專利名稱：氣味降低亮度提高的、多元羧酸交聯的單根纖維的制備方法
技術領域：
本發明涉及具有高流體吸收性能的纖維素纖維，由這種纖維素纖維形成的吸收結構，以及制備這種纖維和結構的方法。更具體地，本發明涉及氣味降低亮度提高的、多元羧酸交聯的單根纖維素纖維，制備這種纖維的方法，以及含有單根、交聯形式的纖維素纖維的吸收結構。
以基本上單根形式交聯的纖維和制備這種纖維的多種方法已經公知于現有技術。術語“單根交聯纖維”是指主要具有纖維內化學交聯鍵的纖維素纖維。也就是說，交聯鍵主要是介于一根纖維的纖維素分子之間，而不是介于不同纖維的纖維素分子之間。通常認為單根交聯纖維適用于吸收制品的應用。纖維本身和含有單根交聯纖維的吸收結構相對于通常非交聯的纖維，至少在重要的吸收性能上表現出改進之處。通常，吸收性的改進是用吸收容量來說明的。此外，由單根交聯纖維制得的吸收結構相對于由非交聯纖維制得的吸收結構，其濕回彈性和干回彈性均有提高。此后術語“回彈性”是指由纖維素纖維制成的墊在壓力釋放時向初始膨脹狀態的回復能力。干回彈性具體是指當纖維基本上處于干燥條件時，施加的壓力釋放時吸收結構的膨脹能力。濕回彈性具體是指當纖維在潤濕條件時，施加的壓力釋放時吸收結構的膨脹能力。出于本發明和公開一致性的目的，對于從潤濕到飽和的吸收結構，應觀察和報導其濕回彈性。
據報導，單根交聯纖維的制備方法通常有三種。下面描述的這些方法在這里稱為干交聯法，水溶液交聯法，和實質上的非水溶液交聯法。
干交聯工藝制備單根交聯纖維的方法公開于1965.12.21.授權于L.J.Bernardin的U.S.P 3224926中。單根交聯纖維的制備是通過與交聯劑一起噴射纖維素干蓋片，用機械作用分離纖維，在逐漸升高的溫度下干燥纖維使纖維在基本上呈單根的狀態時產生交聯。交聯之前脫水的結果，纖維在非溶脹、皺縮的狀態下自然地交聯。U.S.P3224926中所說明的、其中纖維在非溶脹、皺縮的狀態下發生交聯的方法，稱為制備“干交聯”纖維的方法。通常干交聯的纖維通過交聯鍵顯得高度硬化，并且由此制得的吸收結構表現出相對較高的濕回彈性和干回彈性。干交聯纖維的另一特征是流體保留值(FRV)低。
制備水溶液交聯纖維的方法例如公開于1966.3.22授權于F.H.Steiger的U.S.P3241553中。單根交聯纖維的制備是通過在含有交聯劑和催化劑的水溶液中將纖維交聯。以這種方式制備的纖維此后稱作“水溶液交聯”纖維。由于纖維素纖維在水中的溶脹作用，水溶液交聯纖維是在非皺縮、溶脹的狀態下交聯的。相對于干交聯纖維，U.S.P3241552中公開的水溶液交聯纖維具有較大的柔性和較低的剛性，并且其特征是流體保留值(FRV)高。與由干交聯纖維制得的吸收結構相比，由水溶液交聯纖維制得的吸收結構具有較低的濕和干回彈性。
在1977.7.12授權于Sangenis等人的U.S.P4035147中公開了一種制備單根交聯纖維的方法，它是在含有不足以導致纖維溶脹的量的水的、基本上非水的溶液中，使脫水的非溶脹纖維與交聯劑和催化劑接觸。當纖維處于該基本上非水的溶液中時發生交聯。這種類型的方法今后應稱為非水溶液交聯法；由此制備的纖維應稱作非水溶液交聯纖維。公開于U.S.P4035147中的非水溶液交聯纖維，甚至在與本領域技術人員公知的溶脹劑溶液深入接觸時也不發生溶脹。象干交聯纖維一樣，它們通過交聯鍵而高度硬化，由它制得的吸收結構具有相對高的濕和干回彈性。
據信如上所述的交聯纖維適用于低密度吸收制品的應用，如尿布，也適用于高密度吸收制品的應用，如衛生巾。然而，由于這些纖維的缺點和成本，它們不能提供導致重大商業成功的足夠的吸收性能。此外，這些纖維通常具有較高的令人討厭的氣味并且纖維亮度較低。
使用甲醛和各種甲醛加成物交聯纖維素纖維已為現有技術所公知。例如參見1965.12.21.授權于L.J.Bernardin的U.S.P 3224926；1966.3.22授權于F.H.Steiger的U.S.P3241553；1976.1.13授權于Chatterjee的U.S.P3932209；1977.7.12授于Sangenis等人的U.S.P4035147；和1973.94授權于Wodka的U.S.P3756913。不幸的是，這些參考文獻的一個顯著缺點是甲醛蒸氣對眼和皮膚的刺激作用。此外，這些纖維通常具有較高的令人討厭的氣味并且纖維亮度較低。因此明顯地需要一種不用甲醛或其不穩定衍生物的纖維素纖維的交聯劑。
其它參考文獻公開了二元醛交聯劑的使用。例如參見1987.8.25授權于Makoui等人的U.S.P4689118；和1989.4.18授權于Dean等人的U.S.P4822453。Dean等人的參考文獻公開了含有單根交聯纖維的吸收結構，其中交聯劑選自C2-C9的二元醛，優選戊二醛。這些參考文獻看上去克服了用甲醛和/或甲醛加成物所帶來的許多缺點。然而，用二元醛交聯劑如戊二醛交聯制備纖維的成本太高了，以至于不能帶來重大的商業成功。因此需要尋找一種纖維素纖維的交聯劑，它既對人的皮膚使用安全，有良好的美感(低氣味，纖維亮度高)，而且在商業上又是可行的。
使用特定的多元羧酸交聯纖維素纖維也為現有技術所公知。例如參見1992.8.11授權于Herron等人的U.S.P5137537，1993.2.2授權于Herron等人的U.S.P5183707，和1993.3.2授權于Herron等人的U.S.P5190563。Herron等人的參考文獻公開了含有用C2-C9的多元羧酸交聯的單根纖維素纖維的吸收結構。由多元羧酸交聯劑形成的酯交聯鍵不同于由一元和二元醛交聯劑形成的乙縮醛交聯鍵。
由這些單根、酯交聯的纖維制得的吸收結構相對于含有非交聯纖維的結構，其濕回彈性和干回彈性提高，并且對潤濕的反應性提高。而且，優選的多元羧酸交聯劑，即檸檬酸可以相對低的價格大量獲得，這使得它與甲醛和甲醛加成物相比在商業上具有競爭性。不幸的是，優選的C2-C9交聯劑檸檬酸，當在逐漸升高的溫度下處理白色纖維素纖維時，可導致其變色(即發黃)。此外，α-羥基羧酸如檸檬酸的使用也可帶來令人不愉快的氣味。Herron等人的參考文獻未包括降低氣味或提高纖維亮度的方法。
現已發現，通過將纖維與堿性溶液(例如，氫氧化鈉的水溶液)和氧化漂白劑(例如，過氧化氫)接觸可去除其特征氣味并提高其亮度。堿性溶液提高了最終纖維的pH值，優選地由4.5提高至5.5至6.5。它與氧化漂白劑的結合使用消除了交聯纖維的“煙熏和燒焦的”氣味特征。當加入的氧化漂白劑的稠度較高時，可將最終產品的亮度由70至75提高至80至86，并可降低氣味。
本發明的一個目的是提供一種用多元羧酸交聯劑交聯的、提高了吸收性和美感的、氣味降低并且亮度提高的單根纖維的制備方法。由多元羧酸交聯的單根纖維制得的吸收結構與由非交聯纖維制得的結構相比，具有較高的濕回彈性和較高的干回彈性。
本發明的另一目的是提供一種用多元羧酸交聯劑交聯并與堿性溶液和氧化劑接觸的單根纖維，以及由如上所述的這種纖維制得的吸收結構，它相對于目前公知的交聯纖維具有美感上的極佳平衡。
本發明的另一目的是提供一種用多元羧酸交聯劑交聯的、氣味降低并且亮度提高的單根纖維，以及由如上所述的這種纖維制得的吸收結構，它相對于目前公知的交聯纖維具有吸收性能上的極佳平衡。
