Fibras de celulosa reticuladas y método para su fabricación.

Un método de preparación de fibras celulósicas reticuladas en forma de lámina,

comprendiendo el método:

(a) la aplicación de un agente de reticulación de ácido carboxílico polimérico a una lámina de fibras celulósicas, habiendo sido tratadas dichas fibras con solución cáustica en condiciones de no mercerización; y

(b) la curación del agente de reticulación sobre dicha lámina de fibras celulósicas para formar reticulaciones intrafibrilares.

Fibras de celulosa reticuladas y método para su fabricación Campo de la invención Esta invención se refiere a láminas de pulpa de celulosa reticuladas con unas propiedades de capacidad de absorción y resiliencia en mojado excelentes. Más en particular, esta invención se refiere a la reticulación de fibras de pulpa celulósicas en forma de lámina, fibras que han sido tratadas con solución cáustica en condiciones de no mercerización. Esta invención también se refiere a un método de fabricación de láminas de pulpa de celulosa reticuladas a partir de fibras que han sido tratadas con solución cáustica en condiciones de no mercerización, láminas que tienen propiedades de comportamiento que son equivalentes o superiores a las de aquellas constituidas de fibras que se han mercerizado y reticulado en forma de lámina o en forma de pelusa o de fibra individualizada.

Antecedentes de la invención Dentro de los mercados del papel especial y de los absorbentes higiénicos existe una necesidad creciente de pulpas asequibles de alta porosidad, gran volumen y alta capacidad de absorción con una resiliencia en mojado superior para soportar la descomposición cuando las fibras están en contacto con fluidos. Las industrias de filtros, toallas, y toallitas requieren en particular un producto en lámina o rollo que tenga una buena porosidad, capacidad de absorción y volumen, que sea capaz de retener esas propiedades incluso cuando se comprime en mojado. Un producto en lámina deseable también debe tener una permeabilidad que permita el paso sin dificultad de gases o líquidos.

Habitualmente, las fibras de celulosa se reticulan de forma individualizada para conferir propiedades ventajosas tales como una mayor capacidad de absorción, volumen y resiliencia a estructuras que contienen las fibras de celulosa reticuladas.

I. Agentes de reticulación Las fibras de celulosa reticuladas y los métodos para su preparación son ampliamente conocidos. Los agentes de reticulación de celulosa habituales incluyen productos de adición de aldehído y de formaldehído a base de urea. Véanse, por ejemplo, las patentes de Estados Unidos nº 3.224.926; 3.241.533; 3.932.209; 4.035.147; y 3.756.913. Debido a que estos agentes de reticulación usados habitualmente, tales como la DMDHEU (dimetiloldihidroxi etilenurea) o la NMA (N-metilol acrilamida) , pueden dar lugar a la liberación de formaldehído, su aplicabilidad a productos absorbentes que entran en contacto con la piel humana (por ejemplo, pañales) se ha limitado por razones de seguridad. Además, el formaldehído, que persiste en los productos reticulados de formaldehído, es un peligro conocido para la salud y ha sido clasificado como carcinógeno por la EPA.

Para la reticulación también se han usado ácidos carboxílicos. Por ejemplo, la solicitud de patente europea EP

440.472 desvela la utilización de ácidos carboxílicos, tales como ácido cítrico, como agentes de reticulación de fibras de pulpa de madera. Para la reticulación de fibras de pulpa de celulosa, en los documentos EP 427.317 y las patentes de Estados Unidos nº 5.183.707 y 5.190.563 se describen otros ácidos carboxílicos, es decir, ácidos policarboxílicos C2-C9, en particular ácido 1, 2, 3, 4-butano tetracarboxílico (BCTA) o un ácido 1, 2, 3-propano tricarboxílico, preferentemente ácido cítrico. La patente de Estados Unidos nº 5.225.047 describe la aplicación de un agente de desunión y un agente de reticulación de ácido policarboxílico, en particular BCTA, fibras de celulosa laminadas o en suspensión. A diferencia del ácido cítrico, el ácido 1, 2, 3, 4-butano tetracarboxílico se considera demasiado caro para su uso a escala comercial.

La reticulación con ácidos poliacrílicos se desvela en la patente de Estados Unidos nº 5.549.791 y el documento WO 95/34710. En ellos se describe el uso de un copolímero de ácido acrílico y ácido maleico con el predominio de la unidad monomérica del ácido acrílico.

