FI108244B - Kuitukangas, joka käsittää sellukuiduista ja pitkistä hydrofiilisista kasvikuiduista koostuvan seoksen, sekä menetelmä kuitukankaan tuottamiseksi - Google Patents

Description

108244 !

KUITUKANGAS, JOKA KÄSITTÄÄ SELLUKUIDUISTA JA PITKISTÄ HYDRO-FIILISISTA KASVIKUIDUISTA KOOSTUVAN SEOKSEN, SEKÄ MENETELMÄ KUITUKANKAAN TUOTTAMISEKSI

' 5 Keksinnön taustaa Tämän keksinnön kohteena on kuitukangas, joka on tuotettu vesisekoittamalla märkämuovattu tai vaahtomuovattu kuiturata.

10 Vesisekoittaminen on tekniikka, joka esiteltiin 1970-luvulla, ks. esim. CA-patentissa nro 841,938. Tähän menetelmään kuuluu kuituradan, kuivamuovatun tai märkämuovatun, muodostaminen, minkä jälkeen kuidut sekoitetaan, eli erittäin hienoilla vesisuihkuilla kovalla paineella sekoitetaan toisiinsa.

15 Useita vesisuihkurivejä suunnataan kuiturataan, jota kannat-telee liikkuva viira (verkko). Sitten sekoitettu rata kuivataan. Kuidut, joita materiaalissa käytetään, voivat muodostua keino- tai regeneroiduista katkokuiduista, esim. polyesteri, polyamidi, polypropeeni, raion tms., sellukuiduista tai 20 sellukuitujen ja katkokuitujen sekoituksista. Laadukkaita ve-sisekoitettuja materiaaleja voidaan tuottaa kohtuullisin kustannuksin, ja ne omaavat hyvät imuominaisuudet. Niitä käytetään mm. pyyhkiminä tai puhdistuskankaina kotitalouksissa tai teollisuudessa, kertakäyttömateriaaleina terveydenhoi-• : 25 dossa, jne.

Julkaisu EP-A-0 483 816 kuvailee sellaisen märkämuovatun vesisekoitetun materiaalin, joka perustuu· 100-prosenttisesti sellukuituihin, tuottamista. Vesisekoitettu kuitukangas, joka 30 koostuu 100-prosenttisesti sellukuiduista, saattaa omata ' riittämättömät lujuusominaisuudet tietyissä käyttösovellutuk- I » sissa, joissa materiaaliin kohdistuu suuri kuormitus märkänä.

Suuren materiaalilujuuden saavuttamiseksi on tarpeen sekoit-35 taa mukaan sellaisia kuituja, jotka ovat pitempiä kuin sellukuidut. Siksi on yleistä, kuten yllä mainittiin, sekoittaa mukaan tietty osuus keino- tai regeneroituja katkokuitu- 108244 2 ja. Käytettävät keinokuidut tuotetaan oleellisesti raaka-aineista, jotka ovat peräisin öljystä tai maakaasusta. Keinokuituihin pohjautuvan kuitukangasjätteen palaminen tai biologinen hajoaminen edistää niinsanottua "kasvihuoneil-5 miötä", koska tällöin vapautuu fossiilista hiiltä hiilidioksidin muodossa. Tästä näkökulmasta olisi kuitukankaan valmistukseen edullisempaa käyttää keinokuitujen asemesta kasvikuituja, sillä kasvikuituja ja/tai sellukuituja sisältävän materiaalin palamisen tai biologisen hajoamisen yhteydessä ei 10 vapaudu fossiilista hiiltä.

Pitkien hydrofiilisten selluloosakuitujen märkämuovaus on vaikeaa, sillä kuitujen heikko märkätaivutusjäykkyys ja niiden nukkaantumistaipumus aikaansaavat kuituformaatioltaan 15 epätasaisia materiaaleja. Epätasaisen kuituformaation ongelma pahenee entisestään, jos sitomismenetelmänä käytetään ve-sisekoittamista.

Julkaisun WO 91/08333 mukaan hydrofobisia kasvikuituja 20 voidaan märkämuovata ja sitoa vesisekoittamisella, mistä seuraa hydrofiilinen kuitukangas. Tässä tapauksessa hydrofobiset kuidut säilyttävät suuren osan taivutuslujuudestaan märkämuovausprosessin aikana, mikä mahdollistaa verrattain tasaisen kuituformaation.

