Brevet FR2465833A1 — publié le 19810327

La présente invention concerne une structure absorbante contenant des fibres de pâte de bois non-délignifiée, structure qui est particulièrement utilisable dans des produits absorbants exigeant une capacité notable de retenue des liquides. Les fibres de pâte de bois non-délignifiée, telles que les fibres de pSte de bois produite thermomécaniquement, les fibres de pâte de bois produite par les raffineurs, etc. sont devenues très importantes au cours des dernières années. Ces fibres de pâte de bois, appelées aussi fibres de pâte de bois à rendement élevé", sont devenues de plus en plus importantes pour plusieurs raisons. Les procédés utilises pour produire les fibres utilisent une plus grande quantité de la matière de départ. Par exemple, ces types de procédés utilisent 90 % ou plus de l'arbre, au lieu d'une utilisation d'environ 50 96 de l'arbre dans le cas d'un traitement chimique typique. De plus, les procédés à pAte de bois non-délignifiée réduisent les problèmes pour l'environnement causés par un traitement chimique. En particulier, les procédés "à rendement élevé" causent considérablement moins de pollution de l'air et de pollution de l'eau que les procédés chimiques correspondants. Ces divers facteurs et les considérations économiques concomitantes rendent très attrayants les procédés 8 rendement élevé, tels que le procédé thermomécanique de production de pute. Les procédés à pâte de bois non-délignifiée sont connus depuis un certain temps et sont habituellement développés principalement pour des putes de bois d'une qualité pour papier, pour papier-ournal, etc. Ces pâtes de bois n'ont pas été bien acceptées dans des produits de type absorbant, tels que des serviettes hygiéniques, des couches à usage unique pour bébés, etc., principalement en raison de leur comportement relativement médiocre comme noyau absorbant pour de tels produits. Les fibres classiques de pâte de bois traitée chimiquement présentent un certain degré de cohésion quand elles sont mises sous la forme d'une structure du type nappe déposée dans l'air. Les fibres de pâte de bois traitée chimiquement sont typiquement un peu affaissées et se présentent sous une forme rappelant un ruban. Cette forme permet un enchevêtrement des fibres durant la formation de la nappe déposée dans l'air et donne donc une nappe ayant un certain degré de cohésion et d'intégrité de la nappe fibreuse. Au contraire, les fibres de pâte de bois non-délignifiée ne sont pas affaissés, sont plus rigides et plus élastiques. Les nappes formées de ces fibres, bien que possédant une plus grande capacité potentielle de retenue des liquides, ont une intégrité médiocre et tendent donc à se dissocier. De plus, des structures absorbantes formées de fibres de pâte de bois non-délignifiée sont notablement hydrophobes et ne sont pas facile ment mouillables. Pour qu'une structure absorbante quelconque soit satisfaisante, il est très souhaitable que la structure (i) accepte facilement le liquide, (2) transporte facilement le liquide d'une partie de la structure à une autre et (3) retienne le liquide accepté. Diverses techniques ont été développées ou suggérées pour améliorer les caractéristiques absorbantes de la pâte de bois non-délignifiée, comme l'élimination des particules fines du produit de pâte de bois ou l'application de divers traitements par un solvant ou d'autres produits chimiques au produit de pAte de bois pour à la fois blanchir la pite et augmenter sa capacité dlabsorption Toutefois9 ces techniques ont des incidences économiques et augmentent le coût de la pâte de bois, et dans certains cas, aggravent le problème de pollution et donc ne permettent pas de profiter complètement de l'avantage du procédé à la pSte de bois non-délignifiée. D'autres techniques ont été suggérées pour la fabrication de produits absorbants en utilisant des pâtes de bois non-délignifiées. Une technique est décrite dans le brevet britannique n 1 500 053 et utilise des fibres de dimensions particulières, c'est-à-dire de longueur et de diamètre particuliers. L'hydrophilie de surface des fibres est accrue par blanchiment et les fibres hydrophiles sont déposées dans l'air sous la forme d'une nappe et comprimées à une densité particulière. Le blanchiment suivi d'une compression augmente notablement la mouillabilité de la structure Fr ailleurs hydrophobe, mais en même temps réduit la capacité de retenue des liquides d'une structure absorbante formée de fibres de pite de bois non-délignifiée. Comme mentionné ci-dessus, pour qu'une structure absorbante quelconque soit satisfaisante, il est nécessaire non seulement que la structure retienne le liquide, mais