本發明的另一目的是提供一種氣味降低并且亮度提高的單根交聯纖維的、商業上可行的制備方法，以及由如上所述的這種纖維制得的吸收結構，它可在人皮膚周圍安全使用。
現已發現，對于含有氣味降低、亮度提高的單根交聯纖維的結構，吸收結構性能的提高可通過使用按這里公開的方法制得的單根交聯纖維得到。
據此，通過下述方法的實施制備這種纖維，該方法包含以下步驟a.提供纖維素纖維；b.使該纖維與含有選自C2-C9多元羧酸的交聯劑的溶液接觸；c.機械分離該纖維至基本上呈單根形式；d.干燥纖維并在纖維基本上呈單根形式時使其與交聯劑反應，形成纖維內交聯鍵；和e.通過將所述交聯纖維與一堿性溶液接觸，使交聯纖維的pH值提高至至少約5。
單根纖維素纖維與足量的交聯劑接觸，以干纖維重量為基準計，使得有效量的，優選約0.1重量％至約10.0重量％，更優選約3.0重量％至約8.0重量％的交聯劑與纖維反應形成纖維內部交聯鍵。將交聯的單根纖維素纖維與足量的堿性溶液接觸，優選約0.07重量％至約1.8重量％的堿性化合物，以使纖維的pH值提高至至少約5，優選約5至7，最優選為約5.5至6.5。對于某些應用，pH值可提高至10.5。該纖維還可與強氧化漂白劑接觸，氧化漂白劑的量優選為約0.02重量％至約1.5重量％。現已發現，用一堿性溶液和一氧化漂白劑相結合處理纖維，可有效地降低纖維的氣味并提高它們的最終亮度。
無需受限于理論，據信通過堿性溶液的使用將最終纖維的pH值由約4.5提高至約10.5，優選為約5.5至6.5，會將酚醛塑料變成不揮發的酚鹽的形式。酚鹽在較高pH值下不易揮發。此外，較高的pH值將排除形成大量的硫化氫的可能性。再者，堿性氧化劑(例如，過氧化氫)據信將氧化糖分解標記物如糠醛，甲基糠醛和愈創木醇并降低檸檬酸酐的量。
當然，優選使用的堿性溶液和氧化劑的量要依賴于所用的特定的試劑和反應條件，特別是溫度和氣流。在一優選的實施方案中，纖維在固化和重新潤濕后，與氫氧化鈉(18％工業級)接觸，氫氧化鈉的加入比例為每噸完全干透的纖維約10磅至20磅。過氧化氫(19％工業級)的加入比例為每噸完全干透的纖維約4磅至20磅。在重新潤濕泵虹吸時加入氫氧化鈉，剛好在重新潤濕噴射噴嘴之前，當混合物進入纖維蒸氣時加入過氧化氫。這使得交聯纖維含有基于使用的化學物質的量的10％的水分，并且其最終pH值為5.5至6.5。
上述方法中提高交聯纖維的pH值和使交聯纖維與氧化劑接觸的步驟優選同時進行，以簡化本發明的方法。然而，這兩個方法步驟也可以順序進行。例如，可首先使纖維與堿性溶液接觸以提高纖維的pH值，然后再與氧化劑接觸。或者，可使交聯纖維首先與氧化劑接觸，然后再與堿性溶液接觸。因此，不應將本發明理解成需要以任何特定的順序向交聯纖維中加入堿性溶液和氧化劑。
纖維優選在高度合股的條件下交聯。在最優選的實施方案中，將纖維在水溶液中與交聯劑接觸，然后脫水，機械分離至基本上單根形式，然后干燥并在實質上不受限的條件下交聯。脫水，機械分離和干燥階段使得纖維在交聯之前變得高度加捻。加捻至少部分地由交聯所致，但不是完全地。優選地，纖維在交聯完成后與堿性溶液和氧化劑接觸。
各種天然來源的纖維素纖維均適用于本發明。優選使用來自軟木、硬木或棉絨的蒸煮纖維(digested fiber)。本發明中也可將由針茅草，蔗渣，搶毛，亞麻而來的纖維和其它木質的和纖維素纖維作為原料使用。可以以漿料，非片狀或片狀的形式供應纖維。優選將以濕蓋片，干蓋片或其它片狀形式供應的纖維，優選在纖維與交聯劑接觸之前，通過將這些片的機械分解使其成為非片狀的形式。同樣，優選纖維在濕或潮濕的條件下提供。最優選的纖維是從未干燥過的。在干蓋片的情況下，有利的是在機械分解之前將纖維潤濕，以使對纖維的破壞達到最小。
結合本發明使用的最佳纖維來源將取決于設想的特定最終用途。通常，優選是由化學紙漿法制得的紙漿纖維。適用的有完全漂白的、部分漂白的和非漂白的纖維。經常是希望使用漂白的紙漿，為的是它極佳的亮度和消費者的要求。在本發明的方法中優選使用已經至少部分漂白的木纖維。對于如紙巾和尿布、衛生巾和月經墊的吸收墊以及其它類似的吸收性紙制品，由于其極佳的吸收特性，因此特別優選使用來自南方的軟木紙漿的纖維。
適用于本發明的交聯劑包括脂族和脂環族C2-C9多元羧酸。這里所使用的術語“C2-C9多元羧酸”是指含有兩個或多個羧基(COOH)，并且連著羧基的鏈或環中含有2至9個碳原子的有機酸。確定鏈或環中的碳原子數時不包括羧基。例如，1，2，3-丙三羧酸將被認為是含有三個羧基的C3多元羧酸。類似地，1，2，3，4-丁四羧酸將被認為是含有四個羧基的C4多元羧酸。
更特別地，本發明中適用作纖維素交聯劑的C2-C9多元羧酸包括脂族和脂環族酸，它們是烯屬飽和或不飽和的，或者是每個分子中至少有三個，優選更多個羧基的不飽和酸，或若碳碳雙鍵存在于一個或兩個羧基的α、β位時的每個分子有兩個羧基的不飽和酸。為使酯化纖維素羥基時有活性，另一個要求是，脂族或脂環族多元羧酸中給定的一個羧基，必須通過不少于兩個并且不多于三個的碳原子與另一羧基相隔。無需受限于理論，由這些要求可明顯地看出，對于有活性的羧基，它必須能與多元羧酸分子中鄰近的羧基形成五元或六元的酸酐環。當兩個羧基被一碳碳雙鍵相隔，或兩個羧基均連于同一個環時，這兩個羧基相互必須是呈順式構型，如果它們以這種方式相互作用的話。
在每個分子含有三個或更多個羧基的脂族多元羧酸中，連于相對于羧基的α位碳原子的羥基并不干擾通過酸的酯化以及纖維素纖維的交聯。因此，多元羧酸如檸檬酸(也稱作2-羥基-1，2，3-丙三羧酸)和酒石酸單丁二酸，為本發明適宜的交聯劑。
脂族和脂環族C2-C9多元羧酸交聯劑也可在連著羧基的鏈或環中含有氧或硫原子。因此，多元羧酸如氧代二丁二酸(也稱作2，2’-氧代雙(丁二酸))、硫代二丁二酸及其類似物也包括在本發明的范圍內。對本發明來說，氧代二丁二酸將被看作是含有四個羧基的C2-C9多元羧酸。
在本發明范圍內的特定的多元羧酸的例子包括下述馬來酸、檸康酸(也稱作甲基馬來酸)、檸檬酸、衣康酸(也稱作亞甲基丁二酸)、丙三羧酸(也稱作1，2，3-丙三羧酸)、反式-烏頭酸(也稱作反式-1-丙烯-1，2，3三羧酸)、1，2，3，4-丁四羧酸、全順式-1，2，3，4-環戊四羧酸、苯六甲酸(也稱作苯六羧酸)，以及氧代二丁二酸(也稱作2，2’-氧代雙(丁二酸))。上述所列的具體的多元羧酸僅出于說明的目的，并非有意要包括全部。重要的是，交聯劑必須能與一個單根纖維素纖維中的、靠近位置的纖維素鏈上的至少兩個羥基反應。
優選地，這里所用的C2-C9多元羧酸為至少每分子含有三個羧基的脂族飽和酸。一組用于本發明的優選多元羧酸交聯劑包括檸檬酸(也稱作2-羥基-1，2，3-丙三羧酸)，1，2，3-丙三羧酸和1，2，3，4-丁四羧酸。檸檬酸是特別優選的，因為它使纖維具有較高的吸收量和回彈性，對人的皮膚安全并且無刺激，并可提供穩定的交聯鍵。而且，檸檬酸可以相對低的價格大量獲得，這使得它作為交聯劑在商業上是可行的。
用于本發明的另一組優選的交聯劑包括在羧基連著的鏈中含有至少一個氧原子的飽和C2-C9多元羧酸。這類化合物的例子包括氧代二丁二酸，具有下述結構式的酒石酸單丁二酸
