Многослойная бумага с уменьшенным количеством водородных связей

Многослойная бумага с уменьшенным количеством водородных связей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

В производстве бумажных изделий, таких как косметическая салфетка, туалетная бумага, бумажные полотенца, столовые салфетки и подобные, широкий ряд свойств изделий придают конечному изделию посредством применения химических добавок, применяемых на мокром этапе процесса изготовления бумаги. Двумя из наиболее важных характеристик, придаваемых бумаге посредством применения химических добавок на мокром этапе, являются прочность и мягкость. А именно с целью придания мягкости обычно используют химическое разрыхляющее средство. Такие разрыхляющие средства обычно являются четвертичными аммониевыми соединениями, содержащими длинноцепочечные алкильные группы. Катионный четвертичный аммониевый фрагмент позволяет материалу удерживаться на целлюлозе посредством ионной связи с анионными группами на волокнах целлюлозы. Длинноцепочечные алкильные группы обеспечивают листу бумаги мягкость за счет разрыва водородных связей между волокнами в листе. Применение таких разрыхляющих средств широко рекомендуется в уровне технике. Такой разрыв связей между волокнами обеспечивает обеспечивает достижение двух целей в увеличении мягкости бумаги. Во-первых, уменьшение способности образования водородных связей приводит к снижению прочности на разрыв, посредством чего снижается жесткость листа. Во-вторых, разрыхленные волокна обеспечивают полотну на основе бумаги поверхностный ворс, увеличивая "пушистость" листа бумаги. Эта пушистость листа может также создаваться за счет применение крепирования, при котором на внешней поверхности бумаги разрывается достаточное количество межволоконных связей с получением избытка свободных концов волокон на поверхности бумаги. Как разрыхление, так и крепирование повышают уровни бумажной пыли и осыпи в изделии. Действительно, в то время как увеличивается мягкость, за счет этого происходит увеличение количество бумажной пыли и осыпи в бумаге по сравнению с необработанным образцом. Также можно показать, что в составном (не разделенном на слои) листе уровень бумажной пыли и осыпи обратно пропорционален прочности листа на разрыв. Бумажную пыль и отслоение в целом можно определить, как склонность волокон в бумажном полотне осыпаться с полотна при использовании.

Из уровня техники также широко известно применение многослойной структуры бумаги для увеличения мягкости листа бумаги. В этом варианте осуществления для обеспечения необходимой прочности изделия на разрыв в центральном слое применяют тонкий слой прочных волокон на основе мягких пород древесины. Внешние слои таких структур состоят из более коротких волокон из твердых пород древесины, которые могут содержать или могут не содержать химический разрыхлитель. Недостатком при использовании слоистых структур является то, что в то время как мягкость увеличивается, считается, что механизм такого увеличения связан с увеличением поверхностного ворса разрыхленных, более коротких волокон. Следовательно, в таких структурах при проявлении улучшенной мягкости имеет ухудшение в отношении уровня бумажной пыли и осыпи.

Также из уровня техники широко известно о параллельном добавлении на мокром этапе химического упрочняющего средства для противодействия отрицательным влияниям разрыхляющих средств. В составном листе добавление таких средств снижает уровни бумажной пыли и осыпи. Однако такое восстановление происходит за счет потерь в тактильных качествах поверхности и общей мягкости и обеспечивает, в первую очередь, функцию прочности листа на разрыв. В слоистом листе химические вещества, придающие прочность, предпочтительно добавляют в центральный слой. Хотя это, возможно, помогает получить лист с улучшенными тактильными качествами поверхности при данной прочности на разрыв, такие структуры в действительности проявляют более высокие уровни осыпи и бумажной пыли при данной прочности на разрыв, при этом содержание разрыхлителя во внешнем слое прямо пропорционально увеличению количества бумажной пыли и осыпи.