. 25

Keksinnön tavoite ia tärkeimmät piirteet Tämän keksinnön tavoitteena on aikaansaada luonnonkuituihin perustuva vesisekoitettu kuitukangas, joka materiaali omaa 30 hyvät imuominaisuudet ja on muutoinkin laadukas. Keksinnön : mukaan tämä ratkaistaan materiaalilla, joka käsittää seoksen lyhyitä kasvikuituja, erityisesti sellukuituja, ja pitkiä hydrofiilisia kasvikuituja, joista viimeksimainituista suurin osa on pituudeltaan ainakin 10 mm, jolloin pitkien kasvikui-35 tujen osuus on ainakin 1 paino-%, ja jossa kuidut on sekoitettu keskenään dispergointiaineen läsnä ollessa, joka mahdollistaa tasaisen kuituformaation märkä- tai vaahtomuova- 3 108244 tussa radassa, joka on vesisekoitettu kompaktin absorboivan materiaalin muodostamiseen riittävällä energialla.

f

Edelleen keksinnön kohteena on menetelmä kyseisen kuitukan-' 5 kaan tuottamiseksi.

Keksinnön kuvaus

Kuitukankaan kuituraaka-aine muodostuu osittain lyhyistä 10 kasvikuiduista, erityisesti sellukuiduista, mutta myös espar-tosta, kanarian ruokoheinästä and - oijestä (reed canary grass or straw) yms. saaduista kuiduista, suurimman osan kyseisistä kuiduista, eli yli 50 paino-%, ollessa pituudeltaan alle 5 mm, ja osittain pitkistä hydrofiilisistä kasvi-15 kuiduista, joista suurin osa on pituudeltaan vähintään 10 mm. Pitkät kasvikuidut voivat muodostua kaikentyyppisistä lehti-kuiduista, niinikuiduista ja siemenenkarvakuiduista, jotka ovat hydrofiilisia ja joista suurin osa, eli yli 50 paino-%, on pituudeltaan vähintään 10 mm.

20

Esimerkkejä lehtikuiduista ovat manillahamppu, ananas ja formium tenax; esimerkkejä niinikuiduista ovat pellava, hamppu ja ramie ja esimerkkejä siemenenkarvakuiduista ovat puuvilla, kapokki ja maitoheinä (milkweed). Pitkät kasvi-. 25 kuidut mieluiten muodostuvat elementaarikuiduista, eli erillisistä (erotetuista) yksittäiskuiduista. Siemenenkarva-kuidut ovat luonnostaan elementaarikuitujen muodossa, kun taas lehti- ja niinikuidut täytyy elementaarikuitujen saamiseksi ensin erottaa toisistaan.

30 : Keksintö antaa ymmärtää, että massakuitujen ja pitkien hydrofobisten kasvikuitujen seoksesta koostuva kuituraina märkämuovataan tai vaahtomuovataan dispergointiaineen läsnä ollessa. Dispergointiaine voidaan joko lisätä suoraan pitkiin 35 kasvikuituihin niinsanotun kuidunkäsittelyaineen muodossa tai se voidaan lisätä vesijärjestelmään märkämuovaus- tai vaahto-" muovausprosessissa. Sopivan dispergointiaineen lisääminen 108244 4 mahdollistaa muutoin erittäin vaikeasti muovattavien pitkien hydrofiilisten kasvikuitujen hyvän muovauksen. Ilman sopivan dispergointiaineen lisäämistä kuituformaatiosta tulee aivan liian epätasainen, jotta hyvä sekoitustulos kyettäisiin 5 aikaansaamaan. Dispergointiaine voi olla montaa eri tyyppiä, jolloin saadaan oikea dispersiovaikutus käytettävään massa /kasvikuituseokseen. Esimerkki dispergointiaineesta, joka toimii hyvin useiden kasvikuitujen, esim. pellavan ja rämien, yhteydessä, on seos, joka käsittää 75 % bis(hydrogeneroitu 10 talialkyyli)dimetyyliammoniumkloridia ja 25 % propeeniglyko-lia. Lisäyksen tulisi olla alueella 0,01-0,1 paino-%.