和具有下述結構式的酒石酸雙丁二酸
關于酒石酸單丁二酸、酒石酸雙丁二酸及它們的鹽的更詳細的描述，參見1987.5.5授權于Bush等人的U.S.P4663071，這里將其引為參考。
多元羧酸領域的技術人員可以看出，上述的脂族和脂環族C2-C9多元羧酸交聯劑可以多種形式存在，如游離酸形式及其鹽的形式。盡管優選游離酸形式，但所有這些形式均包含在本發明的范圍內。
本發明的單根交聯纖維含有有效量的、與纖維以纖維內交聯鍵形式反應的C2-C9多元羧酸交聯劑。這里所用的“有效量的交聯劑”是指相對于通常的非交聯纖維，足以使得纖維自身的至少一個重要的吸收性能有所提高和/或含有單根交聯纖維的吸收結構有所改進的交聯劑的量。重要的吸收性能的一個例子是滴液容量(drip capacity)，它是與吸收結構的流體吸收容量和流體吸收速率結合測定的。滴液容量的測定過程將在下面的內容中祥述。
特別地，以干纖維的重量為基準計，對于用含有與纖維反應的、約1.0重量％至約10.0重量％，更優選約3.0重量％至約8.0重量％的交聯劑的單根交聯纖維制得的吸收墊，得到始料不及的良好結果。優選地，在交聯反應發生后，使纖維與約0.07重量％至約1.8重量％的堿性化合物，以及約0.02重量％至約1.5重量％的強氧化劑接觸。
優選地，交聯劑在交聯劑滲透入單根纖維結構內部的條件下與纖維接觸。這包括紙漿片的纖維的噴射。
申請人現已發現，交聯反應在不用催化劑的條件下可以實用的速率完成，條件是pH值保持在一特定的范圍內(下面將詳述)。這與現有技術所說的不同，在現有技術中為使商業上可行，需要特定的催化劑來提供通過多元羧酸交聯劑纖維狀纖維素的足夠快的酯化和交聯。例如參見1989.4.11授權于Welch等人的U.S.P4820307。
然而若需要的話，纖維可在交聯前與適當的催化劑接觸。申請人現已發現，催化劑的類型、用量、催化劑與纖維的接觸方法將取決于采用的具體的交聯方法。這些變化形式將在下面祥述。
一旦纖維用交聯劑處理(若使用的話還有催化劑)，便導致不存在纖維間成鍵的條件下，交聯劑與纖維反應，也就是說，此時相對于非蓬松的紙漿纖維，纖維間接觸的發生保持在較低的水平，或者纖維浸在不易使纖維間成鍵，特別是氫鍵形成的溶液中。這將導致本質上是纖維內鍵的交聯鍵的形成。在這些條件下，交聯劑起反應可形成單一纖維素鏈的羥基間的交聯鍵或一根纖維素纖維的、靠近的纖維素鏈上的羥基間的交聯鍵。
盡管未指出或無意要限制本發明的范圍，據信多元羧酸交聯劑的羧基與纖維素的羥基反應形成酯鍵。酯鍵據信是提供穩定交聯鍵的所希望的鍵的類型，在酸性反應條件下對它的形成有利。因此，出于本發明的目的，特別優選酸性交聯條件，即pH值范圍為約1.5至約5。
在交聯劑與纖維反應之前，優選地，將纖維機械地分離成公知為“蓬松”的低密度單根纖維形式。可通過本領域公知的或通過下面內容即可了解的多種方法進行纖維的機械分離。纖維的機械分離優選通過成結和對纖維的破壞達到最小化的方法進行。現已發現特別適用于纖維素纖維分離的一種類型的設備是1976.10.26授權于D.R.Moore和O.A.Shields的、U.S.P3987968中公開的三階段纖維分離設備，該專利在本說明書中引為參考。公開于U.S.P3987968中的纖維分離設備使潮濕的纖維素紙漿纖維受到機械沖擊、機械攪拌、氣流攪拌和有限量的氣體干燥的結合處理，形成基本上無結的蓬松纖維。相對于這種纖維中天然存在的卷曲和捻度的量，單根纖維賦予其程度增加的卷曲和捻度。據信這一增加的卷曲和捻度提高了由最終交聯纖維制得的吸收結構的回彈性。
其它可適用的分離纖維素纖維的方法包括但不受限于，用Waring摻合機處理并使纖維切向地與轉盤式精制機或鋼絲刷接觸。優選地，在這種纖維分離過程中將一氣流直接導向纖維，以使纖維分離成基本上單根的形式。
不考慮所用的形成蓬松纖維的具體機械設備，當纖維最初含有至少約20％的水分，優選含有約40％至約65％的水分時，優選地，將纖維機械處理。
也可以使用高稠度下的纖維的機械精制或部分干燥的纖維的機械精制，目的是除機械分離纖維的結果所賦予的卷曲和捻度外，再賦予纖維一定的卷曲和捻度。
按本發明制備的纖維具有剛性和回彈性，低氣味和高亮度的獨特結合，這些使得由該纖維制得的吸收結構保持了高水平的吸收性，并具有高水平的回彈性，以及干燥的、壓縮的吸收結構對潤濕具有擴大的響應性。除具有所述范圍內的交聯程度外，該交聯纖維的另一特征是對于常規的化學紙漿的造紙纖維其水保留值(WRV’s)小于約60，更優選為約28至約50，最優選為約30至約45，其“煙熏”和“燒焦”的氣味級別為小于2，優選為0至約1。保留的特征還包括糖分解標記物和酸酐的水平降低。此外，最終的pH值優選為約5.5至約6.5，亮度大于80。特定纖維的WRV是交聯程度的反映。高度交聯的纖維，如由前面描述的許多現有技術的交聯方法制備的纖維，已發現其WRV’s小于約25，通常小于約20。當然，所用的特定的交聯方法將影響交聯纖維的WRV。然而，任何將導致所述范圍內的交聯程度和WRV’s的方法，據信將，并傾向于落在本發明的范圍內。可適用的交聯方法包括在發明的背景技術中作一般性描述的干交聯法和非水溶液交聯法。一些優選的制備本發明的單根交聯纖維的干交聯法和非水溶液交聯法，將在下面作更詳細的描述。溶液導致纖維變得高度溶脹的水溶液交聯法，將導致纖維的WRV’s超過約60。這些纖維不具有出于本發明目的的足夠的剛性和回彈性。
具體到干交聯法，氣味降低的單根交聯纖維可通過如下的方法制備，即提供一定量的纖維素纖維，使纖維的紙漿片與如上所述的類型和用量的交聯劑接觸，將其機械分離，例如，將纖維分離至基本上單根的形式，將纖維干燥并且當纖維保持基本上單根的形式時，使交聯劑與纖維在催化劑的存在下反應以形成交聯鍵，并將交聯纖維與堿性溶液和氧化劑接觸以降低氣味并提高纖維的亮度。纖維分離步驟，而不是干燥步驟，據信將賦予纖維額外的卷曲。隨后的干燥伴隨著纖維的加捻，同時加捻的程度通過纖維的卷曲幾何形狀而提高。這里所用的纖維的“卷曲”是指纖維的長軸方向上的纖維的幾何彎曲。“加捻”是指纖維長軸的垂直截面上的纖維的旋轉。本發明優選實施方案中的纖維是單根，纖維內部交聯成鍵的，并且是高度加捻和卷曲的。
這里所用的術語“捻數”是指存在于一定長度的纖維內的捻結的數量。捻數用于衡量纖維繞其長軸的旋轉程度。術語“捻結”是指繞纖維長軸基本上180°的軸向旋轉，當纖維在顯微鏡下用透射光觀察時，其中一部分纖維(即“結”)相對于剩余部分的纖維呈現暗色。結間距離對應于180°的軸向旋轉。本領域技術人員將會意識到，上述的捻結的出現，主要是視覺而不是物理現象。然而，一定長度纖維內捻結的數目(即捻數)直接反映作為纖維的物理參數的纖維加捻的程度。捻結的外觀和數量將依賴于纖維是夏材纖維還是春材纖維而變化。捻結和總的捻數通過描述于說明書試驗方法部分的捻數影像分析法測定。用于描述本發明的纖維的平均捻數通過上述的捻數法適當地測定。當對捻結計數時，由于纖維破壞或纖維壓縮而變暗的纖維部分應與由于纖維加捻而顯得發暗的纖維部分區別開來。
