin pad which will expand upon wetting, thereby increasing the absorbency to a substantially greater degree than obtained from uncrosslinked fibers.

Besonders hohe Absorptionseigenschaften, Naßelastizität und Ansprechbarkeit auf Benetzen können durch Vernetzungspegel zwischen 0,75 Mol.% und 1,25 Mol.%, bezogen auf eine molare Trockencellulose-Basis, erhalten werden. Vorzugsweise werden solche Fasern zu absorbierenden Kernen mit Trockendichten, welche größer als ihre Gleichgewichtsnaßdichten sind, geformt. Vorzugsweise werden die absorbierenden Kerne auf Dichten zwischen 0,12 g/cm³ und 0,60 g/cm³ komprimiert, wobei die korrespondierende Gleichgewichtsnaßdichte geringer als die Dichte des trockenen, komprimierten Kernes ist. Ebenso vorzugsweise werden die absorbierenden Kerne zu einer Dichte zwischen 0,12 g/cm³ und 0,40 g/cm³ komprimiert, wobei die korrespondierenden Gleichgewichtsnaßdichten zwischen 0,08 g/cm³ und 0,12 g/cm³ liegen. Bezogen auf vernetzte Fasern mit Vernetzungspegel zwischen 2,0 Mol.% und 2,5 Mol.% sind die früheren Fasern weniger steif, wobei sie dadurch geeigneter für Kompression zum höheren Dichtebereich gemacht werden. Die früheren Fasern haben auch höhere Ansprechbarkeit auf Benetzen dadurch, daß sie nach dem Benetzen in einem schnelleren Grad und in einem größeren Ausmaß offen aufspringen als es Fasern mit Vernetzungspegeln innerhalb des 2,0 Mol.%- bis 2,5 Mol.%-Bereiches tun, haben höhere Naßelastizität und behalten nahezu so viel Absorptionskapazität bei. Es sollte jedoch festgestellt werden, daß absorbierende Strukturen innerhalb des höheren Dichtebereiches aus vernetzten Fasern innerhalb des höheren Vernetzungspegelbereiches hergestellt werden können, ebenso wie absorbierende Strukturen mit geringerer Dichte aus vernetzten Fasern mit geringeren Vernetzungspegeln hergestellt werden können. Verbesserte Ausführung bezogen auf früher bekannte individualisierte, vernetzte Fasern wird für alle solche Strukturen erzielt.Particularly high absorbent properties, wet resilience and wetting responsiveness can be obtained by crosslinking levels between 0.75 mole percent and 1.25 mole percent on a dry cellulose molar basis. Preferably, such fibers are formed into absorbent cores having dry densities greater than their equilibrium wet densities. Preferably, the absorbent cores are compressed to densities between 0.12 g/cm³ and 0.60 g/cm³, with the corresponding equilibrium wet density being less than the density of the dry, compressed core. Also preferably, the absorbent cores are compressed to a density between 0.12 g/cm³ and 0.40 g/cm³, with the corresponding equilibrium wet densities being between 0.08 g/cm³ and 0.12 g/cm³. Regarding crosslinked fibers with crosslinking levels between 2.0 mol.% and 2.5 mol.%, the earlier fibers are less stiff, thereby making them more suitable for compression to the higher density range. The earlier fibers also have higher Responsiveness to wetting in that they pop open after wetting at a faster rate and to a greater extent than do fibers with crosslinking levels within the 2.0 mole percent to 2.5 mole percent range, have higher wet resilience, and retain nearly as much absorbent capacity. It should be noted, however, that absorbent structures within the higher density range can be made from crosslinked fibers within the higher crosslinking level range, just as lower density absorbent structures can be made from crosslinked fibers with lower crosslinking levels. Improved performance relative to previously known individualized crosslinked fibers is achieved for all such structures.

Während die vorangegangene Diskussion bevorzugte Ausführungsbeispiele für absorbierende Strukturen mit hoher und niedriger Dichte betrifft, sollte festgestellt werden, daß eine Variation von Kombinationen von Dichten von absorbierenden Strukturen und Vernetzungsmittelpegeln zwischen den Bereichen, welche hierin geoffenbart sind, hochwertige Absorptionseigenschaften und Integrität der absorbierenden Struktur, bezogen auf konventionelle Fasern auf Cellulosebasis und früher bekannte vernetzte Fasern ergeben werden. Von solchen Ausführungsbeispielen wird angenommen, daß sie innerhalb des Rahmens dieser Erfindung inkludiert sind.While the foregoing discussion relates to preferred embodiments for high and low density absorbent structures, it should be noted that varying combinations of absorbent structure densities and crosslinking agent levels between the ranges disclosed herein will yield superior absorbent properties and integrity of the absorbent structure relative to conventional cellulosic-based fibers and previously known crosslinked fibers. Such embodiments are believed to be included within the scope of this invention.

VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG VON FLUIDRETENTIONSWERTMETHOD FOR DETERMINING FLUID RETENTION VALUE

Das folgende Verfahren wurde verwendet, um den Wasserretentionswert von Fasern auf Cellulosebasis zu bestimmen. Eine Probe von 0,3 g bis 0,4 g Fasern wird in einem zugedeckten Behälter mit 100 ml destilliertem oder entionisiertem Wasser bei Raumtemperatur zwischen 15 und so Stunden lang eingeweicht. Die getränkten Fasern werden auf einem Filter gesammelt und zu einem 80-mesh-Gitter-Korb transferiert, welcher 38 mm oberhalb eines 60-mesh-(0,25 mm-Öffnung)Siebbodens eines Zentrifugenrohres getragen ist. Das Rohr wird mit einem Plastikdeckel verschlossen und die Probe wird bei einer relativen Zentrifugenkraft von 1500 bis 1700 G 19 bis 21 Minuten lang zentrifugiert. Die zentrifugierten Fasern werden dann aus dem Korb genommen und gewogen. Die gewogenen Fasern werden bei 105º C auf ein konstantes Gewicht getrocknet und neuerlich gewogen. Der Wasserretentionswert wird berechnet wie folgt:The following procedure was used to determine the water retention value of cellulose-based fibers. A sample of 0.3 g to 0.4 g of fibers is soaked in a covered container with 100 mL of distilled or deionized water at room temperature for between 15 and 20 hours. The soaked fibers are collected on a filter and transferred to an 80-mesh basket supported 38 mm above a 60-mesh (0.25 mm opening) sieve bottom of a centrifuge tube. The tube is sealed with a plastic cap and the sample is centrifuged at a relative centrifuge force of 1500 to 1700 G for 19 to 21 minutes. The centrifuged fibers are then removed from the basket and weighed. The weighed fibers are dried at 105º C to a constant weight and weighed again. The water retention value is calculated as follows:

(1) WRV = (W-D)/D · 100(1) WRV = (W-D)/D · 100

wobeiwhere

W = Naßgewicht der zentrifugierten Fasern;W = wet weight of centrifuged fibres;

D = Trockengewicht der Fasern; undD = dry weight of fibres; and

W-D = Gewicht von absorbiertem Wasser ist.W-D = weight of water absorbed.

VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DER TROPFKAPAZITÄTMETHOD FOR DETERMINING DRIP CAPACITY

Das folgende Verfahren wurde zur Bestimmung der Tropfkapazität von absorbierenden Kernen verwendet. Tropfkapazität wurde als ein kombiniertes Maß von Absorptionsfähigkeit und Absorptionsgeschwindigkeit der Kerne verwendet.The following procedure was used to determine the drip capacity of absorbent cores. Drip capacity was used as a combined measure of absorbency and absorption rate of the cores.

Ein absorbierendes Kissen, vier Zoll · vier Zoll, welches 7,5 g wiegt, wird auf einem Maschengitter angeordnet. Synthetischer Urin wird auf die Mitte des Kissens bei einer Geschwindigkeit von 8 ml/sec aufgebracht. Der Fluß von synthetischem Urin wird angehalten, wenn der erste Tropfen synthetischen Urins vom Boden oder den Seiten des Kissens austritt. Die Tropfkapazität wird durch die Differenz in der Masse des Kissens vor dem und im Anschluß an das Einführen des synthetischen Urins dividiert durch die Masse der Fasern, auf Trockenbasis bezogen, berechnet.An absorbent pad, four inches by four inches, weighing 7.5 g, is placed on a mesh screen. Synthetic urine is applied to the center of the pad at a rate of 8 ml/sec. The flow of synthetic urine is stopped when the first drop of synthetic urine emerges from the bottom or sides of the pad. The drip capacity is calculated by the difference in the mass of the pad before and after the introduction of the synthetic urine divided by the mass of the fibers on a dry basis.

VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DER NASSKOMPRIMIERBARKEITMETHOD FOR DETERMINING WET COMPRESSIBILITY

Das folgende Verfahren wurde zur Bestimmung der Naßkomprimierbarkeit von absorbierenden Strukturen verwendet. Naßkomprimierbarkeit wurde als Maß für Widerstand gegenüber Naßkompression, strukturelle Integrität bei Nässe und Naßelastizität der absorbierenden Kerne verwendet.The following procedure was used to determine the wet compressibility of absorbent structures. Wet compressibility was used as a measure of resistance to wet compression, wet structural integrity, and wet resilience of the absorbent cores.