Существуют дополнительные недостатки при использовании отдельных химических добавок для прочности и мягкости. Особенно к образованию бумажной пыли и осыпи имеет отношение способ, с помощью которого добавки для придания мягкости распределяют по волокнам. Обесцвеченные крафт-волокна обычно содержат лишь приблизительно 2-3 миллиграмм-эквивалента анионных карбоксильных групп на 100 грамм волокна. При добавлении к волокнам катионного разрыхлителя даже в полностью перемешанной системе, в которой разрыхлитель будет распределен при истинном нормальном распределении, некоторая часть волокон будет полностью разрыхлена. Эти волокна обладают очень малым сродством с другими волокнами в полотне и поэтому легко теряются с поверхности, когда полотно подвергают истирающему воздействию.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Было неожиданно обнаружено, что пухлость листа полотна на основе бумаги может быть увеличена с незначительным ухудшением в прочности на разрыв или его отсутствием посредством формирования полотна с по меньшей мере частью целлюлозного волокна, которое было подвергнуто реакции с водорастворимым реагирующим с целлюлозой реагентом, таким как цианургалогенид или винилсульфон, и затем выборочного размещения обработанного волокна в одном или нескольких слоях многослойного полотна на основе бумаги. Осуществление реакции целлюлозного волокна с водорастворимым реагирующим с целлюлозой реагентом, таким как цианургалогенид или винилсульфон, приводит к обработанному волокну, имеющему меньшее количество гидроксильных групп, доступных для участия в образовании водородных связей при формировании полотна. При выборочном включении обработанного волокна в один или несколько слоев многослойного полотна и, более конкретно, в средний слой трехслойного полотна, пониженное образование водородных связей приводит к более пухлому полотну, которое помимо этого является более мягким и менее жестким.

Соответственно, в одном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает способ увеличения пухлости полотна на основе бумаги, включающий стадии получения обработанного волокна посредством осуществления реакции целлюлозного волокна с реагирующим с целлюлозой реагентом, выбранным из группы, состоящей из цианургалогенида, имеющего общую формулу (I),

где представляет собой F, Cl, Br или I, и R₂ представляет собой (СН₂)_n-ОН (n=1-3), (СН₂)_n-СООН (n=1-3), С₆Н₅-СООН или HSO₃X, где X представляет собой (СН₂)_n (n=1-3) или С₆Н₄.

В других вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает способ увеличения пухлости полотна на основе бумаги, включающий стадии получения обработанного волокна посредством осуществления реакции целлюлозного волокна с реагирующим с целлюлозой реагентом, имеющим формулу (II), и его солями,

где R₁ и R₂ представляют собой галоген, такой как Cl, четвертичную аммониевую группу или активированный алкен, и R₃ представляет собой водород или катион металла, такой как катион натрия. Пригодные четвертичные аммониевые группы включают, например, 4-м-карбоксипиридиний и пиридиний. Пригодные активированные алкены включают в себя, например, алкены, имеющие общую формулу -NH-C₆H₄-SO₂CH₂CH2L, где L представляет собой уходящую группу, выбранную из группы, состоящей из галогена, -OSO₃H, -SSO₃H, -OPO₃H и их солей.

В следующих вариантах осуществления обработанное волокно может быть создано посредством осуществления реакции целлюлозного волокна с винилсульфоном, имеющим общую формулу (III),

где R₁ представляет собой углеводород, содержащий от приблизительно 1 до приблизительно 5 атомов углерода, и R₂ представляет собой СН₃, НС=СН₂, (СН₂)_n-СН₃ (n=1-3), (СН₂)_n-СООН (_n=1-3), С₆Н₄-СООН или С₆Н₅.

В следующих вариантах осуществления обработанное волокно может быть создано посредством осуществления реакции целлюлозного волокна с водорастворимым реагирующим с целлюлозой соединением, имеющим общую формулу (IV),

где R₁ представляет собой F, Cl, Br, I или -ОН, R₂ представляет собой F, Cl, Br, I или -ОН, и R₃ представляет собой -OSO₃^- и его соли, -SSO₃^- и его соли, фосфорную кислоту и ее соли или галогенид.

В одном варианте осуществления реакцию волокна с одним из вышеуказанных реагентов проводят в присутствии щелочного средства с последующей промывкой целлюлозного волокна водой или подобным с получением обработанного волокна. Обработанное волокно затем можно применять для формирования многослойного полотна на основе бумаги из обработанного целлюлозного волокна посредством выборочного включения обработанного волокна только в один слой многослойного полотна на основе бумаги, при этом полотно на основе бумаги имеет базовый вес более приблизительно 10 грамм на квадратный метр (г/кв. м), такой как от приблизительно 10 до приблизительно 60 г/кв.м, и пухлость листа более приблизительно 8 куб. см/г и более, предпочтительно более приблизительно 10 куб. см/г, такую как от приблизительно 8 до приблизительно 20 куб. см/г.