任何給定的纖維樣品的實際捻數將依賴于春材纖維與夏材纖維的比例而變化。任何特定春材或夏材纖維的捻數也將隨纖維的變化而變化。盡管如上所述，對平均捻數的限定在定義本發明中還是適用的，不論春材纖維和夏材纖維的任何特定結合，這些限定均適用。也就是說，只要符合其它聲明的限定的要求，任何具有包含在所述的捻數限定內的捻數的成批纖維，均包含在本發明的范圍內。
在纖維樣品的捻數的測定中，為準確地反映不同的單根纖維加捻水平的平均加捻水平，重要的是測定的纖維的量要足夠大。建議為得到有代表性的纖維的捻數，至少應測試成批纖維中的有代表性樣品的累計5英寸長的纖維。
對濕纖維捻數的描述和測定類似于干纖維捻數，所述方法的不同點僅在于，纖維在處理之前是被水潤濕的，當纖維潤濕時按照捻數纖維影像分析法對其捻數進行計數。
優選地，干纖維的平均捻數至少為約每毫米2.5個捻結，濕纖維的平均捻數至少為約每毫米1.5個捻結，并且比其干纖維捻數至少少每毫米1.0個捻結。最優選地，干纖維的平均捻數至少為約每毫米3.0個捻結，濕纖維的平均捻數至少為約每毫米2.0個捻結，并且比其干纖維捻數至少少每毫米1.0個捻結。
除合股外，本發明的纖維還呈卷曲。纖維卷曲可被描述為由于扭結，加捻和/或彎曲所導致的纖維部分變短。出于本說明書的目的，纖維卷曲應以二維的方式測定。纖維卷曲的程度稱作纖維卷曲指數。卷曲的二維測定的纖維卷曲因子，是通過在二維平面內觀察纖維，測定纖維的投影長度作為包圍住纖維的長方形的最長邊的長度，LR，并測定纖維的實際長度LA，并由下述方程計算纖維卷曲因子(1)卷曲因子＝(LA/LR)-1用纖維卷曲指數影像分析法測定LR和LA。該方法描述于本說明書的試驗方法部分。該方法的背景信息公開于1979 International Paper PhysicsConference Symposium，The Harrison Hotel，Harrison Hot Spring，BritishColumbia，September 17-19，1979(1979年國際紙張物理大會研討會，Harrison飯店，Harrison溫泉，英國哥倫比亞，1979年9月17-19日)，其中有一篇論文的題目是“Application Of Image Analysis To Pulp Fiber CharacterizationPart 1”(應用影像分析對紙漿纖維表征，第1部分)，由B.D.Jordan和D.HPage著，第104-114頁，Canadian Pulp and Paper Association(加拿大紙漿和紙張協會)(Montreal，Quebec，加拿大)，本說明書將該文獻引為參考。
優選地，纖維的卷曲因子至少為約0.30，更優選至少為約0.50。
在干燥和交聯過程中保持纖維基本上呈單根形式，使得纖維在干燥過程中加捻，并由此交聯成這種加捻、卷曲的狀態。在這種纖維可以加捻和卷曲的條件下干燥纖維稱為在基本上自由的條件下干燥纖維。另一方面，在成片的形式下干燥纖維導致干燥的纖維不如以基本上單根形式干燥的纖維那樣高度加捻并卷曲。據信纖維間的氫鍵“限制”了纖維的加捻和卷曲的相對出現。
通過多種方法可使纖維與交聯劑和催化劑接觸(若使用催化劑的話)。在一實施方案中，以紙漿片形式的纖維與初始含有交聯劑和催化劑的溶液接觸。在另一實施方案中，纖維與交聯劑的水溶液接觸，并在加入催化劑前使其浸濕。隨后加入催化劑。在另一實施方案中，將交聯劑和催化劑加入到纖維素纖維的紙漿料中。除這里描述的方法外，其它方法對于本領域技術人員是顯而易見的，它們也包含于本發明的范圍內。不論采用何種特定的纖維與交聯劑和催化劑接觸(若使用催化劑的話)的方法，優選地，將纖維素纖維、交聯劑和催化劑混合和/或使其與纖維充分浸濕，以保證它們與單根纖維的充分接觸和浸入。
可通過多種方法使交聯纖維與氣味減少和增亮試劑接觸。在一實施方案中，在氣流干燥階段出料后將其與纖維接觸。初始時纖維是干燥的，在化學品和纖維接觸后，纖維的稠度大約為90％。最終的PH值為5.5至6.5。
申請人現已發現，若含有交聯劑的溶液的pH值保持在以下限定的范圍內，則交聯反應可在不使用催化劑的條件下完成。特別地，在交聯劑與纖維的接觸過程中，應將纖維素纖維漿中的水性部分或交聯劑溶液的目標pH值調節至約1.5至約5，更優選地為約2.0至約3.5。優選地，通過向交聯劑溶液中加入堿，如氫氧化鈉，來調節pH值。
盡管如上所述，但通常可使用任何可催化交聯歷程的物質。可適用的催化劑包括堿金屬的次磷酸鹽、堿金屬的亞磷酸鹽、堿金屬的多磷酸鹽、堿金屬的磷酸鹽以及堿金屬的硫酸鹽。特別優選的催化劑為堿金屬的次磷酸鹽、堿金屬的磷酸鹽和堿金屬的硫酸鹽。盡管申請人認為催化劑僅起到緩沖劑的作用，保持pH值在所需的范圍內，但尚不知道催化的機理。適用于此的催化劑的更完整的目錄可參見1989.4.11授權于Welch等人的U.S.P4820307，這里將其引為參考。所選的催化劑可單獨使用，或與一種或多種其它催化劑結合使用。
當然，優選使用的催化劑的量依賴于特定的交聯劑類型和用量，以及反應條件，特別是溫度和pH值。通常，從工藝和經濟的角度考慮，基于加入纖維素纖維的交聯劑的重量，優選催化劑的量為約5重量％至約80重量％。例如，在使用的催化劑為次磷酸鈉并且交聯劑為檸檬酸時，基于加入的檸檬酸的量，優選催化劑的量為約50重量％。在交聯劑與纖維接觸的過程中，還需要將纖維素纖維漿料的水性部分或交聯劑溶液的pH值調節到約1.5至約5，更優選地調節到約2.0至約3.5。當然，堿性溶液和氧化劑的優選使用量依賴于所用的特定試劑和反應條件，特別是溫度、時間和氣流。通常，從工藝和經濟的角度考慮，優選的堿性化合物的量為0.07重量％至1.8重量％，氧化劑的量為0.02重量％至1.5重量％。優選地，最終的pH值為約5.5至約6.5。
通常應將纖維素纖維脫水，以及任選地進行干燥。可工作的和最佳的稠度將依賴于所用的使其蓬松的設備類型。在一優選的實施方案中，將纖維素纖維脫水，并最好將其干燥至稠度為約20％至約80％。更優選地，將纖維素纖維脫水并干燥至稠度為約35％至約60％。將纖維干燥至這些優選的范圍內，將有助于使纖維分離至單根形式，而不導致與高水分含量相聯系的、結的過多形成，以及與低水分含量相聯系的、纖維的大量破壞。
例如，脫水可通過如機械擠壓、離心或將紙漿空氣干燥的方法完成。任選地，可將纖維再次干燥至稠度為上述的35～60％稠度的范圍，但優選地，這種再次干燥是通過本領域公知的空氣干燥的方法進行的，干燥的條件是不需要使用高溫延長時間的干燥。此階段過高的溫度和延長時間可導致干燥纖維至稠度超過60％，由此在隨后的纖維分離階段可能將產生過多的纖維破壞。脫水后，如上所述將纖維機械分離。
然后將分離的纖維通過本領域公知的急驟干燥方法干燥至稠度為60％至100％。由于水分從纖維中被除去，該階段賦予纖維額外的捻度和卷曲。盡管通過這一額外的干燥步驟所除去的水分量有所不同，但據信在60％至100％的稠度范圍內，急驟干燥纖維至較高的稠度比急驟干燥纖維至較低的稠度將使纖維具有更高水平的捻度和卷曲。在一優選的實施方案中，將纖維干燥至稠度為約90％至95％。據信，無需較高的急驟干燥溫度和達到100％稠度所需的持續時間，這一程度的急驟干燥使纖維具有所需量的捻度和卷曲。將纖維急驟干燥至60％～100％范圍內的較高部分的稠度，如90％～95％，還可減少急驟干燥后的固化階段所必須完成的干燥量。