Ein quadratisches Vier-Zoll · vier-Zoll-Kissen mit dem Gewicht von 7,5 g wird vorbereitet, seine Stärke gemessen und seine Dichte berechnet. Das Kissen wird mit dem Zehnfachen seines Trockengewichts oder bis zu seinem Sättigungspunkt, je nachdem, was weniger ist, mit synthetischem Urin beladen. Eine Kompressionsbelastung von 70,31 kg/m² wird auf das Kissen aufgebracht. Nach ungefähr 60 Sekunden, während welcher Zeit das Kissen sich in das Gleichgewicht einpendelt, wird die Dicke des Kissens gemessen. Die Kompressionsbelastung wird daraufhin auf 773,38 kg/m² erhöht, wobei dem Kissen erlaubt wird sich auszugleichen, und die Dicke wird gemessen. Die Kompressionsbelastung wird daraufhin auf 70,31 kg/m² reduziert, wobei dem Kissen gestattet wird sich auszugleichen, und die Dicke wird neuerlich gemessen. Die Dichten werden für das Kissen bei der ursprünglichen 70,31 kg/m²-Belastung, der 773,38 kg/m²-Belastung und der zweiten 70,31 kg/m²-Belastung, bezeichnet als 70,31 kg/m²- Rückprall-Belastung, berechnet. Das in cm³/g angegebene Zwischenraumvolumen wird daraufhin für die jeweiligen Druckbelastungen bestimmt. Das Zwischenraumvolumen wird als Reziprokwert der Naßdichte des Kissens minus dem Faservolumen (0,75 cm³/g) berechnet. Die 70,31 kg/m²- und 773,38 kg/m²-Zwischenraumvolumina sind wertvolle Indikatoren für die Widerstandsfähigkeit gegen Naßkompression und für strukturelle Integrität bei Nässe. Höhere Zwischenraumvolumina für eine allgemeine anfängliche Kissendichte weisen auf größere Widerstandsfähigkeit gegenüber Naßkompression und größere strukturelle Integrität bei Nässe hin. Der Unterschied zwischen 70,31 kg/m²-Volumen und 70,31 kg/m²-Rückprall-Volumen ist zum Vergleich von Naßelastizität von absorbierenden Kissen brauchbar. Ein geringerer Unterschied zwischen 70,31 kg/m² Zwischenraum-Volumen und 70,31 kg/m² Rückprall-Volumen gibt höhere Naßelastizität an.A four-inch by four-inch square pillow weighing 7.5 g is prepared, its thickness measured and its density calculated. The pillow is filled with ten times its dry weight or to its saturation point, whichever is whichever is less, with synthetic urine. A compression load of 70.31 kg/m² is applied to the pad. After approximately 60 seconds, during which time the pad is allowed to equilibrate, the thickness of the pad is measured. The compression load is then increased to 773.38 kg/m², the pad is allowed to equilibrate, and the thickness is measured. The compression load is then reduced to 70.31 kg/m², the pad is allowed to equilibrate, and the thickness is measured again. Densities are calculated for the pad at the original 70.31 kg/m² load, the 773.38 kg/m² load, and the second 70.31 kg/m² load, referred to as the 70.31 kg/m² rebound load. The interstitial volume, expressed in cm³/g, is then determined for each compression load. The interstitial volume is calculated as the reciprocal of the wet density of the pad minus the fiber volume (0.75 cc/g). The 70.31 kg/m² and 773.38 kg/m² interstitial volumes are valuable indicators of wet compression resistance and wet structural integrity. Higher interstitial volumes for an overall initial pad density indicate greater wet compression resistance and greater wet structural integrity. The difference between 70.31 kg/m² volume and 70.31 kg/m² rebound volume is useful for comparing wet resiliency of absorbent pads. A smaller difference between 70.31 kg/m² interstitial volume and 70.31 kg/m² rebound volume indicates higher wet resiliency.

Auch hat sich der Unterschied in der Abgreifhöhe zwischen dem trockenen Kissen und dem gesättigten Kissen vor Kompression als ein brauchbarer Indikator für die Ansprechbarkeit gegenüber Benetzen der Kissen erwiesen.The difference in grip height between the dry cushion and the saturated cushion before compression has also been shown to be a useful indicator of the responsiveness to wetting of the cushions.

VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG VON TROCKENKOMPRIMIERBARKEITMETHOD FOR DETERMINING DRY COMPRESSIBILITY

Das folgende Verfahren wurde zur Bestimmung der Trockenkomprimierbarkeit von absorbierenden Kernen verwendet. Trockenkomprimierbarkeit wurde verwendet, um Trockenelastizität der Kerne als ein Maß von Trockenelastizität der Kerne zu bestimmen.The following procedure was used to determine the dry compressibility of absorbent cores. Dry compressibility was used to determine dry resilience of the cores as a measure of dry resilience of the cores.

Ein quadratisches, 100 mm · 100 mm, im Luftstrom aufgebrachtes Kissen mit einer Masse von 7,5 g wird vorbereitet und in einem trockenen Zustand durch eine hydraulische Presse bei einem Druck von 241680 kg/m² komprimiert. Das Kissen wird umgedreht und das Pressen wird wiederholt. Die Dicke des Kissens wird mit einer nicht belasteten Abgreifhöhe vor und nach dem Pressen gegemessen. Die Dichte vor und nach dem Pressen wird daraufhin berechnet als Masse/(Zone · Dicke). Größere Unterschiede zwischen der Dichte vor und nach dem Pressen geben geringere Trockenelastizität an.A 100 mm x 100 mm square air-laid pad with a mass of 7.5 g is prepared and compressed in a dry state by a hydraulic press at a pressure of 241680 kg/m2. The pad is turned over and the pressing is repeated. The thickness of the pad is measured with an unloaded caliper before and after pressing. The density before and after pressing is then calculated as mass/(zone x thickness). Larger differences between the density before and after pressing indicate lower dry elasticity.

VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG VON PEGEL VON GLUTARALDEHYD, WELCHER MIT FASERN AUF CELLULOSEBASIS REAGIERT HATMETHOD FOR DETERMINING LEVELS OF GLUTARALDEHYDE WHICH HAS REACTED WITH CELLULOSE-BASED FIBERS

Das folgende Verfahren wurde verwendet, um den Pegel von Glutaraldehyd zu bestimmen, welcher reagiert hat, um Intrafaser-Vernetzungsbindungen mit der cellulosehältigen Komponente der individualisierten Glutaraldehyd-vernetzten Fasern auszubilden.The following procedure was used to determine the level of glutaraldehyde which reacted to form intrafiber crosslink bonds with the cellulosic component of the individualized glutaraldehyde crosslinked fibers.

Eine Probe individualisierter, vernetzter Fasern wird mit 0,1 N HCl bei 60º C eine Stunde lang extrahiert. Der Extrakt wird von den Fasern getrennt und dasselbe Extraktions/Separationsverfahren wird daraufhin für jede Probe zusätzlich dreimal wiederholt. Der Extrakt von jeder Extraktion wird getrennt mit einer wässerigen Lösung von 2,4 - Dinitrophenylhydrazon (DNPH) gemischt. Man läßt die Reaktion 15 Minuten lang fortsetzen, wonach der Mischung ein Volumsteil Chloroform zugesetzt wird. Die Reaktionsmischung wird weitere 45 Minuten gemischt. Die Chloroform- und die wässerigen Schichten werden mit einem Scheidetrichter getrennt. Der Pegel von Glutaraldehyd wird durch Analysieren der Chloroformschicht durch Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) hinsichtlich des DNPH-Derivates bestimmt.A sample of individualized cross-linked fibers is extracted with 0.1 N HCl at 60ºC for one hour. The extract is separated from the fibers and the same extraction/separation procedure is then repeated three additional times for each sample. The extract from each extraction is mixed separately with an aqueous solution of 2,4-dinitrophenylhydrazone (DNPH). The reaction is allowed to continue for 15 minutes, after which one volume of chloroform is added to the mixture. The reaction mixture is mixed for an additional 45 minutes. The chloroform and aqueous layers are separated with a separatory funnel. The level of glutaraldehyde is determined by analyzing the chloroform layer by high performance liquid chromatography (HPLC) for the DNPH derivative.

Die Chromatographie-Bedingungen für die verwendete HLPC-Analyse waren: Säule: C-18 Umkehrphase; Detektor: UV bei 360 mm; mobile Phase 80 : 20 Methanol : Wasser; Strömungsgeschwindigkeit 1 ml/min; vorgenommene Messung: Scheitelhöhe. Eine Eichkurve von Scheitelhöhe und Glutaraldehydgehalt wurde durch Messen der HPLC-Scheitelhöhen von fünf Standardlösungen mit bekannten Glutaraldehydpegeln zwischen 0 ppm und 25 ppm entwickelt.The chromatography conditions for the HLPC analysis used were: column: C-18 reversed phase; detector: UV at 360 mm; mobile phase 80:20 methanol:water; flow rate 1 ml/min; measurement taken: peak height. A calibration curve of peak height and glutaraldehyde content was by measuring the HPLC peak heights of five standard solutions with known glutaraldehyde levels between 0 ppm and 25 ppm.

Jede der vier Chloroformphasen für jede Faserprobe wurde durch HPLC analysiert, die Scheitelhöhe gemessen und der korrespondierende Glutaraldehydpegel aus der Eichkurve bestimmt. Die Glutaraldehydkonzentrationen für jede Extraktion waren daraufhin summiert und durch das Faserprobengewicht (auf Basis der trockenen Fasern) dividiert, um Glutaraldehydgehalt, bezogen auf Faserngewicht, zu ergeben.Each of the four chloroform phases for each fiber sample was analyzed by HPLC, the peak height measured, and the corresponding glutaraldehyde level determined from the calibration curve. The glutaraldehyde concentrations for each extraction were then summed and divided by the fiber sample weight (based on dry fiber) to give glutaraldehyde content based on fiber weight.

Es lagen zwei Glutaraldehyd-Peaks für jedes der HPLC-Chromatogramme vor. Jeder Peak kann verwendet werden, solange dieser gleiche Peak durch das ganze Verfahren hin verwendet wird.There were two glutaraldehyde peaks for each of the HPLC chromatograms. Any peak can be used as long as the same peak is used throughout the procedure.