В других вариантах осуществления обработанные волокна выборочно включают в один или несколько слоев многослойного полотна на основе бумаги для увеличения пухлости и уменьшения жесткости без значительного снижения прочности на разрыв. Например, многослойное полотно на основе бумаги может быть сформировано посредством размещения обработанного целлюлозного волокна между смежными слоями необработанного целлюлозного волокна. Соответственно, в одном предпочтительном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает многослойное полотно на основе бумаги, содержащее обработанные волокна, выборочно расположенные в одном или нескольких слоях, при этом слой на основе бумаги, содержащий обработанные волокна, является смежным со слоем, содержащим необработанное волокно, и он практически не содержит необработанные волокна. В целом обработанные волокна имеют степень замещения от приблизительно 0,02 до 0,07. Таким образом, данное раскрытие предусматривает многослойное полотно на основе бумаги, содержащее выборочно включенное в него обработанное волокно, при этом полотно на основе бумаги имеет базовый вес более приблизительно 10 грамм на квадратный метр (г/кв. м), такой как от приблизительно 10 до приблизительно 60 г/кв. м, пухлость листа более приблизительно 8 куб. см/г, такую как от приблизительно 8 до приблизительно 15 куб. см/г, и показатель жесткости менее приблизительно 15, такой как от приблизительно 8 до приблизительно 12. Полотна на основе бумаги, полученные таким образом, обычно имеют среднее геометрическое прочности на разрыв (GMT), достаточное для сохранения целостности полотна при использовании, такое как более приблизительно 500 г/3ʺ, и в особенно предпочтительном варианте осуществления от приблизительно 500 до приблизительно 800 г/3ʺ.

В следующих вариантах осуществления данное раскрытие предусматривает многослойное полотно на основе бумаги, содержащее первый, второй и третий слой, где второй слой содержит модифицированные волокна древесной целлюлозы, имеющие содержание азота более приблизительно 0,2 весового процента, а первый и третий слои содержат необработанные традиционные целлюлозные волокна, при этом полотно на основе бумаги имеет базовый вес от приблизительно 10 до приблизительно 60 г/кв. м и пухлость листа более приблизительно 8 куб. см/г. В особенно предпочтительном варианте осуществления первый и третий слои практически не содержат модифицированных волокон древесной целлюлозы.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает многослойное полотно на основе бумаги, содержащее первый, второй и третий слой, где второй слой содержит модифицированные волокна древесной целлюлозы, имеющие содержание азота более приблизительно 0,2 весового процента, а первый и третий слои содержат необработанные традиционные целлюлозные волокна, при этом полотно на основе бумаги имеет базовый вес от приблизительно 10 до приблизительно 60 г/кв. м и пухлость листа более приблизительно 8 куб. см/г. В особенно предпочтительном варианте осуществления первый и третий слои практически не содержат модифицированных волокон древесной целлюлозы.

В следующих вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает многослойное полотно на основе бумаги, содержащее первый, второй и третий слой, где второй слой содержит модифицированные волокна древесной целлюлозы, имеющие содержание серы более приблизительно 0,5 весового процента, а первый и третий слои содержат необработанные традиционные целлюлозные волокна, при этом полотно на основе бумаги имеет базовый вес от приблизительно 10 до приблизительно 60 г/кв. м и пухлость листа более приблизительно 8 куб. см/г.

Многослойное полотно на основе бумаги может содержать крепированное полотно на основе бумаги, и изделие на основе бумаги может иметь базовый вес от приблизительно 14 до приблизительно 20 г/кв. м.

В частном варианте осуществления изделие на основе бумаги может иметь базовый вес от приблизительно 28 до приблизительно 34 грамм на квадратный метр (г/кв. м), а пухлость листа может составлять от приблизительно 9 до приблизительно 12 куб. см/г.