Vaahtomuovauksen aikana kuidut dispergoituvat vaahdotettuun nesteeseen, joka sisältää vaahtoa muodostavaa pinta-aktiivis-15 ta ainetta ja vettä, minkä jälkeen kuitudispersiosta poistetaan vesi viiralla (verkolla) samalla tavalla kuin märkä-muovauksessa.

Täten muodostettuun kuiturataan kohdistetaan vesisekoittami-20 nen energiansyötöllä, joka mieluiten on alueella 200-800 kWh/t. Vesisekoittaminen suoritetaan käyttämällä tavanomaisia tekniikoita ja konevalmistajien toimittamalla laitteistolla.

Vesisekoittamisen jälkeen materiaali puristetaan, kuivatetaan 25 ja kääritään rullalle. Sitten valmis materiaali jalostetaan tunnetulla tavalla sopivaan muotoon ja pakataan.

Keksinnön mukaisesti valmistetulla materiaalilla on riittävän hyvät lujuusominaisuudet, jotta sitä pystytään käyttämään 30 pyyhkimismateriaalina myös sovellutuksissa, joissa tarvitaan : verrattain suurta lujuutta märkänä. Materiaalin ominaisuuksia voidaan entisestään parantaa lisäämällä sopivaa sideainetta tai märkävahvistinta kyllästämällä, suihkuttamalla, päällystämällä tai muuta sopivaa levitysmenetelmää käyttämällä.

35 Materiaali on ensisijaisesti tarkoitettu pyyhkimismateriaa- liksi kotitalouskäyttöön tai suurkuluttajille kuten verstail-• le, teollisuudelle, sairaaloille tai muille julkisille 5 108244 laitoksille.

Esimerkki 5 Tuotettiin ja testattiin useita erilaisia materiaaleja, joilla oli vaihtelevat kuitukokoonpanot, jolloin suoritettiin vertailu vastaavalla tavalla valmistetun markkinoilla olevan pyyhkimiskankaan kanssa. Massakuidut koostuivat kaikissa tapauksissa valkaistusta kemiallisesta havupuumassasta.

10 Keinokuidut muodostuivat polyesteristä ja polypropeenista, kumpainenkin 1,7 dtex x 12 mm. Kasvikuidut, joita käytettiin, olivat ramiekuituja, jotka erottamisensa jälkeen leikattiin 12 mm:n enimmäispituuteen. Tässä tapauksessa käytettiin myös kationista pinta-aktiivista ainetta dispergointiaineena muo-15 vauksen aikana. Kuituradat tuotettiin märkämuovaamalla, ja sitten ne vesisekoitettiin energiansyötöllä, joka vaihteli alueella 265-600 kWh/t, puristettiin kevyesti sekä kuivatettiin läpi-ilmakuivatuksella. Materiaalien ominaisuudet on esitetty taulukossa 1.

20

Tulokset osoittavat, että keksinnön mukainen materiaali, joka sisälsi 50 % ramiekuituja, eikä siis 50 % keinokuituja, tuotti heikommat lujuudet kuivana mutta samanlaiset tai tietyissä tapauksissa suuremmatkin märkälujuudet kuin keino- . 25 kuitumateriaalit. Tämän perusteella on selvää, että on täysin * mahdollista tuottaa laadukas märkämuovattu vesisekoitettu materiaali, joka perustuu kokonaan luonnonkuituihin.

i * 6 1 08244·

Taulukko 1

Kaupan oleva Testi- Testi- Keksinnön kuivauskangas materiaali 1 materiaali 2 mukainen materiaali '

Muovaustekniikka märkämuovattu märkämuovattu märkämuovattu märkämuovattu

Dispergointiaine kationinen pinta- aktiivinen aine % massakuituja 60 50 50 50 % polyesteri 1,7 x 12 mm 22 50 - % polypropeeni l,7dtex x 12 mm 18 - 50 % ramie 12 mm (kasvikuituja) 50