然后將急驟干燥的纖維加熱至適宜的溫度并持續一段有效的時間，以使交聯劑固化，即與纖維素纖維反應。交聯的速率和程度依賴于纖維的干燥程度，溫度，pH值，催化劑和交聯劑的類型和用量，以及交聯進行時所用的加熱和/或干燥纖維的方法。對于初始水分含量一定的纖維，用連續的通空氣干燥較其在靜態烘箱中干燥/加熱，在特定溫度下纖維的交聯速率要快。本領域技術人員將意識到，對于交聯劑的固化，存在大量的溫度-時間關系。對于水分含量小于約10％的纖維，靜態空氣條件下干燥溫度約145℃至約165℃，干燥時間約30分鐘至60分鐘，通常將提供可接受的固化效率。本領域技術人員同樣將意識到，高溫和強化空氣對流會減少固化所需的時間。因此，對于水分含量小于約10％的纖維，在通空氣的烘箱中，干燥溫度約170℃至約190℃，干燥時間約2分鐘至20分鐘，通常同樣將提供可接受的固化效率。固化溫度應保持在小于約225℃，優選地小于約200℃，因為纖維暴露于這樣的高溫下可導致變暗或對纖維的其它破壞。
無需受理論的限制，據信纖維素纖維與C2-C9多元羧酸交聯劑的化學反應，直到這些原料的混合物在固化烘箱中加熱時才會開始進行。在固化階段，C2-C9多元羧酸交聯劑與纖維素的分子間形成酯交聯鍵。這些酯鍵形式的交聯在熱的影響下是易變的，因為酯基團和鄰近的纖維素纖維上的未被酯化的羥基可發生酯交換反應。而且據信發生于起始的酯鍵形成之后的酯交換過程，導致這些纖維與固化不充分以至于酯交換還未發生的纖維相比，具有提高的吸收性能。
交聯步驟之后，對纖維進行后處理以降低氣味并提高亮度。纖維與一堿性溶液和氧化劑接觸。堿性溶液含有一種水性介質和一堿性化合物。優選的堿性化合物選自氫氧化鈉、次氯酸鈉、亞硫酸氫鈉、氫氧化銨以及它們的混合物，其中氫氧化鈉是最優選的。優選地，堿性溶液的pH值大于約9。
優選地，氧化漂白劑選自過氧化氫、過氧化鈉、過乙酸、二氧化氯、次氯酸鈉、氯化氫及其混合物，其中過氧化氫是最優選的。但也可使用其它作漂白劑用的化學物質。
優選地，將纖維的pH值提高并保持在約5.5至約6.5的水平。纖維在交聯之前不能將這些試劑引入其中，并且優選地，最終pH值低于7.0是很重要的。通過噴射氫氧化鈉和過氧化氫至含有纖維的氣流上對纖維進行簡單的處理，可降低氣味至零并將亮度由約75提高至80-85。開始與這些試劑接觸的纖維，優選地其初始時是干透的，并且優選地，其總水分含量保持低于10％。據信這一方法體現了制備氣味降低的交聯纖維的優選方式，因為它避免了高成本以及額外的漂白和洗滌所帶來的加工上的不方便。此外，現已發現通常的交聯后的多步漂白和洗滌可帶來理想的結果。這些包括DEP或DEH步驟，其中D為二氧化氯，E為苛性堿萃取，P為過氧化物，以及H為次氯酸鈉。優選地，交聯后的步驟為堿處理，但最終的pH值應調節至低于7。
交聯將在纖維實質上處于干燥時(水分含量低于約5％)達到最高程度。由于不存在水，纖維在基本上非溶脹、皺縮的狀態時交聯。因此，相對于本發明可適用的范圍，它們特征地具有低流體保留值(FRV)。FRV是指基于干纖維的量，一個被浸泡并然后離心除去纖維間的流體的纖維樣品，所保留吸收的流體的量。(下面將進一步描述FRV的定義以及測定FRV的方法。)交聯纖維可吸收的流體的量取決于它們在飽和時的溶脹能力，或者換句話說，它們溶脹至最大程度時的內部直徑或體積。這同樣也取決于交聯的程度。對于給定的纖維和處理過程，隨著纖維內部交聯程度的增加，纖維的FRV將降低。因此，纖維的FRV值從結構上說明纖維飽和時的物理狀態。除非另加說明，這里所述的FRV數據應以纖維的水保留值(WRV)的形式出現。其它流體，如鹽水和合成尿，有利地，也可被用作分析用的流體介質。通常，對于由固化主要地依賴于干燥，如本發明的方法交聯的特定纖維的FRV，將主要地取決于交聯劑和交聯的程度。通過以可適用于本發明的交聯劑用量的干交聯法獲得的交聯纖維的WRV’s，通常為小于約60，大于約28，優選地小于約50，更優選地為約30至約45。以干纖維的重量為基準計，已發現具有約1.0重量％至約10.0重量％的參與反應的檸檬酸的漂白的南方軟木牛皮紙(SSK)纖維，其WRV’s分別為約28至約40。現已發現漂白的程度和交聯后漂白步驟的實施將影響WRV。通過許多現有技術公知的交聯方法制備的SSK纖維，具有大于這里所述的交聯程度，其WRV’s小于約25。現已發現這種纖維，如前所述，它過度地硬并且其吸收容量小于本發明的纖維。
在另一通過干交聯法制備單根交聯纖維的方法中，纖維素纖維與一含有如上所述的交聯劑的溶液接觸。不論在與交聯劑接觸之前還是之后，纖維均以片的形式提供。在纖維以片的形式時使其干燥，并優選地通過將纖維加熱至約120℃至約160℃使其交聯。交聯后，將纖維機械地分離成基本上單根的形式。優選地，這一過程通過用例如U.S.P3987968所述的纖維蓬松設備的處理進行，或者也可用本領域公知的分離纖維的其它方法進行。將按照該片交聯法制備的單根交聯纖維，用足量的交聯劑處理，以纖維素葡糖酐的摩爾數為基準計并在纖維分離后測定，使得有效量的交聯劑，優選地約1.0重量％至約10.0重量％的交聯劑，與纖維以纖維內交聯鍵的形式反應。在纖維以片的形式時使其干燥和交聯的另一作用是，纖維間的結合限制了隨干燥程度的提高所帶來的纖維的加捻和卷曲。與按照纖維在基本上非受限的條件下干燥，并隨后以加捻、卷曲的構型交聯的方法制備的單根交聯纖維相比，含有通過上述的片固化法制得的相對非加捻的纖維的吸收結構，將具有較低的濕回彈性和對潤濕的較低響應性。
也可以考慮在干燥和交聯步驟之間將纖維機械分離成基本上單根的形式。也就是說，將纖維與交聯劑接觸，并隨后在其呈片的形式時干燥。交聯之前纖維呈單根形式可有利于纖維內部的交聯。這種交替的交聯方法，以及對本領域技術人員來說是顯而易見的其它各種方法，均包括在本發明的范圍內。
另一可適用于本發明的交聯方法是非水性溶液固化交聯法。適用于干交聯法的同樣類型的纖維也可用于非水性溶液交聯纖維的制備。將纖維用足量的交聯劑，以及若需要的話，和適當的催化劑處理，使得有效量的交聯劑隨后與纖維反應。使用的交聯劑和催化劑(若使用的話)的量將依賴于例如稠度，溫度，交聯溶液中的水含量，纖維，交聯劑的類型，交聯溶液中的稀釋劑，和所需的交聯量等反應條件。當纖維浸在實質上非水性的交聯溶液中時，使交聯劑與纖維反應。非水性的交聯溶液含有一種非水的、與水可混溶的極性稀釋劑，例如，但不限于，乙酸，丙酸或丙酮。交聯溶液也可含有有限量的水或其它纖維溶脹液體，但優選地，水的量不足以引起任何實質性的纖維溶脹。可適用作交聯介質的交聯溶液體系包括那些授權于S.Sangenis，G.Guiroy，and J.Quere，1977.7.12的U.S.P4035147中公開的內容，這里將其引作本說明書的參考。
優選地，按照前面所述的干交聯法制備本發明的交聯纖維。本發明的交聯纖維可直接用于制造氣流成網的吸收芯。此外，由于它們的硬度和回彈特性，該交聯纖維也可以濕法制成非壓縮的、低密度片，干燥后不用進一步的機械處理，該片可直接用作吸收芯。該交聯纖維也可以濕法成網制成壓縮紙漿片出售，或運送到較遠的地方。