BEISPIEL 1EXAMPLE 1

Dieses Beispiel zeigt den Effekt von variierenden Pegeln eines Vernetzungsmittels, Glutaraldehyd, auf die Absorptionsfähigkeit und Elastizität von absorbierenden Kissen, welche aus individualisierten, vernetzten Fasern hergestellt worden sind. Die individualisierten, vernetzten Fasern sind durch ein Trockenvernetzungsverfahren hergestellt worden.This example shows the effect of varying levels of a cross-linking agent, glutaraldehyde, on the absorbency and resiliency of absorbent pads made from individualized cross-linked fibers. The individualized cross-linked fibers were made by a dry cross-linking process.

Für jede Probe wurde eine Menge von nie-getrockneter südlicher Weichholz-Kraft-(SSK)-Pulpe beigestellt. Die Fasern hatten einen Feuchtigkeitsgehalt von 62,4 % (Äquivalent einer 37,6 %- Konsistenz). Eine Aufschlämmung wurde durch Zusetzen der Fasern einer Lösung gebildet, welche eine ausgewählte Menge von 50 % wässeriger Glutaraldehyd-Lösung, 30 % (bezogen auf das Gewicht des Glutaraldehyds) Zinknitrat-Hexahydrat, entmineralisiertes Wasser und eine ausreichende Menge von 1 N HCl enthält, um den Aufschlämmungs-pH-Wert auf 3,7 zu vermindern. Die Fasern wurden für einen Zeitraum von 20 Minuten in der Aufschlämmung getränkt und dann auf eine Faserkonsistenz von 34 % bis 35 % durch Zentrifugieren entwässert. Als nächstes wurden die entwässerten Fasern bis zu einer Faserkonsistenz von 55 % bis 56 % mit einem Durchlüftungstrockner, welcher Raumtemperatur-Luft verwendet, luftgetrocknet. Die luftgetrockneten Fasern wurden unter Verwendung einer dreistufigen Fluffing-Vorrichtung, wie sie im US-Patent Nr. 3,987,968 beschrieben ist, defibriert. Die defibrierten Fasern wurden auf Paletten angeordnet und bei 345º C in einem im wesentlichen statischen Trocknungsofen während eines Zeitraumes von 45 Minuten härten gelassen. Vernetzen wurde während der Verweilperiode im Ofen abgeschlossen. Die vernetzten, individualisierten Fasern wurden auf einem Maschengitter angeordnet und mit 20º C-Wasser gewaschen, mit einer 1 %-Konsistenz während einer (eine) Stunde in 60º C-Wasser getränkt, mit 20º C- Wasser ein zweites Mal gewaschen, auf 60 % Faserkonsistenz zentrifugiert, in einem Dreistufen-Fluffing-Gerät, wie zuvor beschrieben, defibriert, vollständig in einem statischen Trocknungsofen bei 105º C vier (4) Stunden lang getrocknet. Die getrockneten Fasern wurden im Luftstrom aufgebracht, um absorbierende Kissen zu bilden. Die Kissen waren mit einer hydraulischen Presse zu einer Dichte von 0,10 g/cm² komprimiert worden. Die Kissen wurden auf ihre Absorptionsfähigkeit, Elastizität und Menge von reagiertem Glutaraldehyd entsprechend den hierin definierten Verfahren getestet. Umgesetzter Glutaraldehyd wird in Mol.%, berechnet auf einer Trockenfaser-Cellulose-Anhydroglucose-Basis angegeben. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gebracht. TABELLE 1 Probe Glutaraldehyd (Mol.% zugesetzt/angesprochen WRV (%) Tropfkapazität 8 ml/s (g/g) Naßkomprimierbarkeit (cc/g) * von einer getrennten Probe von Fasern gewonnen (N/A) - nicht verfügbar (a) = 70,31 kg/m² (b) = 773,38 kg/m² (c) = 70,31 kg/m² RückprallFor each sample, a quantity of never-dried southern softwood kraft (SSK) pulp was provided. The fibers had a moisture content of 62.4% (equivalent to a 37.6% consistency). A slurry was formed by adding the fibers to a solution containing a selected amount of 50% aqueous glutaraldehyde solution, 30% (by weight of glutaraldehyde) zinc nitrate hexahydrate, demineralized water, and a sufficient amount of 1 N HCl to reduce the slurry pH to 3.7. The fibers were soaked in the slurry for a period of 20 minutes and then dewatered to a fiber consistency of 34% to 35% by centrifugation. Next, the dewatered fibers were air dried to a fiber consistency of 55% to 56% using a through-air dryer using room temperature air. The air dried fibers were defibrated using a three-stage fluffing apparatus as described in U.S. Patent No. 3,987,968. The defibrated fibers were placed on pallets and allowed to cure at 345ºC in a substantially static drying oven for a period of 45 minutes. Crosslinking was completed during the dwell period in the oven. The crosslinked, individualized fibers were placed on a mesh screen and washed with 20ºC water, soaked in 60ºC water to a 1% consistency for one (one) hour, washed a second time with 20ºC water, centrifuged to 60% fiber consistency, defibrated in a three-stage fluffing apparatus as previously described, completely dried in a static drying oven at 105ºC for four (4) hours. The dried fibers were air-laid to form absorbent pads. The pads were compressed with a hydraulic press to a density of 0.10 g/cm2. The pads were tested for absorbency, resiliency and amount of reacted glutaraldehyde according to the procedures defined herein. Reacted glutaraldehyde is reported in mole percent calculated on a dry fiber cellulose anhydroglucose basis. The results are presented in Table 1. TABLE 1 Sample Glutaraldehyde (mol.% added/addressed WRV (%) Drop Capacity 8 ml/s (g/g) Wet Compressibility (cc/g) * obtained from a separate sample of fibers (N/A) - not available (a) = 70.31 kg/m² (b) = 773.38 kg/m² (c) = 70.31 kg/m² Rebound