Другие признаки и аспекты настоящего изобретения более подробно рассматриваются ниже.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Применяемое в данном документе выражение "обработанное волокно" относится к любому целлюлозному волокнистому материалу, который был подвергнут реакции с реагирующим с целлюлозой реагентом, выбранным из группы, состоящей из реагентов, имеющих общую формулу (I), (II), (III) и (IV).

Применяемое в данном документе выражение "изделие на основе бумаги" относится к изделиям, изготовленным из полотен на основе бумаги, и включает в себя туалетную бумагу, косметические салфетки, бумажные полотенца, промышленные салфетки, салфетки для предприятий общественного питания, салфетки, медицинские подкладки и другие подобные изделия. Изделия на основе бумаги могут содержать одну, две, три или более прослоек.

Применяемые в данном документе выражения "полотно на основе бумаги" и "лист бумаги" относятся к волокнистому листовому материалу, пригодному для формирования изделия на основе бумаги.

Применяемое в данном документе выражение "слой" относится к множеству из наслоения волокон, химических обработок или подобного в пределах прослойки.

Применяемые в данном документе выражения "слоистое полотно на основе бумаги", "многослойное полотно на основе бумаги", "многослойное полотно" и "многослойный лист бумаги" обычно относятся к листам бумаги, полученным из двух или более слоев водной композиции бумаги для производства бумаги, предпочтительно содержащих различные типы волокон. Слои предпочтительно формируют нанесением отдельных потоков разбавленных взвесей волокна на одно или несколько рулонных перфорированных сит. Если отдельные слои изначально формируют на отдельных перфорированных ситах, слои затем объединяют (влажными) с образованием слоистого композитного полотна.

Применяемое в данном документе выражение "прослойка" относится к отдельному элементу изделия. Отдельные прослойки могут быть расположены в соприкосновении друг с другом. Выражение может относиться к множеству подобных полотну компонентов, таких как в косметической салфетке с несколькими прослойками, туалетной бумаге, бумажном полотенце, влажной салфетке или салфетке.

Применяемое в данном документе выражение "базовый вес" обычно относится к весу абсолютно сухого материала на единицу площади бумаги и обычно выражается в граммах на квадратный метр (г/кв. м). Базовый вес измеряют с помощью метода испытаний TAPPI Т-220.

Применяемое в данном документе выражение "среднее геометрическое прочности на разрыв" (GMT) относится к квадратному корню произведения прочности на разрыв в продольном направлении и прочности на разрыв в поперечном направлении полотна, определенные, как описано в разделе Метод испытаний.

Применяемое в данном документе выражение "толщина листа" относится к иллюстративной толщине одного листа (толщина листа изделий на основе бумаги, содержащих две или более прослоек, является толщиной одного листа изделия на основе бумаги, содержащего все прослойки), измеренной в соответствии с методом испытаний TAPPI Т402 с использованием автоматического микрометра EMVECO 200-А Microgage (EMVECO, Inc., Ньюберг, Орегон). Микрометр имеет диаметр упорной пятки 2,22 дюйма (56,4 мм) и давление упорной пятки 132 грамма на квадратный дюйм (на 6,45 квадратных сантиметров) (2,0 кПа).

Применяемое в данном документе выражение "пухлость листа" относится к отношению толщины листа (мкм), деленной на базовый вес абсолютно сухого материала (г/кв. м). Полученную пухлость листа выражают в кубических сантиметрах на грамм (куб. см/г).

Применяемое в данном документе выражение "наклон" относится к наклону линии, полученной из графика прочности на разрыв в зависимости от растяжения, и представляет собой выходные данные MTS TestWorks™ в ходе определения прочности на разрыв, как описано в разделе Методы испытаний в данном документе. Наклон приведен в единицах грамм (г) на единицу ширины образца (дюймов) и измеряется как тангенс угла наклона линии наименьших квадратов, приспособленной для поправленных на нагрузку точек деформации, попадающих в диапазон образованного образцом усилия от 70 до 157 грамм (от 0,687 до 1,540 Н), деленный на ширину образца. Наклоны обычно приведены в данном документе в единицах граммы на 3 дюйма ширины образца или г/3ʺ.