aussi qu'elle accepte facilement le liquide et le transporte. La capacité de retenue des liquides présentée par la structure absorbante est en relation avec la grosseur des pores de la nappe fibreuse et le module de flexion à l'état mouillé des fibres. Si la grosseur des pores (c'esta-dire des espaces entourant les fibres) est impor tante et le module de flexion à l'état mouillé (c'està-dire la rigidité) des fibres est élevé, alors la structure aura une relativement grande capacité de retenue des liquides, mais en général n'acceptera pas facilement le liquide et ne le transportera pas facilement (par effet de mèche).Au contraire, si les pores sont petits et si le module de flexion est relativement bas, la structure accepte et transporte facilement le liquide, mais elle aura une moindre capacité de retenue du liquide. Les fibres obtenues par le procédé à b pâte de bois non-délignifiée peuvent fournir une structure absorbante ayant de gros pores et un haut module de flexion des fibres à l'état mouillé, mais de telles structures absorbantes n'acceptent pas facilement le liquide et la structure ne sera pas facilement densifiée ou gaufrée pour favoriser l'effet de mèche. On a découvert qu'une structure absorbante peut être produite à partir de fibres de pâte de bois non-délignifiée qui acceptera et transportera facilement le liquide tout en conservant une capacité importante avantageuse de retenue du liquide. De plus, la nouvelle structure absorbante selon la présente invention présente sur le plan économique les avantages associés à l'utilisation de fibres de pSte de bois non-délignifiée. Selon son aspect le plus large, la présente invention concerne une structure absorbante comprenant un lit fibreux de fibres de patte de bois non-délignifiée et au moins environ 1 % en poids d'un constituant polymère hydroxylé mélangé avec elles. On fabrique la nouvelle structure absorbante en défibrant la pSte de bois non-délignifiée utilisée comme matière de départ et en déposant les fibres dans l'air. La matière de départ est sous la forme d'un panneau, de blocs (morceaux) ou d'une matière en balles, etc., avec lesquels le polymère hydroxylé a été mélangé. Les procédés de production de pate de bois non-délignifiée n'enlèvent pas la lignine des fibres de bois comme le font les procédés chimiques. La présence de la lignine dans ou sur la fibre donne à la fibre de l'élasticité et de la résistance à la compression à l'état mouillés Quant à partir d'une nappe fibreuse on forme une structure absorbante qui doit strie utilisée dans des produits tels que des couches à usage unique pour bébés, des serviettes hygiéniques, etc., il est avantageux de donner à la nappe la capacité de transporter le liquide par un effet de mèche du point d'entrée du liquide à d'autres zones de la structure absorbante. Leneffet de mèche" est le transport du liquide dlun point à un autre dans la structure absorbante. On l'a obtenu antérieurement en densifiant une zone choisie de manière à créer une structure capillaire plus petite entraînant une pression capillaire accrue. Ce concept est examiné plus en détail ci-après. Un procédé pour densifier une zone est décrit par Burgeni dans le brevet des E.U.A. nO 3 017 304, selon lequel une peau "ressemblant à du papier" est formée sur une surface d'une nappe absorbante utilisée dans une couche pour bébés. Un autre procédé pour densifier une zone choisie de fibres est décrit par Repke dans le brevet des E.U.A. n 3 938 522, dans lequel des régions densifiées sont prévues. Dans ces structures absorbantes dans lesquelles une partie de la nappe fibreuse est densifiée de manière à réduire le rayon capillaire entre des fibres adjacentes, avec pour résultat la capacité de transporter par effet de mèche une plus grande quantité de liquide en un temps donné, la zone densifiée ne retient pas autant de liquide, avec comme résultat une réduction de la capacité de retenue du liquide par la structure absorbante. La présente invention améliore la capacité de transport par effet de mèche et l'intégrité, c'est-à-dire la stabilité de la structure absorbante sans cette perte de capacité de retenue du liquide. La structure absorbante selon la présente invention est une nappe fibreuse formée de fibres faiblement tassées de pâte de bois non-délignifiée qui sont maintenues ensemble principalement par des liaisons entre fibres n'exigeant pas d'addition d'adhésif. Pour que la structure absorbante joue son rôle, il faut que la nappe soit notablement mouillable. On a découvert que l'addition d'au moins environ 1 % d'un constituant polymère hydroxylé mélangé avec les fibres de la nappe fibreuse permet un mouillage rapide de la nappe