相對于由通常的非交聯纖維素纖維制得的紙漿片，由本發明的交聯纖維制得的紙漿片更難于壓縮到通常的紙漿片密度。因此，需要將交聯纖維與例如那些通常用于制造吸收芯的非交聯纖維結合起來。基于片的總干重量，含有硬化的交聯纖維的紙漿片，優選地含有約5％至約90％的非交聯纖維素纖維，并與單根交聯纖維相混合。特別優選的是基于片的總干重量，包含約5％至約30％的高度精制的非交聯纖維素纖維。這些高度精制的纖維被精制或打漿至游離度為小于約300毫升CSF，優選地小于100毫升CSF。優選地，非交聯纖維與單根交聯纖維的水性漿料相混合。然后可將該混合物制成用于隨后的纖維分離和形成吸收墊的稠化的紙漿片。非交聯纖維的加入使得紙漿片易于被壓縮成稠化的形式，而同時對隨后形成的吸收墊的吸收性僅帶來很小的損失。此外，非交聯纖維還可提高紙漿片以及由紙漿片或直接由交聯和非交聯纖維的混合物制得的吸收墊的拉伸強度。不論是將交聯和非交聯纖維的混合物首先制成紙漿片，然后再形成吸收墊，還是直接形成吸收墊，紙漿片均可以是氣流成網法形成的或濕成網法形成的。
由單根交聯纖維或還含有非交聯纖維的混合物制得的片或網，優選地，其定量小于約800克/米2，密度小于約0.60克/厘米3。雖然非有意要限制本發明的范圍，但定量為300克/米2至約600克/米2，并且密度為0.07克/厘米3至約0.30克/厘米3的濕法成網片，特別優選將其直接作為一次性物品的吸收芯，如尿布，塞子，和其它月經用品。據信定量和密度高于這些水平的結構最適合用于隨后的粉碎和以氣流成網法或濕成網法制成更適用于吸收應用的低密度和定量的結構。而且，這種高定量和密度的結構還表現出極高的吸收性和對濕的響應。本發明纖維的其它用途包括密度小于約0.03克/毫升的低密度薄頁紙。
若需要的話，還可進一步處理交聯纖維以除去過量的、未反應的交聯劑。發現可成功地除去過量的交聯劑的一系列處理方式順序地包括，洗滌交聯纖維，將纖維浸在水溶液中一段適當的時間，對纖維進行篩選，脫水，例如通過離心使其稠度達到約40％至約80％，如前所述對脫水纖維進行機械分離，并對纖維進行氣流干燥。若需要的話，可在洗滌溶液中加入足量的酸性物質，以保持洗滌溶液的pH值小于約7。無需受限于理論，據信酯交聯在堿性條件下是不穩定的，保持洗滌處理時的pH值在酸性范圍內可防止已形成的酯交聯的逆向變化。酸性可通過無機酸如硫酸引入，或者是通過酸性漂白化學物質如二氧化氯和亞硫酸氫鈉(也可被加入以提高交聯纖維的亮度)引入。現已發現該方法可將剩余的游離交聯劑的含量減少至約0.01％至約0.15％。
這里所述的交聯纖維適用于許多吸收制品，包括但不限于薄頁紙片，一次性尿布，月經用品，衛生巾，塞子，和繃帶，其中所述的每一制品均具有含有這里所述的單根交聯纖維的吸收結構。例如，特別構想的一次性尿布或類似制品具有可滲透液體的頂片，與頂片相連的不滲透液體的底片，以及含有單根交聯纖維的吸收結構。這些制品公開于1975.1.14授權于Kenneth B.Buell的U.S.P3860003中，這里將其引為本說明書的參考。這里所述的交聯纖維也適用于制備如過濾介質的制品。
通常，尿布和衛生巾的吸收芯由非硬化的、非交聯纖維素纖維制造，其中吸收芯的干密度為約0.06克/厘米3至約0.12克/厘米3。潤濕時，通常吸收芯的體積減小。
現已發現，相對于由通常的非交聯纖維或現有技術公知的交聯纖維制得的密度相當的吸收芯，本發明的交聯纖維可用于制備具有實質上較高流體吸收性能的吸收芯，流體吸收性能包括但不限于吸收容量和毛細吸收速率。而且，這些改進的吸收性能可與提高的濕回彈性一起獲得。對于潤濕時基本上保持體積恒定的、密度為約0.05克/厘米3至約0.15克/厘米3的吸收芯，以干纖維素葡糖酐的摩爾數為基準，特別優選使用交聯度為約1.0重量％至約10.0重量％交聯劑的交聯纖維。由這樣的纖維制得的吸收芯具有理想的結構整體性的結合，即抗壓和濕回彈性。本發明中的術語“濕回彈性”是指濕的墊片在受到壓力作用并在壓力釋放后，向其初始形狀和體積彈回的能力。與由未處理過的纖維和現有技術的交聯纖維制得的芯相比，由本發明的纖維制得的吸收芯在濕壓力去除后，其體積實質上將恢復至更高比例的其初始體積。
在另一優選實施方案中，單根交聯纖維被制成或者氣流成網的或者濕成網的(隨后干燥)、被壓縮至干密度小于墊片的平衡濕密度的吸收芯。平衡濕密度是以干纖維為基準計，當墊片完全被流體飽和時的墊片的密度。當纖維被制成干密度小于平衡濕密度的吸收芯時，在潤濕至飽和時，吸收芯將皺縮至平衡濕密度。或者，當纖維被制成干密度大于平衡濕密度的吸收芯時，在潤濕至飽和時，吸收芯將膨脹至平衡濕密度。由本發明的纖維制得的墊片的平衡濕密度實質上小于由通常的蓬松纖維制得的墊片。本發明的纖維可被壓縮成密度大于平衡濕密度，以形成潤濕時將膨脹的薄墊片，這樣可將吸收容量提高至明顯大于非交聯纖維所獲得的程度。
在另一優選實施方案中，以干纖維的重量為基準計，交聯劑為約3.0重量％至約8.0重量的交聯纖維，可獲得較高的吸收性能、濕回彈性和對潤濕的響應性。優選地，這樣的纖維被制成干密度大于它們的平衡濕密度的吸收芯。優選地，吸收芯被壓成密度為約0.12克/厘米3至約0.60克/厘米3，其中對應的平衡濕密度小于干壓縮墊的密度。同樣優選地，吸收芯被壓成密度為約0.12克/厘米3至約0.40克/厘米3，其中對應的平衡濕密度為約0.08克/厘米3至約0.12充/厘米3，小于干壓縮芯的密度。然而，應當認識到，在較高密度范圍內的吸收結構可由交聯度較高的交聯纖維制得，與較低密度的吸收結構可由交聯度較低的交聯纖維制得一樣。相對于現有技術的單根交聯纖維，所有這些結構均具有改進的性能。
盡管前面的敘述包括較高和較低密度的吸收結構的優選實施方案，但應當認識到，在這里所述范圍之間的吸收結構密度和交聯劑量的各種結合，相對于通常的纖維素纖維和現有技術的交聯纖維，均將提供極佳的吸收特性和吸收結構整體性。這些實施方案將包括在本發明的范圍內。
測定流體保留值的方法可使用下述方法測定纖維素纖維的水保留值。
室溫下，將約0.3克至約0.4克的纖維樣品浸于盛有約100毫升蒸餾水或去離子水的帶蓋容器中，約15至約20小時。將浸過的纖維收集在一過濾器中，并將其轉移至離心管的60目篩底部上約1.5英寸的、受支撐的80目鋼絲筐中。該管用塑料蓋蓋住，將樣品以1500至1700重力的相對離心力進行19至21分鐘的離心。然后將離心的纖維從筐中移出并稱重。將稱重過的纖維在105℃下干燥至恒重，并再次稱重。按下述計算水保留值(1)WRV=(W-D)D×100]]>其中，W＝離心纖維的濕重；D＝纖維的干重；W-D＝吸收的水的重量。
滴容量的測定方法可用下述方法測定吸收芯的滴容量。滴容量是作為芯的吸收容量和吸收速率的結合測量。
將一重約7.5克的4英寸×4英寸的吸收墊片置于一篩網上。以8毫升/秒的速率向墊片的中央滴加合成尿。當第一滴合成尿從墊片的底部或旁邊漏出時便停止滴加合成尿。滴容量是這樣計算的，即合成尿引入墊片之前和之后的重量差除以干透計的纖維的重量。
濕可壓縮性的測定方法可使用下述方法測定吸收結構的濕可壓縮性。濕可壓縮性可用來衡量抗濕壓縮性、濕結構的整體性和吸收芯的濕回彈性。