Применяемое в данном документе выражение "среднее геометрическое наклона" (GM наклона) обычно относится к квадратному корню произведения наклона продольного направления и наклона поперечного направления. GM наклона обычно выражено в единицах кг/3ʺ или г/3ʺ.

Применяемое в данном документе выражение "показатель жесткости" относится к отношению среднего геометрического наклона (имеющего размерность г/3ʺ), деленного на среднее геометрическое прочности на разрыв (имеющее размерность г/3ʺ).

Применяемое в данном документе выражение "практически не содержит" относится к слою бумаги, который сформирован без добавления обработанного волокна. Тем не менее, слой, практически не содержащий обработанное волокно, может включать минимальные количества обработанного волокна, которые появляются в результате включения обработанных волокон в смежные слои и не оказывают значительного влияния на мягкость или другие физические характеристики полотна на основе бумаги.

Применяемое в данном документе выражение "степень замещения" относится к количеству моль химического вещества, добавленного на моль остатков глюкозы в целлюлозе. Для целлюлозных волокон, прореагировавших с азотсодержащим реагентом, степень замещения может быть рассчитана как:

На основании доли азота конечной прореагировавшей и промытой бумажной массы (N_f), молекулярной массы остатка глюкозы в целлюлозе (MW_ячейки=162,1 г/моль), MW реагента, связанного с целлюлозой, MW азота (14,007) и MW водорода (1,008). Обычно степень замещения находится в диапазоне от приблизительно 0,02 до 0,07.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение предусматривает модифицированное целлюлозное волокно с пониженной способностью к образованию водородных связей. Обработанное волокно, сформированное в соответствии с настоящим изобретением, может быть полезным в производстве изделий на основе бумаги, обладающих улучшенной пухлостью и мягкостью. Более важно, обработанное волокно поддается адаптации к современным способам изготовления бумаги и может быть включено в изделие на основе бумаги для улучшения пухлости и мягкости без неудовлетворительного снижения прочности на разрыв. Целлюлозное волокно, сформированное в соответствии с настоящим изобретением, является модифицированным целлюлозным волокном, которое было подвергнуто реакции с реагирующим с целлюлозой реагентом таким образом, что степень замещения составляет от приблизительно 0,02 до приблизительно 0,07. В особенно предпочтительных вариантах осуществления реагирующий с целлюлозой реагент выбран из группы, состоящей из реагентов, имеющих общую формулу (I), (II), (III) и (IV).

Пониженная способность образовывать водородную связь придается целлюлозному волокну посредством реакции гидроксильных функциональных групп целлюлозного волокна с реагирующим с целлюлозой реагентом, что препятствует гидроксильным функциональным группам участвовать в образовании водородных связей с ними. Предпочтительно количество гидроксильных групп, прореагировавших на каждом целлюлозном волокне, достаточно для препятствования образованию водородных связей в степени, достаточной для улучшения пухлости и мягкости.

По сравнению с коммерчески доступными бумажными изделиями, изделия на основе бумаги, полученные согласно данному раскрытию, обычно менее жесткие (измерено по показателю жесткости) и имеют более высокую пухлость, как показано в таблице ниже.

Неожиданно увеличение в пухлости и уменьшение жесткости наиболее сильно проявляется тогда, когда обработанные волокна выборочно включают в один слой многослойного полотна, а именно в средний слой трехслойного полотна. Полотна, полученные таким образом, не только проявляют неожиданное увеличение пухлости, но также обеспечивают получение полотен с пониженной жесткостью без значительной потери в прочности. Обычно добавление обработанных волокон в центральный слой снижало бы связывание и значительно снижало бы прочность. Для уменьшения этого эффекта специалист в данной области обычно мог смешивать или добавлять обработанные волокна во внешние слои. Однако в данном случае наиболее выгодным является применение обработанных волокон в среднем слое многослойного полотна.