BEISPIEL 2EXAMPLE 2

Der Zweck dieses Beispiels ist es zu zeigen, daß niedrige Pegel von extrahierbarem Vernetzungsmittel durch Unterwerfen der Fasern Bleichfolge-Schritten im Anschluß an das Vernetzen erhalten werden können. Der Pegel von extrahierbarem Vernetzungsmittel wurde durch Tränken einer Probe der Fasern in 40º C-entionisiertem Wasser bei 2,5 % Konsistenz während einer (1) Stunde bestimmt. Das durch das Wasser extrahierte Glutaraldehyd wurde mit HPLC gemessen und als extrahierbares Glutaraldehyd basierend auf Trockenfasergewicht bezeichnet. Die Fasern wurden durch ein Trockenvernetzungsverfahren vernetzt.The purpose of this example is to demonstrate that low levels of extractable crosslinker can be obtained by subjecting the fibers to bleaching steps following crosslinking. The level of extractable crosslinker was determined by soaking a sample of the fibers in 40ºC deionized water at 2.5% consistency for one (1) hour. The glutaraldehyde extracted by the water was measured by HPLC and referred to as extractable glutaraldehyde based on dry fiber weight. The fibers were crosslinked by a dry crosslinking process.

Südliche Weichholz-Kraft-Pulpe (SSK) wurde bereitgestellt. Die Pulpefasern wurden teilweise durch die folgenden Bleichfolgeschritte gebleicht:Southern Softwood Kraft (SSK) pulp was provided. The pulp fibers were partially bleached by the following bleaching sequence steps:

Chlorierung (C) - 3-4 %-Konsistenz-Aufschlämmung behandelt mit 5 % verfügbarem Chlor (av. Cl) bei einem pH-Wert von 2,5 und ungefähr 38º C während 30 Minuten; Laugen-Extraktion - 12 %-Konsistenz-Aufschlämmung behandelt mit 1,4 g/l NaOH bei ungefähr 74º C während 60 Minuten; und Hypochlorit-Behandlung (H)Chlorination (C) - 3-4% consistency slurry treated with 5% available chlorine (av. Cl) at pH 2.5 and approximately 38ºC for 30 minutes; caustic extraction - 12% consistency slurry treated with 1.4 g/l NaOH at approximately 74ºC for 60 minutes; and hypochlorite treatment (H)

- 12 %Konsistenz-Aufschlämmung, behandelt mit hinreichend Natrium- Hypochlorit bei 11-11,5 pH zwischen 38º C und 60º C während 60 Minuten, um eine 60-65-Elrepho-Helligkeit und eine 1,55-1,65 · 10&supmin;²-Pa·s. -Viskosität zu ergeben. Die teilweise gebleichten Fasern wurden zu individualisierten vernetzten Fasern unter Verwendung von Glutaraldehyd als Vernetzungsmittel in Übereinstimmung mit dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren verarbeitet. Die Fasern behielten 2,29 Mol.% Glutaraldehyd, berechnet auf eine molare Trockenfaser-cellulosehältige Anhydroglucosebasis. Typischerweise haben solche Fasern extrahierbare Glutaraldehydpegel von 1000 ppm (0,1 %).- 12% consistency slurry treated with sufficient sodium hypochlorite at 11-11.5 pH between 38ºC and 60ºC for 60 minutes to give a 60-65 Elrepho brightness and a 1.55-1.65 10-2 Pa s viscosity. The partially bleached fibers were processed into individualized crosslinked fibers using glutaraldehyde as the crosslinking agent in accordance with the procedure described in Example 1. The fibers retained 2.29 mole percent glutaraldehyde calculated on a dry fiber molar cellulosic anhydroglucose basis. Typically such fibers have extractable glutaraldehyde levels of 1000 ppm (0.1%).