En general, "curación" se refiere a la formación de uniones covalentes (es decir, la formación de reticulación) entre el agente de reticulación y la fibra. La patente de Estados Unidos nº 5.755.828 desvela el uso tanto de un agente de reticulación como de un ácido policarboxílico en condiciones de curación parcial para proporcionar fibras de celulosa reticuladas que tienen grupos ácidos carboxílicos libres colgantes. Los grupos ácidos carboxílicos libres mejoran las propiedades de tracción de las estructuras fibrosas resultantes. Los agentes de reticulación incluyen derivados de urea y anhídrido maleico. Los ácidos policarboxílicos incluyen, por ejemplo, polímeros de ácido acrílico y ácido polimaleico. El agente de reticulación en la patente de Estados Unidos nº 5.755.828 tiene una temperatura de curación de 165 °C aproximadamente. La temperatura de curación debe estar por debajo de la temperatura de curación de los ácidos policarboxílicos de forma que sólo mediante curación parcial se proporcionan grupos ácidos carboxílicos pendientes sin reticular. La pulpa tratada se desfibra y se seca de forma súbita en el momento y la temperatura adecuados para la curación.

La reticulación intrafibrilar y la reticulación interfibrilar tienen aplicaciones diferentes. El documento WO 98/30387

describe la esterificación y reticulación de fibras de algodón celulósicas o de papel con polímeros del ácido maleico para la resistencia a las arrugas y resistencia a la humedad. Estas propiedades se confieren mediante reticulación interfibrilar. La reticulación interfibrilar de fibras de celulosa usando homopolímeros de ácido maleico y terpolímeros de ácido maleico, ácido acrílico y alcohol vinílico ha sido descrita por Y. Xu, y col., en Journal of the Technical Association of the Pulp and Paper Industr y , TAPPI JOURNAL 81 (11) : 159-164 (1998) . No obstante, se ha demostrado que el ácido cítrico es poco satisfactorio para la reticulación interfibrilar. El fracaso del ácido cítrico y el éxito del ácido polimaleico en la reticulación interfibrilar muestran que cada clase de ácidos carboxílicos poliméricos es única y que no se puede predecir el potencial de un compuesto o polímero para proporcionar atributos valiosos de utilidad comercial. En la patente de Estados Unidos nº 5.427.587, se usan de forma similar polímeros que contienen ácido maleico para fortalecer sustratos de celulosa. En lugar de reticulación intrafibrilar, este método supone la reticulación interfibrilar de ésteres entre moléculas de celulosa. Aunque se han usado polímeros para fortalecer el material celulósico mediante la reticulación interfibrilar, la reticulación interfibrilar por lo general reduce la capacidad de absorción.

Otro material que actúa como agente de reticulación interfibrilar para aplicaciones de resistencia en mojado, pero que se comporta mal como material para mejorar la capacidad de absorción mediante la reticulación intrafibrilar es un ácido policarboxílico aromático tal como una resina de etilenglicol bis (anhidrotrimetilato) descrita en el documento WO 98/13545.

Un material que se sabe que funciona en ambas aplicaciones (es decir, tanto en la reticulación interfibrilar para mejorar la resistencia en mojado como en la reticulación intrafibrilar para mejorar estructuras absorbentes y de gran volumen) es el ácido 1, 2, 3, 4-butano tetracarboxílico. No obstante, como se ha mencionado anteriormente, actualmente es demasiado caro para su uso a nivel comercial.

Otras pulpas usadas para productos absorbentes incluyen productos sometidos a secado súbito tales como aquellos descritos en la patente de Estados Unidos nº 5.695.486. Esta patente desvela una red fibrosa de celulosa y fibras de acetato de celulosa tratadas con un disolvente químico y curadas térmicamente para unir las fibras. La pulpa tratada de esta manera tiene un alto contenido en nudos y carece de la resiliencia a disolventes y de la capacidad absorbente de una pulpa reticulada.

El secado súbito es un secado sin restricciones de las pulpas en una corriente de aire caliente. El secado súbito y otros tratamientos mecánicos asociados al secado súbito pueden dar lugar a la producción de finos. Los finos son fibras acortadas, por ejemplo, inferiores a 0, 2 mm, que con frecuencia dan lugar a la formación de polvo cuando se usa el producto reticulado.