Несмотря на свою неспособность участвовать в образовании водородных связей, казалось бы, обработанные волокна не являются пригодной заменой для древесных волокон, а именно волокон из мягких пород древесины, которые традиционно составляют большую часть в процентах центрального слоя многослойного полотна на основе бумаги, было обнаружено, что путем выборочного включения обработанных волокон в многослойное полотно, даже в количествах вплоть до 100 процентов по весу центрального слоя, такие отрицательные эффекты могут быть минимизированы. Еще более неожиданным является то, что обработанные волокна целлюлозы из лиственной древесины могут применяться в среднем слое многослойного полотна без отрицательного воздействия.

Соответственно, в одном варианте осуществления настоящее изобретение предусматривает многослойное полотно на основе бумаги, содержащее обработанные волокна, выборочно расположенные в одном или нескольких слоях, при этом слой на основе бумаги, содержащий обработанные волокна, является смежным со слоем, содержащим необработанное волокно, и он практически не содержит необработанные волокна. В особенно предпочтительном варианте осуществления полотно содержит три слоя, где обработанные волокна расположены в среднем слое, а первый и третий слои практически не содержат обработанных волокон. Однако следует понимать, что изделие на основе бумаги может включать любое число прослоек или слоев и может быть изготовлено из различных типов бумажной массы и обработанных волокон. Полотна на основе бумаги могут быть включены в изделия на основе бумаги, которые могут содержать одну или несколько прослоек, где одна или несколько прослоек могут быть образованы многослойным полотном на основе бумаги, содержащим хлопок, выборочно внедренный в один из его слоев.

Вне зависимости от точной конструкции изделия на основе бумаги, по меньшей мере один слой многослойного полотна на основе бумаги, внедренный в изделие на основе бумаги, содержит обработанные волокна, при этом по меньшей мере один слой содержит необработанные традиционные целлюлозные волокна. Традиционные целлюлозные волокна могут включать в себя волокна из древесной целлюлозы, сформированные с помощью ряда процессов варки целлюлозы, такие как крафт-целлюлоза, сульфитная целлюлоза, термомеханическая целлюлоза и т.д. Кроме того, древесные волокна могут включать в себя любую из древесной целлюлозы с большой средней длиной волокон, древесной целлюлозы с малой средней длиной волокон или их смеси. Один пример пригодной древесной целлюлозы с большой средней длиной волокон включает в себя волокна из мягких пород древесины, таких как без ограничения древесина мягких северных пород, древесина мягких южных пород, красное дерево, красный кедр, тсуга, сосна (например, южные сосны), ель (например, черная ель), их сочетаний и подобных. Один пример пригодных волокон малой средней длины включает в себя волокна из твердых пород древесины, таких как без ограничения эвкалипт, клен, береза, осина, и подобные, которые также могут применяться. В определенных случаях для увеличения мягкости полотна особенно желательными могут быть волокна эвкалипта. Волокна эвкалипта могут также улучшать глянец, увеличивать непрозрачность и изменять структуру пор полотна для увеличения его впитывающей способности. Кроме того, при необходимости можно использовать вторичные волокна, полученные из повторно используемых материалов, таких как волокнистая масса из таких источников, как, например, газетная бумага, регенерированный картон и канцелярский мусор.

В дополнение к традиционным целлюлозным волокнам полотно на основе бумаги содержит обработанные волокна, выборочно включенные в один или несколько слоев многослойного полотна на основе бумаги для обеспечения увеличения мягкости в полученном изделии на основе бумаги. В одном конкретном варианте осуществления обработанные волокна являются обработанными волокнами древесной целлюлозы. В одном варианте осуществления при формировании изделий на основе бумаги для увеличения их пухлости и мягкости применяют волокна целлюлозы из лиственной древесины, модифицированные реагирующим с целлюлозой реагентом, выбранным из группы, состоящей из реагентов, имеющих общую формулу (I), (II), (III) и (IV). В одном конкретном варианте осуществления, модифицированные водорастворимым цианургалогенидом волокна целлюлозы из твердых пород древесины, и более конкретно модифицированные волокна крафт-целлюлозы эвкалипта, вводят в многослойное полотно, имеющее первый слой, содержащий смесь модифицированных и немодифицированных крафт-волокон из твердых пород древесины, и второй слой, содержащий волокно из мягких пород древесины. В таких вариантах осуществления обработанное волокно можно добавлять к первому слою так, что первый слой содержит более приблизительно 2 процентов по весу слоя обработанного волокна, например, от приблизительно 2 до приблизительно 40 процентов и более предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 30 процентов.