fibreuse. Les fibres utilisées pour former la structure absorbante selon la présente invention peuvent être produites à partir de n'importe lesquels des bois mous, comme le spruce, le sapin baumier, le tsuga de Californie, le sapin de Douglas, le sapin blanc et les divers pins, spécialement des pins du sud des Etats-Unis d'Amérique comme le pin taeda et le pitchpin américain. Par exemple, on forme une pate thermomécanique quand le bois est initialement coupé en copeaux et les copeaux sont soumis à un traitement préalable à la vapeur d'eau dans un récipient mis sous pression. Le traitement préalable à la vapeur d'eau ramollit le bois et permet un défibrage par une technique de raffinage à disques La formation de fibres de psste de bois non-délignifiéeest généralement bien connue dans la technique. Le polymère hydroxylé est de l'amidon, de l'alcool polyvinylique, de la gomme de guar ou un polymère hydroxylé qui est dispersable dans l'eau. L'amidon peut être n'importe quel amidon, comme de l'amidon de céréales, de l'amidon de tubercules, de l'amidon cireux ou un amidon d'une haute teneur en amylose. L'amidon peut être réticulé ou modifié autrement de manière à former un amidon cationique, un amidon anionique ou un amidon non-ionique. On peut utiliser des dérivés tels que des phosphates d'amidon, de l'hydroxyéthyl amidon, de l'acétate d'amidon, etc. De plus, on a trouvé que l'alcool polyvinylique est utilisable, de mEme que la gomme de guar. Le constituant polymère hydroxylé est présent à raison d'au moins environ 1 % en poids, de préférence à raison d'environ 1 à environ 20 % et en particulier à raison d'environ 1 à environ 5 %. Dans un mode d'exécution préféré de la présente invention, le polymère hydroxylé sous la forme d'amidon (dans une proportion d'environ 1 à environ 20 % en poids par rapport aux fibres de pâte thermomécanique) est mis en bouillie dans de l'eau de manière à former une bouillie d'une teneur en ma- tières solides de moins d'environ 30 % en poids. On chauffe ensuite la bouillie à 950C et on "cuit" le constituant amidon pendant environ 20 minutes. Pendant ce temps, des fibres de pâte de bois thermomécanique non-délignifiée provenant de la raffinerie sont mises sous la forme d'une bouillie aqueuse diluée. On combine et on mélange les deux bouillies aqueuses. Le mélange résultant est mis ensuite sous la forme d'un panneau.Après la formation du panneau, on broie le panneau et la structure absorbante est déposée dans l'air sous la forme d'une nappe. La structure absorbante sous la forme d'une nappe peut être stratifiée avec une pellicule imperméable à l'humidité, comme couche dorsale d'un côté, et un revêtement perméable à l'humidité de l'autre côté, de manière à former une couche pour bébés. Ou encore, la nappe peut être roulée dans une enveloppe appropriée de manière à produire une serviette hygiénique ou elle peut être traitée de diverses manières de façon à être incorporée dans des tampons, des tampons internes, des compresses et d'autres produits absorbants. Dans le cas où la structure absorbante doit être utilisée dans une couche à usage unique pour bébés, il est particulièrement avantageux de traiter la nappe absorbante de manière à lui donner des caractéristiques de mèche. Quand un nourrisson évacue des excréments dans la structure de la couche, la totalité de l'urine entre dans la couche dans une zone limitée. Ainsi, il est très souhaitable de donner à la structure absorbante des caractéristiques de mèche ou une certaine capacité de transport de manière que l'urine s'éloigne rapidement par capillarité du point d'entrée. Comme mentionné ci-dessus, il existe deux systèmes bien connus pour donner aux structures absorbantes des caractéristiques efficaces de mèche. La peau de Burgeni (ou de peau ressemblant à du papier) formée en général sur le côté de la nappe adjacent au dos de la couche sert à attirer l'urine à partir du point d'entrée vers le dos de la couche, l'éloignant du nourrisson. Des régions densifiées réalisées en général sous la forme de lignes longitudinales sur la nappe absorbante aident à transporter le liquide vers les extrémités de la nappe absorbante. Des fibres de patte de bois non-délignifiée déposées dans l'air sous la forme d'une nappe ne sont pas facilement densifiées et une peau de Burgeni ne peut pas non plus être formée efficacement. Toutefois, d'une manière surprenante, une nappe absorbante formée selon la présente invention accepte facilement des régions densifiées et, si on le désire, une peau de Burgeni. En d'autres termes, l'incorporation du polymère hydroxylé dans la structure à nappe absorbante augmente beaucoup la capacité de la structure fibreuse de