II. Procesos en la reticulación de fibras de celulosa En general hay dos tipos diferentes de procesos involucrados en el tratamiento y la reticulación de pulpas para diversas aplicaciones. En un enfoque, las fibras se reticulan con un agente de reticulación en forma de fibra individualizada o de pelusa para promover la reticulación intrafibrilar. Otro enfoque supone la unión interfibrilar en forma... [Seguir leyendo]

1. Un método de preparación de fibras celulósicas reticuladas en forma de lámina, comprendiendo el método:

(a) la aplicación de un agente de reticulación de ácido carboxílico polimérico a una lámina de fibras celulósicas, habiendo sido tratadas dichas fibras con solución cáustica en condiciones de no mercerización; y

(b) la curación del agente de reticulación sobre dicha lámina de fibras celulósicas para formar reticulaciones intrafibrilares.

2. El método de la reivindicación 1, en el que el contenido de hemicelulosa de las fibras celulósicas es superior al 8 %.

3. El método de la reivindicación 1, en el que el contenido de hemicelulosa de las fibras celulósicas es superior al 10 %.

4. El método de la reivindicación 1, en el que el contenido de hemicelulosa de las fibras celulósicas está entre el 815 %.

5. El método de la reivindicación 1, en el que la lámina producida en la etapa (a) se seca antes de la etapa (b) .

6. El método de la reivindicación 1, en el que las fibras han sido tratadas con una concentración de solución cáustica inferior al 10 %.

7. El método de la reivindicación 1, en el que las fibras han sido tratadas con una concentración de solución cáustica inferior al 8 %.

8. El método de la reivindicación 1, en el que el agente de reticulación de ácido carboxílico polimérico comprende un homopolímero de monómero de ácido maleico, un copolímero de monómero de ácido maleico, un terpolímero de monómero de ácido maleico, o una de sus mezclas.

9. El método de la reivindicación 8, en el que el agente de reticulación fr ácido carboxílico polimérico tiene un peso molecular medio de entre 400 aproximadamente y 10.000 aproximadamente.

10. El método de la reivindicación 8, en el que el agente de reticulación de ácido carboxílico polimérico tiene un peso molecular medio de entre 400 aproximadamente y 4000 aproximadamente.

11. El método de la reivindicación 8, en el que el agente de reticulación de ácido carboxílico polimérico tiene un pH entre 1, 5 aproximadamente y 5, 5 aproximadamente.

12. El método de la reivindicación 8, en el que el agente de reticulación de ácido carboxílico polimérico tiene un pH entre 2, 5 aproximadamente y 3, 5 aproximadamente.

13. El método de la reivindicación 1, en el que el agente de reticulación comprende un ácido policarboxílico C2-C9.

14. El método de la reivindicación 1, en el que las fibras tienen una capacidad de absorción en carga superior a 8, 0 g/g aproximadamente.

15. El método de la reivindicación 1, en el que las fibras tienen una capacidad de absorción en carga superior a 9, 0 g/g aproximadamente.

16. El método de la reivindicación 1, en el que las fibras tienen una capacidad absorbente superior a 9, 0 g/g aproximadamente.

17. El método de la reivindicación 1, en el que las fibras tienen una capacidad absorbente superior a 10, 0 g/g aproximadamente.

18. El método de la reivindicación 1, en el que las fibras tienen una capacidad de retención centrífuga inferior a 0, 6 g/g aproximadamente.

19. El método de la reivindicación 1, en el que las fibras tienen una capacidad de retención centrífuga inferior a 0, 55 g/g aproximadamente.

20. Un método de preparación de una lámina de fibras celulósicas reticuladas que tienen propiedades superiores de capacidad de absorción, comprendiendo el método:

(a) la formación de una lámina en mojado de fibras celulósicas, habiendo sido tratadas dichas fibras con una

solución cáustica en condiciones de no mercerización;

(b) la aplicación de un agente de reticulación de ácido policarboxílico polimérico a dicha lámina de fibras celulósicas para formar una lámina impregnada con el agente de reticulación; y

(c) la curación del agente de reticulación sobre dicha lámina impregnada de fibras celulósicas para formar reticulaciones intrafibrilares.