Химический состав обработанного волокна по настоящему изобретению зависит, в частности, от степени переработки целлюлозного волокна, из которого получено обработанное волокно. В целом обработанное волокно по настоящему изобретению получают из волокна, подвергнутого процессу варки целлюлозы (т.е. волокна полученной варкой целлюлозы). Волокна полученной варкой целлюлозы получают с помощью процессов варки целлюлозы, предназначенных для отделения целлюлозы от лигнина и гемицеллюлозы с предоставлением целлюлозы в форме волокна. Количество лигнина и гемицеллюлозы, остающихся в волокне полученной варкой целлюлозы после варки целлюлозы, будет зависеть от природы и степени процесса варки целлюлозы. Таким образом, в определенных вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает обработанное волокно, содержащее лигнин, целлюлозу, гемицеллюлозу и ковалентно связанный цианургалогенид.

Обычно после реакции реагирующего с целлюлозой реагента и гидроксильных функциональных групп целлюлозы непрореагировавший реагент удаляют посредством промывки. После промывки степень завершенности реакции между гидроксильными функциональными группами целлюлозы и водорастворимым реагентом можно оценить с помощью элементного анализа на азот в случае реагента на основе цианургалогенида или элементного анализа на серу в случае реагента на основе винилсульфона модифицированной целлюлозы, при этом более высокие количества азота или серы указывают на большую степень завершенности реакции. Соответственно, в одном варианте осуществления данное раскрытие предусматривает получение обработанного волокна посредством осуществления реакции целлюлозного волокна с азотсодержащим реагентом, реагирующим с целлюлозой, имеющим общую формулу (I), (II) или (IV), где обработанное волокно имеет содержание азота от приблизительно 0,05 до приблизительно 5 весовых процентов, и более предпочтительно от приблизительно 0,1 до приблизительно 3 весовых процентов. В других вариантах осуществления данное раскрытие предусматривает получение обработанного волокна посредством осуществления реакции целлюлозного волокна с серосодержащим реагентом, реагирующим с целлюлозой, имеющим общую формулу (III), где обработанное волокно имеет содержание серы от приблизительно 0,05 до приблизительно 5 весовых процентов, и более предпочтительно от приблизительно 0,1 до приблизительно 3 весовых процентов.

В одном варианте осуществления обработанное волокно включает в себя целлюлозное волокно, прореагировавшее с атомом галогена, присоединенным к полиазиновому кольцу, например, атомами фтора, хлора или брома, присоединенными к пиридазиновому, пиримидиновому или симм-триазиновому кольцу. Один предпочтительный тип реагента на основе цианургалогенида содержит ароматическое кольцо, содержащее присоединенные к нему две реакционноспособные галогенидные функциональные группы.

где R₁ представляет собой F, Cl, Br или I, и R₂ представляет собой (СН₂)_n-ОН (n=1-3), (СН₂)_n-СООН (n=1-3), С₆Н₅-СООН или HSO₃X, где X представляет собой (СН₂)_n (n=1-3) или С₆Н₄.

В особенно предпочтительном варианте осуществления водорастворимый цианургалогенид представляет собой дихлортриазины с формулой:

В других вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает способ увеличения пухлости полотна на основе бумаги, включающий стадии получения обработанного волокна посредством осуществления реакции целлюлозного волокна с реагирующим с целлюлозой реагентом, выбранным из группы, состоящей из реагирующих с целлюлозой соединений, имеющих формулу (II), и их солей,

где R₁ и R₂ представляют собой галоген, такой как Cl, четвертичную аммониевую группу или активированный алкен, и R₃ представляет собой водород или катион металла, такой как катион натрия. Пригодные четвертичные аммониевые группы включают, например, 4-м-карбоксипиридиний и пиридиний. Пригодные активированные алкены включают в себя, например, алкены, имеющие общую формулу -NH-C₆H₄-SO₂CH₂CH₂L, где L представляет собой уходящую группу, выбранную из группы, состоящей из галогена, -OSO₃H, -SSO₃H, -OPO₃H и их солей.