Bleichung der teilweise gebleichten, individualisierten Fasern wurde daraufhin fortgesetzt und mit einer Chlordioxid (D)-, Extraktion (E)- und Natrium-Hypochlorit (H) -Sequenz (DEH) vervollständigt. Im Chlordioxidschritt (D) wurden individualisierte, vernetzte Fasern in einer 10 %-Konsistenz-wasserigen Aufschlämmung, welche ebenso eine hinreichende Menge von Natrium-Hypochlorit enthielt, um 2 % verfügbares Chlor, bezogen auf ein Trockenfasergewicht, zu ergeben, getränkt. Nach Mischen wurde der pH-Wert der Aufschlämmung auf pH 2,5 durch Zusetzen von HCl reduziert und daraufhin durch Zusetzen von NaOH auf pH 4,4 angehoben. Die Pulpeaufschlämmung wurde daraufhin 2,5 Stunden lang in einem 70º C Ofen angeordnet, gesiebt, mit Wasser zu neutralem pH geschwemmt und bis auf 61,4 % Konsistenz zentrifugiert.Bleaching of the partially bleached individualized fibers was then continued and completed with a chlorine dioxide (D), extraction (E) and sodium hypochlorite (H) sequence (DEH). In the chlorine dioxide step (D), individualized cross-linked fibers were suspended in a 10% consistency aqueous slurry which also contained a sufficient amount of sodium hypochlorite to give 2% available chlorine on a dry fiber weight basis. After mixing, the pH of the slurry was reduced to pH 2.5 by adding HCl and then raised to pH 4.4 by adding NaOH. The pulp slurry was then placed in a 70ºC oven for 2.5 hours, sieved, flushed with water to neutral pH and centrifuged to 61.4% consistency.

Im Extraktionsschritt wurde eine 10 %-Konsistenz-wässerige Aufschlämmung der entwässerten Fasern mit 0,33 NaOH/Liter Wasser während 1,5 Stunden bei 40º C behandelt. Die Fasern wurden daraufhin gesiebt, mit Wasser zu neutralem pH geschwemmt und bis auf 62,4 % Konsistenz zentrifugiert.In the extraction step, a 10% consistency aqueous slurry of the dewatered fibers was treated with 0.33 NaOH/liter water for 1.5 hours at 40ºC. The fibers were then sieved, washed with water to neutral pH and centrifuged to 62.4% consistency.

Schließlich wurde für den Natrium-Hypochlorit-Schritt (H) eine 10 %-Konsistenz-Aufschlämmung der Fasern, welche genügend Natrium-Hypochlorit enthielt, um 1,5 % verfügbares Chlor, bezogen auf ein Trockenfasergewicht, zu ergeben, vorbereitet. Die Aufschlämmung wurde gemischt und in einem 50º C-Ofen eine Stunde lang erhitzt. Die Fasern wurden daraufhin gesiebt, auf pH 5,0 geschwemmt und bis auf 62,4 % Konsistenz zentrifugiert. Die entwässerten Fasern wurden luftgetrocknet, geflockt und in einem 105º C-Ofen eine Stunde lang komplett getrocknet. Der Pegel von extrahierbarem Glutaraldehyd der vollständig gebleichten, individualisierten, vernetzten Fasern war 25 ppm (0,0025 %). Dies ist hinreichend unterhalb des Maximalpegels von extrahierbarem Glutaraldehyd, von welchem angenommen wird, daß er für Anwendungen annehmbar ist, bei welchen die Fasern in Nähe der menschlichen Haut verwendet werden.Finally, for the sodium hypochlorite step (H), a 10% consistency slurry of the fibers containing enough sodium hypochlorite to yield 1.5% available chlorine based on dry fiber weight was prepared. The slurry was mixed and heated in a 50ºC oven for one hour. The fibers were then sieved, floated to pH 5.0 and centrifuged to 62.4% consistency. The dewatered fibers were air dried, flaked and completely dried in a 105ºC oven for one hour. The extractable glutaraldehyde level of the fully bleached, individualized, crosslinked fibers was 25 ppm (0.0025%). This is well below the maximum level of extractable glutaraldehyde believed to be acceptable for applications where the fibres are used in proximity to human skin.

Ebenso ist herausgefunden worden, daß aus den Fasern, welche teilweise gebleicht, vernetzt und daraufhin vollständig gebleicht worden waren, hergestellte Kissen unerwartet höheren Fluidretentionswert und Sauggeschwindigkeit und mindestens äquivalente Tropfkapazität und Naßelastizität wie individualisierte Fasern haben, welche im Anschluß auf volle Bleichung vernetzt worden sind. Als ein Resultat des höheren Wasserretentionswertes jedoch waren die Fasern, welche in der Mitte der Bleichfolge vernetzt worden sind, in einem trockenen Zustand komprimierbarer.It was also found that pads made from fibers that had been partially bleached, crosslinked and then fully bleached had unexpectedly higher fluid retention value and wicking rate and at least equivalent drip capacity and wet resilience as individualized fibers that had been crosslinked following full bleaching. As a result of the higher water retention value, however, the fibers that had been the bleaching sequence are more compressible in a dry state.