21. El método de la reivindicación 20, en el que la lámina impregnada producida en la etapa (b) se seca antes de la etapa (c) .

22. El método de la reivindicación 20, en el que el contenido de hemicelulosa de las fibras celulósicas está entre el 8-15 %.

23. El método de la reivindicación 20, en el que las fibras han sido tratadas con una concentración de solución cáustica inferior al 10 %.

24. El método de la reivindicación 20, en el que las fibras han sido tratadas con una concentración de solución cáustica inferior al 8 %.

25. El método de la reivindicación 20, en el que el agente de reticulación de ácido carboxílico polimérico comprende un homopolímero de monómero de ácido maleico, un copolímero de monómero de ácido maleico, un terpolímero de monómero de ácido maleico, o una de sus mezclas.

26. El método de la reivindicación 25, en el que el agente de reticulación de ácido carboxílico polimérico tiene un peso molecular medio de entre 400 aproximadamente y 4000 aproximadamente.

27. El método de la reivindicación 25, en el que el agente de reticulación de ácido carboxílico polimérico tiene un pH entre 2, 5 aproximadamente y 3, 5 aproximadamente.

28. El método de la reivindicación 20, en el que el agente de reticulación comprende un ácido policarboxílico C2-C9.

29. El método de la reivindicación 20, en el que las fibras tienen una capacidad de absorción en carga superior a 9, 0 g/g aproximadamente.

30. El método de la reivindicación 20, en el que las fibras tienen una capacidad absorbente superior a 10, 0 g/g aproximadamente.

31. El método de la reivindicación 20, en el que las fibras tienen una capacidad de retención centrífuga inferior a 0, 55 g/g aproximadamente.

32. Una composición que comprende una lámina en mojado de fibras celulósicas, habiendo sido tratadas dichas fibras celulósicas con una solución cáustica en condiciones de no mercerización y habiendo formado una reticulación intrafibrilar sustancial por la aplicación de un agente de reticulación de ácido policarboxílico polimérico.

33. La composición de la reivindicación 32, en la que el contenido de hemicelulosa de las fibras celulósicas está entre el 8-15 %.

34. La composición de la reivindicación 32, en la que las fibras han sido tratadas con una concentración de solución cáustica inferior al 10 %.

35. La composición de la reivindicación 32, en la que las fibras han sido tratadas con una concentración de solución cáustica inferior al 8 %.

36. La composición de la reivindicación 32, en la que el agente de reticulación de ácido carboxílico polimérico comprende un homopolímero de monómero de ácido maleico, un copolímero de monómero de ácido maleico, un terpolímero de monómero de ácido maleico, o una de sus mezclas.

37. La composición de la reivindicación 36, en la que el agente de reticulación de ácido carboxílico polimérico tiene un peso molecular medio de entre 400 aproximadamente y 4000 aproximadamente.

38. La composición de la reivindicación 36, en la que el agente de reticulación de ácido carboxílico polimérico tiene un pH entre 2, 5 aproximadamente y 3, 5 aproximadamente.

39. La composición de la reivindicación 32, en la que la reticulación intrafibrilar de dichas fibras celulósicas está formada por un agente de reticulación constituido por ácido policarboxílico C2-C9.

40. La composición de la reivindicación 32, en la que dicha lámina en mojado de fibras celulósicas comprende un

material de volumen, una capa de adquisición para un artículo de higiene personal, un núcleo absorbente para un pañal, un núcleo absorbente para un producto de higiene femenina, un núcleo absorbente para un tampón de embalaje de carne, un núcleo absorbente para un vendaje, un material para toallas o un material de filtro.

41. La composición de la reivindicación 32, en la que dichas fibras celulósicas se fabrican mediante deposición en mojado de fibras celulósicas en forma de lámina y la reticulación de dichas fibras mientras están en dicha forma de lámina.

42. La composición de la reivindicación 32, en la que las fibras tienen una capacidad de absorción en carga superior 10 a 9, 0 g/g aproximadamente.

43. La composición de la reivindicación 32, en la que las fibras tienen una capacidad absorbente superior a 10, 0 g/g aproximadamente.

44. La composición de la reivindicación 32, en la que las fibras tienen una capacidad de retención centrífuga inferior a 0, 55 g/g aproximadamente.