В следующих вариантах осуществления обработанное волокно может быть создано посредством осуществления реакции целлюлозного волокна с винилсульфоном, имеющим общую формулу (III),

где R₁ представляет собой углеводород, содержащий от приблизительно 1 до приблизительно 5 атомов углерода, и R₂ представляет собой СН₃, НС=СН₂, (СН₂)_n-СН₃ (n=1-3), (CH₂)_n-COOH (n=1-3), C₆H₄-COOH или С₆Н₅.

В следующих вариантах осуществления обработанное волокно может быть создано посредством осуществления реакции целлюлозного волокна с водорастворимым реагирующим с целлюлозой соединением, имеющим общую формулу (IV),

где R₁ представляет собой F, Cl, Br, I или -ОН, R₂ представляет собой F, Cl, Br, I или -ОН, и R₃ представляет собой -OSO₃^- и его соли, -SSO₃^- и его соли, фосфорную кислоту и ее соли или галогенид.

Предпочтительно реагирующие с целлюлозой реагенты обладают растворимостью в воде, составляющей более приблизительно 5 мг/мл и более предпочтительно более приблизительно 10 мг/мл, и еще более предпочтительно более приблизительно 100 мг/мл, при измерении при 60°С. Растворимость реагента в воде обеспечивает преимущество упрощения процесса модификации, снижения затрат и улучшения значений выхода реакции по обработанным волокнам.

Реакция с водорастворимым реагентом, по сравнению с нерастворимым в воде реагентом, таким как 2,4,6-трихлортриазин, обеспечивает дополнительное преимущество снижения степени образования поперечных связей между целлюлозными волокнами. Например, 2-(4,6-дихлор-(1,3,5)-триазин-2-аминоил)этансульфокислота менее реакционно-способна по отношению к целлюлозным волокнам, чем 2,4,6-трихлортриазин, поскольку наиболее реакционно-способная хлоридная группа замещена группой аминоэтилсульфокислоты для повышения растворимости в воде. Пониженная реакционная способность и уменьшенное количество галогенидных функциональных групп приводит к меньшей степени образования поперечных связей в волокне, в результате чего получают обработанное волокно, которое является менее жестким и более пригодным для обработки, такой как посредством очистки.

Для образования или размещения реагирующих с целлюлозой реагентов на целлюлозных волокнах, что обычно называется в данном документе "модификацией", можно применять любой пригодный способ. Возможные способы модификации включают в себя любой синтетический метод(ы), который можно использовать для связывания реагирующего с целлюлозой реагента с целлюлозными волокнами. В более общем виде, на стадии модификации могут применять любой способ или комбинацию способов, с помощью которых активируют или вызывают образование модифицированного целлюлозного волокна. Например, в определенных вариантах осуществления сначала осуществляют реакцию целлюлозного волокна с реагирующим с целлюлозой реагентом с последующей щелочной обработкой и затем промывкой с удалением избытка щелочи и непрореагировавшего реагента. В дополнение к щелочной обработке целлюлозное волокно можно также подвергать набуханию. Щелочную обработку и набухание могут обеспечивать с помощью различных средств или с помощью одного и того же средства.

В особенно предпочтительном варианте осуществления модификацию проводят путем щелочной обработки с получением на целлюлозном волокне анионных групп, таких как карбоксильная, сульфатная, сульфонатная, фосфонатная и/или фосфатная. Щелочную обработку можно проводить перед, после или одновременно с реакцией с реагирующим с целлюлозой реагентом. Анионные группы предпочтительно образуются в щелочных условиях, что в предпочтительном варианте осуществления достигается путем использования гидроксида натрия. В других вариантах осуществления щелочной реагент выбирают из основных солей, карбонатных солей и щелочных фосфатных солей. В следующих вариантах осуществления щелочной реагент может быть выбран из оксидов или гидроксидов щелочных металлов или щелочноземельных металлов; щелочных силикатов; щелочных алюминатов; щелочных карбонатов; аминов, в том числе аминов алифатических углеводородов, в частности, третичных аминов; гидроксида аммония; гидроксида тетраметиламмония; хлорида лития; N-метилморфолин-N-оксида и подобных.

В дополнение к образованию анионных групп путем добавления щелочного реагент