Im wesentlichen äquivalente Resultate wurden erzielt, als ein Peroxid-Bleichschritt (P) für den abschließenden Hypochlorit- Schritt (H) substituiert worden ist. Im P-Schritt wurde eine 10 %-Konsistenz-Aufschlämmung mit 0,5 % Hydrogenperoxid, bezogen auf Fasergewicht, bei 11-11,5 pH und 80º C während 90 Minuten behandelt.Substantially equivalent results were obtained when a peroxide bleaching step (P) was substituted for the final hypochlorite step (H). In the P step, a 10% consistency slurry was treated with 0.5% hydrogen peroxide by fiber weight at 11-11.5 pH and 80ºC for 90 minutes.

Claims (5)

1. Ein Verfahren zum Herstellen individualisierter, vernetzter Fasern auf Cellulosebasis, bei welchem das genannte Verfahren die Schritte aufweist von:1. A process for producing individualized, cross-linked cellulose-based fibers, wherein said process comprises the steps of: a) Beistellen von Fasern auf Cellulosebasis und In-Berührung-Bringen der genannten Fasern in einer wässerigen Lösung mit einer ausreichenden Menge eines Vernetzungsmittels, welches aus C&sub2;-C&sub8; Dialdehyden, Säureanaloga der genannten Dialdehyde und Oligomeren der genannten Dialdehyde und genannten Säureanaloga ausgewählt ist, um, nach Reaktion, von 0,5 Mol.% bis 3,5 Mol.% Vernetzungsmittel auf einer molaren Cellulose-Anhydroglucose-Basis zu ergeben, um so den genannten reagierten Fasern einen Wasserretentionswert von 28 bis 45 zu verleihen;a) providing cellulosic fibers and contacting said fibers in an aqueous solution with a sufficient amount of a crosslinking agent selected from C2-C8 dialdehydes, acid analogs of said dialdehydes, and oligomers of said dialdehydes and said acid analogs to yield, upon reaction, from 0.5 mole % to 3.5 mole % crosslinking agent on a cellulose anhydroglucose molar basis so as to impart to said reacted fibers a water retention value of from 28 to 45; b) Entwässern der genannten Fasern zu einer Konsistenz von 30 Gewichts-% bis 80 Gewichts-% Fasern und Defibrierung der genannten Fasern zu im wesentlichen individueller Form;b) dewatering said fibres to a consistency of 30% to 80% fibres by weight and defibrating said fibres to a substantially individual shape; c) Lufttrocknen der genannten Fasern, während sie individualisiert werden, unter Bedingungen, welche Faser-an-Faser-Kontakt verhindern, Reaktion des genannten Vernetzungsmittels mit den genannten Fasern, um Intrafaser-Vernetzungsbindungen beim deutlichen Fehlen von Interfaser-Bindungen auszubilden; undc) air drying said fibers while they are being individualized under conditions preventing fiber-to-fiber contact, reacting said crosslinking agent with said fibers to form intrafiber crosslink bonds in the substantial absence of interfiber bonds; and d) Waschen der genannten vernetzten Fasern mit einer alkalischen Lösung, welche einen pH-Wert größer als 7 hat und einen Bestandteil zum Zersetzen hemiacetaler Bindungen enthält, während er gegenüber acetalen Bindungen neutral ist, um dadurch das Ausmaß von unumgesetztem und restlichem Vernetzungsmittel zu reduzieren.d) washing said crosslinked fibers with an alkaline solution having a pH greater than 7 and containing a component for decomposing hemiacetal bonds while being neutral toward acetal bonds, thereby reducing the amount of unreacted and residual crosslinking agent. 2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die genannte alkalische Lösung einen pH-Wert größer als pH 9 hat.2. A method according to claim 1, wherein said alkaline solution has a pH greater than pH 9. 3. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei welchem die genannten Fasern mit einer hinreichenden Menge von Vernetzungsmittel in Berührung gebracht werden, um nach Reaktion von 0,5 Mol.% bis 2,5 Mol.% Vernetzungsmittel, berechnet auf einer molaren Cellulose-Anhydroglucose-Basis, zu ergeben.3. A process according to any one of claims 1 and 2, wherein said fibers are contacted with a sufficient amount of crosslinking agent to yield upon reaction from 0.5 mole % to 2.5 mole % crosslinking agent, calculated on a molar cellulose anhydroglucose basis. 4. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die genannten Fasern auf Cellulosebasis von Schritt a) durch mindestens einen Schritt einer mehrstufigen Bleichfolge teilweise gebleicht werden.4. A process according to any one of claims 1 to 3, wherein said cellulosic fibers of step a) are partially bleached by at least one step of a multi-stage bleaching sequence. 5. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem der Bestandteil der genannten alkalischen Lösung von Schritt d) eine Verbindung umfaßt, welche aus Natriumhypochlorit, Ammoniumhydroxid, Wasserstoffperoxid und Natriumbisulfit ausgewählt worden ist.5. A process according to any one of claims 1 to 4, wherein the component of said alkaline solution of step d) comprises a compound selected from sodium hypochlorite, ammonium hydroxide, hydrogen peroxide and sodium bisulfite.
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