準備一塊4英寸×4英寸、重約7.5克的墊片，測定其厚度并計算其密度。使該墊片承載合成尿至其干重的10倍或其飽和點，哪一個更小即至何種程度。向該墊片施加0.1磅/平方英寸的壓縮載荷。約60秒后測定墊片的厚度，這段時間內墊片達到平衡。然后將壓縮載荷增至1.1磅/平方英寸，使墊片達到平衡并測定其厚度。隨后將壓縮載再荷減小至0.1磅/平方英寸，使墊片達到平衡并再次測定其厚度。在初始的0.1磅/平方英寸載荷，1.1磅/平方英寸載荷和第二次0.1磅/平方英寸載荷時，計算墊片的密度，稱作0.1PSIR(PSI(磅/平方英寸)回彈)載荷。然后確定每一壓縮載荷的空隙體積，以厘米3/克計。空隙體積為墊片的濕密度的倒數減去纖維的體積(0.95厘米3/克)。0.1磅/平方英寸和1.1磅/平方英寸的空隙體積可用于說明抗濕壓縮性和濕結構的整體性。對于一般的起始墊片密度，較高的空隙體積表示抗濕壓縮性較大以及濕結構的整體性較高。0.1磅/平方英寸和0.1PSIR的空隙體積的差值可用于比較吸收墊片的濕回彈性。0.1磅/平方英寸和0.1PSIR的空隙體積的差值較小，表示較高的濕回彈性。
同樣地，發現壓縮前干墊片和飽和墊片在厚度上的差值，可用于表示墊片對潤濕的響應性。
干可壓縮性的測定方法可使用下述方法測定吸收芯的干可壓縮性。干可壓縮性可用來衡量吸收芯的干回彈性。
準備一塊4英寸×4英寸、重約7.5克的氣流成網的墊片，并在干態下通過水壓壓力壓縮至壓強為5500磅/英寸2。將該墊片翻轉過來并重復上述壓縮。壓縮之前和之后用無載荷卡尺測定墊片的厚度。然后計算壓縮之前和之后的密度，計為質量/(面積×厚度)。壓縮之前和之后密度的差值較大表示干回彈性較低。
與纖維素纖維反應的C2-C9多元羧酸的量的測定方法有許多適合于測定與纖維素纖維交聯的C2-C9多元羧酸的量的分析方法。可使用任何適宜的方法。在本發明的實施例中，為測定與單根交聯纖維素纖維組分反應以形成纖維內交聯鍵的、優選的C2-C9多元羧酸(即檸檬酸)的量，可使用下述方法。首先，將交聯纖維樣品用足量的熱水洗滌以除去任何未反應的交聯化學物質或催化劑。然后，將纖維干燥至平衡濕含量。
然后基本上按T.A.P.P.I.Method T 237 OS-77測定單根交聯纖維的羧基含量。然后通過下式由纖維的羧基含量計算C2-C9多元羧酸的交聯量
其中C＝交聯纖維的羧基含量，毫當量/千克30＝未交聯的紙漿纖維的羧基含量，毫當量/千克得出上式所作的假定為1.檸檬酸三個羧基中的兩個與纖維素上的羥基反應形成交聯鍵，因此剩余的一個羧基可通過羧基測試被自由測定。
2.未交聯的紙漿纖維的羧基含量為30毫當量/千克。
3.在交聯過程中纖維素上不產生新的羧基。
捻數的測定方法可使用下述方法測定本說明書中分析的纖維的捻數。
將干纖維置于涂有浸漬油薄膜的載物片上，然后用條狀蓋板覆蓋。浸漬油的作用是使纖維透明，不引起溶脹，并由此確定捻結(將在下面敘述)。通過傾倒低稠度的纖維漿料將濕纖維置于載片上，然后將載片用條狀蓋板覆蓋。水使得纖維透明，由此較易確定捻結。
使用包含計算機控制的顯微鏡、影像照相機、影像屏幕以及配有可由Cambridge Instruments Limited(Cambridge，England；Buffalo，New York)獲得的QUIPS軟件的計算機的影像分析儀，測定捻數。
在200倍放大下用影像分析儀測定在特定的顯微鏡載物片區域范圍內的纖維的總長度。由操作者對捻結進行確定和計數。持續這一過程，測定纖維的長度并對捻結進行標記，直到分析了1270毫英寸的纖維總長度。由這些數據將標記的總捻結數除以總的纖維長度，計算出每毫米的捻結數目。
卷曲因子的測定方法可使用下述方法測定纖維的卷曲指數。
將干纖維置于顯微鏡的載物片上。將條狀蓋板置于纖維上，并在邊緣處涂上膠水。用包含軟件控制的顯微鏡、影像照相機、影像監控器和計算機的影像分析儀測定纖維的實際長度LA和最大投影長度LR(等于包圍纖維的長方形的最長邊的長度)。所用的軟件與在上述的捻數影像分析方法部分所述的一樣。
一旦得出LA和LR，即按上面所示的方程(1)計算卷曲因子。要以至少250個單根纖維計算每一纖維樣品的卷曲因子，然后取其平均值以確定樣品的平均卷曲因子。計算中除去LA小于0.25mm的纖維。
氣味化合物的測定方法可使用下述方法測定交聯纖維的氣味化合物含量。
將約1克至2克的原料樣品懸浮于40毫升水中并將其均化。通過傾析除去水相的同時用玻璃棒壓固體。將水相調節至pH值為4-4.3，并用3-4毫升戊烷萃取，或通過微液體/液體萃取器萃取。
用配有注射器/捕獲器，PID/吸入部分和質譜儀的PE 3920氣相色譜儀分析樣品。分析中使用長60米，內徑為0.32毫米的Restex Rtx-1甲基硅酮柱，和1μm膜。溫度程序設置如下50℃下等溫4分鐘，8℃/分鐘至280℃，等溫16分鐘。
于是得到了液面上的色譜圖，并可測定酚醛樹脂和糖分解的標記物的含量。
交聯纖維的氣味的測定方法代理(proctor)(優選地為嗅覺專業的)將通過在6盎司百合屬紙杯中放入適當量的每一樣品，然后將每一個杯蓋關緊并給杯作上標簽來準備樣品。當代理要評估樣品時，將蓋移走，加入10毫升的冷自來水，然后將杯上的蓋放回。在評估樣品前至少要經過2分鐘，但不能超過15分鐘。對于每一含有三個杯的樣品組，專門小組將首先拿掉被確定為標準的樣品杯上的蓋，并聞一聞它的氣味。然后應將蓋放回到杯上。接下來的程序是聞剩余的每一樣品的氣味。專門小組對樣品進行鑒定，在等級表上對其標號，并芯定最能代表樣品全面氣味的等級。該評估只能由那些有資格的人進行。
測定亮度的方法可使用下述方法測定亮度等級用標準的Technidyne TB-1亮度計。使用工業上標準的方法制備一4英寸×4英寸的氣流成網的墊片。然后在樣品中央在頂部測定纖維的亮度。
測定pH值的方法可使用下述方法測定最終纖維的pH值在100毫升水中加入1克交聯纖維。將該樣品攪拌60分鐘并記錄其pH值。
下述實施例將具體說明本發明的實施，但無意要因此限制本發明。
實施例I
使用檸檬酸作為交聯劑，用氫氧化鈉和過氧化氫降低氣味并提高亮度，通過干交聯法制備氣味降低的單根交聯纖維。氣味降低的、用檸檬酸交聯的纖維的制備方法如下1.對于每一樣品，以片狀形式提供1735克干燥過的、南方軟木牛皮紙漿(SSK)。纖維的濕含量為約7％(相當于93％的稠度)。
2.使紙漿片與8％的檸檬酸和1％的次磷酸鈉接觸。用氫氧化鈉將pH值調節至2.5。所得的紙漿片和化學物質的稠度為60％。
3.然后，用Sprout-Waldron 12″圓盤式精制機(型號105-A)分離纖維，將板的間隙設置為得到的纖維基本上為單根，但纖維破壞的量為最小。當單根纖維離開精制機時，用兩根垂直管的熱空氣將它們進行急驟干燥，以提供纖維的捻度和卷曲。在纖維離開這些管時含有約10％的水分并已作好交聯的準備。如果在離開急驟干燥管時纖維的水分含量大于約10％，則纖維可用室溫空氣干燥，直至其水分含量為約10％。
4.然后將近于干燥的纖維放在托盤上，并在一定溫度下(實際操作中它依賴于檸檬酸的用量，纖維的干燥程度等)于氣流干燥烘箱中固化一段時間。在該實施例中，樣品在330℃下固化約5分鐘。在烘箱中在這段時間內將完成交聯。