Sekoitus energia kWh/t 600 554 590 265

Puristus kevyt kevyt kevyt kevyt

Kuivatus läpi-ilma läpi-ilma läpi-ilma läpi-ilma

130°C 130°C 130°C 130°C

Neliömassa g/m2 80 93,2 87,5 94,3

Paksuus pm 420 444 532 395

Kuivavetolujuus konesuunnassa N/m 1400 4001 1838 1158

Kuivavetolujuus poikittaissuunnassa N/m 650 1665 1194 469

Venymä konesuunnassa % 30 44 72 27

Venymä poikittaissuunnassa % 60 76 115 57 Märkävetolujuus konesuunnassa N/m 660 580 680 790 Märkävetolujuus poikittaissuunnassa N/m 320 191 249 286 1) Dispergointiaine, joka on kaupan olevaa tyyppiä 2) Valkaistu kemiallinen havupuumassa 3) Kaupan olevia polyesterikuituja märkämuovattua kuitukangasta varten 4) Kaupan olevia polypropeenikuituja märkämuovattua kuitukangasta varten 5) Ramiekuituja, jotka erottamisen jälkeen leikattiin 12 mm:n enimmäispituuteen ♦

Claims (7)

108244

1. Kuitukangas, joka on tuotettu ves i s eko ittama11a */ vaahtomuovattu kuiturata, tunnettu siitä, että 5 materiaali käsittää seoksen lyhyitä kasvikuituja, erityisesti sellukuituja, joista suurimman osan pituus on alle 5 mm, ja elementaarikuitujen muodossa olevia pitkiä hydrofiilisia kasvikuituja, joista suurimman osan pituus on vähintään 10 mm, jolloin pitkien kuitujen osuus on ainakin 1 paino-% ίο kuitupainosta ja mainitun materiaalin kuidut käsittävät vain luonnonkuituja, ja siitä, että kuidut on sekoitettu keskenään dispergointlaineen läsnäollessa, joka mahdollistaa tasaisen kuituformaation vaahtomuovatussa kuituradassa, joka on vesisekoitettu kompaktin absorboivan materiaalin is muodostamiseen riittävällä energialla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuitukangas, tunnet-t u siitä, että pitkät hydrofiiliset kasvikuidut muodostuvat lehtikuiduista, kuten manilla, ananas, formium tenax, niini- 20 kuiduista kuten pellava, hamppu, ramie tai siemenenkarva-kuiduista kuten puuvilla, kapokki, maitoheinä (milkweed).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kuitukangas, tunnettu siitä, että pitkien hydrofiilisten kasvikui- 25 tujen osuus on 5-80 paino-% ja mieluiten 20-60 paino-%. •

4. Jonkin tai joidenkin yllä olevista vaatimuksista mukainen kuitukangas, tunnettu siitä, että materiaali sisältää märkälujuutta parantavaa ainetta tai sideainetta. 30

5. Jonkin tai joidenkin yllä olevista vaatimuksista mukainen kuitukangas, tunnettu siitä, että märkälujuutta parantavan aineen tai kemikaalin osuus on 0,1-10 paino-%, mieluiten 35 1-5 paino-%.

6. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen kuitukankaan 108244 valmistamiseksi, tunnettu siitä, että vaahtomuovaamalla muodostetaan kuiturata, mainitun kuituradan käsittäessä 1-99 paino-% sellukuituja tai vaihtoehtoisesti muita kasvikuituja, laskettuna suhteessa kokonais-5 kuitupainoon, joista suurimman osan pituus on alle 5 mm, sekä 1-99 paino-% pitkiä hydrofiilisiä kasvikuituja, laskettuna suhteessa kokonaiskuitupainoon, joista suurimman osan pituus on vähintään 10 mm, dispergointiaineen läsnä ollessa, joka mahdollistaa tasaisen kuituformaation, ja siitä, että muodos-lo tetaan sekoitetuista kuiduista koostuva kompakti absorboiva materiaali suorittamalla kuituradalle vesisekoitus ja sitten kuivattamalla materiaali.

7. Vaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, is että vesisekoittamisen yhteydessä märkälujuutta parantava aine tai sideaine lisätään materiaaliin suihkuttamalla, kyllästämällä, päällystämällä tms. tavalla. . * 108244