5.然后將交聯單根纖維與含有0.25％氫氧化鈉和0.13％過氧化氫，并混合良好的水溶液接觸。所得纖維含有10％的水分。
6.氣味為零，最終pH值為6.0，并且所得亮度為84。該材料具有降低的糖分解標記含量(5-7x)和檸檬酸酐含量(2-3x)。
以干纖維重量為基準計，所得的單根交聯纖維素纖維的WRV為37.6，并含有3.5重量％的、與纖維以內纖維交聯鍵的形式反應的檸檬酸。最終的氣味為零，所得的亮度為84，最終的pH值為6.2。
重要的是，與通常的非交聯纖維和現有技術公知的交聯纖維相比，所得的單根交聯纖維的氣味降低，亮度提高，對潤濕的響應性提高，并且可安全地使用于人體皮膚周圍。
實施例II使用檸檬酸作為交聯劑，用氫氧化鈉和過氧化氫降低氣味并提高亮度，通過干交聯法制備氣味降低的單根交聯纖維。氣味降低的、用檸檬酸交聯的纖維的制備方法如下
1.對于每一樣品，以片狀形式提供1735克干燥過的、南方軟木牛皮紙漿(SSK)。纖維的濕含量為約7％(相當于93％的稠度)。
2.使紙漿片與8％的檸檬酸和1％的次磷酸鈉接觸。用氫氧化鈉將pH值調節至2.5。所得的紙漿片和化學物質的稠度為60％。
3.然后，用Sprout-Waldron 12″圓盤式精制機(型號105-A)分離纖維，將板的間隙設置為得到的纖維基本上為單根，但纖維破壞的量為最小。當單根纖維離開精制機時，用兩根垂直管的熱空氣將它們進行怠驟干燥，以提供纖維的捻度和卷曲。在纖維離開這些管時含有約10％的水分并已作好交聯的準備。如果在離開急驟干燥管時纖維的水分含量大于約10％，則纖維可用室溫空氣干燥，直至其水分含量為約10％。
4.然后將近于干燥的纖維放在托盤上，并在一定溫度下(實際操作中它依賴于檸檬酸的用量，纖維的干燥程度等)于氣流干燥烘箱中固化一段時間。在該實施例中，樣品在330℃下固化約5分鐘。在烘箱中于這段時間內將完成交聯。
5.然后將交聯單根纖維與含有0.09重量％氫氧化鈉和0.02％過氧化氫的水溶液接觸。所得纖維含有10％的水分。
以干纖維重量為基準計，所得的單根交聯纖維素纖維的WRV為37.6，并含有3.5重量％的、與纖維以纖維內交聯鍵的形式反應的檸檬酸。最終的氣味為零，所得的亮度為84，最終的pH值為6.2。
重要的是，與通常的非交聯纖維和現有技術公知的交聯纖維相比，所得的單根交聯纖維的氣味降低，亮度提高，對潤濕的響應性提高，并且可安全地使用于人體皮膚周圍。
實施例III使用檸檬酸作為交聯劑，用氫氧化鈉和過氧化氫降低氣味并提高亮度，通過干交聯法制備氣味降低的單根交聯纖維。氣味降低的、用檸檬酸交聯的纖維的制備方法如下1.對于每一樣品，以片狀形式提供1735克干燥過的、南方軟木牛皮紙漿(SSK)。纖維的濕含量為約7％(相當于93％的稠度)。
2.使紙漿片與8％的檸檬酸和1％的次磷酸鈉接觸。用氫氧化鈉將pH值調節至2.5。所得的紙漿片和化學物質的稠度為60％。
3.然后，用Sprout-Waldron 12″圓盤式精制機(型號105-A)分離纖維，將板的間隙設置為得到的纖維基本上為單根，但纖維破壞的量為最小。當單根纖維離開精制機時，用兩根垂直管的熱空氣將它們進行急驟干燥，以提供纖維的捻度和卷曲。在纖維離開這些管時含有約10％的水分并已作好交聯的準備。如果在離開怠驟干燥管時纖維的水分含量大于約10％，則纖維可用室溫空氣干燥，直至其水分含量為約10％。
4.然后將近于干燥的纖維放在托盤上，并在一定溫度下(實際操作中它依賴于檸檬酸的用量，纖維的干燥程度等)于氣流干燥烘箱中固化一段時間。在該實施例中，樣品在330℃下固化約5分鐘。在烘箱中于這段時間內將完成交聯。
5.然后將交聯單根纖維與含有0.16％氫氧化鈉和0.1％過氧化氫的水溶液接觸。所得纖維含有10％的水分。
以干纖維重量為基準計，所得的單根交聯纖維素纖維的WRV為37.6，并含有3.5重量％的、與纖維以纖維內交聯鍵的形式反應的檸檬酸。最終的氣味為零，所得的亮度為82，最終的pH值為6.4。
重要的是，與通常的非交聯纖維和現有技術公知的交聯纖維相比，所得的單根交聯纖維的氣味降低，亮度提高，對潤濕的響應性提高，并且可安全地使用于人體皮膚周圍。
權利要求
1.一種制備氣味降低的、多元羧酸交聯的單根纖維素纖維的方法，該方法的特征是它包含以下步驟a.提供纖維素纖維；b.使該纖維與含有有效量的C2-C9多元羧酸交聯劑的溶液接觸，其中所述的C2-C9多元羧酸交聯劑選自(i)烯屬飽和的或不飽和的，在每分子中含至少三個羧基的脂族和脂環族C2-C9多元羧酸；和(ii)每分子中含有兩個羧基，并含有位于一個或兩個羧基的α、β位上的一個碳碳雙鍵的脂族和脂環族C2-C9多元羧酸，其中在所述的C2-C9多元羧酸交聯劑中，一個羧基與另一個羧基被或者兩個或者三個碳原子隔開，c.機械分離該纖維至基本上呈單根形式；d.干燥所述纖維并在該纖維基本上呈單根形式時使其與交聯劑反應，形成纖維內交聯鍵；和e.通過將所述交聯纖維與一堿性溶液接觸，使交聯纖維的pH值提高至至少約5，優選5.5至6.5，其中優選地，該堿性溶液的pH值大于9。
2.權利要求1的方法，其中將交聯纖維的pH值提高至至少為5的步驟(e)，還進一步地包含將所述的交聯纖維與一氧化漂白劑接觸。
3.權利要求1或2的方法，其中該堿性溶液含有一水性介質和一選自氫氧化鈉，次氯酸鈉，亞硫酸氫鈉，氫氧化銨以及它們的混合物，優選是氫氧化鈉的堿性化合物。
4權利要求2或3的方法，其中氧化漂白劑選自過氧化氫，過氧化鈉，過乙酸，二氧化氯，次氯酸鈉，氯化氫及其混合物，優選是過氧化氫。
5.權利要求1至4中任一項的方法，其中步驟(a)中的所述纖維素纖維至少已被部分漂白。
6.權利要求1至5中任一項的方法，其中基于纖維素纖維的干纖維重量，1.0重量％至10.0重量％，優選3.0重量％至8.0重量％的交聯劑與所述纖維反應，形成所述的纖維內交聯鍵。
7.權利要求1至6中任一項的方法，其中在至少一種選自堿金屬的次磷酸鹽，堿金屬的亞磷酸鹽，堿金屬的多磷酸鹽，堿金屬的磷酸鹽，以及堿金屬的硫酸鹽，優選堿金屬的次磷酸鹽的催化劑的存在下，所述交聯劑與所述纖維反應形成纖維內交聯鍵。
8.權利要求1至7中任一項的方法，其中所述交聯纖維的水保留值為25至60，優選30至45。
9.權利要求1至8中任一項的方法，其中所述交聯劑選自檸檬酸，1，2，3，4-丁四羧酸，和1，2，3-丙三羧酸，優選檸檬酸。
10.權利要求1至8中任一項的方法，其中所述的交聯劑選自氧代二丁二酸，具有下述結構式的酒石酸單丁二酸
和具有下述結構式的酒石酸雙丁二酸
所述交聯劑優選為氧代二丁二酸。
全文摘要
公開了一種制備氣味降低的單根交聯纖維的方法,該方法包括下列步驟:提供纖維素纖維,使該纖維與含有C
文檔編號D21H13/06GK1191002SQ96195570
公開日1998年8月19日 申請日期1996年5月30日 優先權日1995年6月15日
發明者杰弗里·T·庫克, 沃爾特·D·丹尼爾斯, 佩德羅·A·羅德里格斯, 彼得·A·格雷夫, 克利福德·R·博爾斯塔德, 威廉·L·鄧肯 申請人:普羅克特和甘保爾公司, 韋爾豪澤爾公司