recevoir des régions densifiées. De plus, une peau ressemblant à du papier (Burgeni) est formée facilement par des techniques classiques. Les régions densifiées ou la peau de Burgeni ou une combinaison des deux améliorent beaucoup l'intégrité de la nappe absorbante.Jusqu'à présent, il n'avait pas été possible d'améliorer à la fois les caractéristiques de mèche et l'intégrité d'une nappe absorbante constituée de fibres de patte de bois non-délignifiée. Actuellement, on pense que dans le cas de régions densifiées et d'une peau de Burgeni appliquées à une nappe absorbante de pSte chimique, la présence d'humidité cause un affaissement des fibres créant ainsi la région densifiée. Dans le cas d'une nappe absorbante formée de fibres de pâte de bois non-délignifiée, les fibres ne s'affaissent pas en présence d'humidité. L'addition du polymère hydroxylé, pour quelque raison, permet une densification des fibres de la nappe en présence de pression et/ou d'humidité. Un autre mode de réalisation de la présente invention concerne une structure absorbante comprenant des fibres de pâte de bois non-délignifiée en combinaison avec jusqu'à environ 50 ffi en poids de fibres de pâte de bois traitée chimiquement, de linters, de leurs mélanges ou de mélanges contenant de petites quantités de rayonne, etc. Ces structures absorbantes contenant des fibres autres que des fibres de pâte de bois nondélignifiée peuvent être formées en prémélangeant les fibres, en formant une matière de départ, en la broyant et en formant la nappe déposée dans l'air, ou la structure absorbante peut être formée d'une couche de fibres de pâte de bois non-délignifiée en association étroite ou stratifiée avec une autre couche de fibres de pâte de bois traitée chimiquement ou l'é- quivalent. L'exemple suivant illustre un mode de mise en oeuvre préféré du procédé pour former une structure absorbante selon la présente invention. Exemple On trempe dans l'eau 70 grammes de fibres de pâte de bois thermomécanique non-délignifiée et on les met sous la forme d'un panneau de 30,5 cm x 30,5 cm dans un appareil de formation de feuilles. On utilise cet échantillon comme échantillon témoin. On trempe encore 70 grammes de la pâte dans l'eau. On prépare une bouillie de 500 cm3 contenant 7 grammes d'un amidon légèrement modifié par un acide. Le mélange d'amidon est cuit à 950C pendant vingt minutes et ajouté à la bouillie de pSte thermomécanique et mélangé. Le mélange est mis sous la forme d'un panneau des mimes dimensions et du mme type que le panneau témoin. Le panneau témoin pèse 66,2 grammes et le panneau contenant l'amidon pèse 70,1 grammes. On broie les panneaux dans un broyeur à marteaux et on dépose les fibres dans l'air de manière à former une nappe fibreuse. On divise la nappe en échantillons que l'on soumet à des essais concernant les ea ractéristiques de mèche, la résistance à la traction, les lignes de gaufrage, etc., comme décrit ciaprès. Un essai pour déterminer les caractéristiques de mèche d'une nappe fibreuse supportée dans une position verticale est le suivant. L'appareil d'essai est constitué de deux plaques parallèles en matière plastique transparente mesurant 12,7 cm x 27,9 cm. On règle l'espace libre entre les plaques au moyen de vis de réglage de maniè- re à régler l'épaisseur de la nappe afin d'obtenir la densité désirée. On place des bandes de nappe fibreuse mesurant 7,6 cm x 20,3 cm (les nappes pesant généralement 271 g/m2) entre les plaques avec le bord inféç rieur de la bande de nappe au même niveau que le bord inférieur des plaques. On règle l'espace libre entre les plaques de manière à obtenir la densité à sec désirée. On suspend ensuite l'appareil dans une position verticale. On place une grande boîte de Pétri, contenant une solution saline à 1,59 %, sur un support réglable et on la fait monter pour contact avec la surface inférieure de la bande de nappe.Après un laps de temps spécifié, on détermine la distance mouillée par le liquide et le poids de la solution absorbée par la nappe. Les résultats des essais sont présentés dans le Tableau 1 ci-dessous. Tableau 1 Masse Distance Liquide absorbé Echantillon Poids volumique mouillée Quantité g g/cm3 en 8 min totale g liquide cm en g échantillon grammes Témoin A 5,48 0,1 11,4 20,1 3,7 B 4,72 0,1 10,8 16,8 3,6 C 5,25 0,1 12,7 18,3 3,5 D 5,16 0,1 12,1 19,6 3,8 Avec amidon E 3,83 0,1 11,4 16,0 4,2 F 4,70 0,1 11,4 20,7 4,4 G 4,75 0,1 12,7 19,1 4,0 H 5,18 0,1 11,4 22,4 4,3 Quand on compare les échantillons témoin aux échantillons contenant de l'amidon, on note que la distance mouillée par le liquide en 8 minutes est à peu près la même. Toutefois, la quantité de liquide absorbée par les échantillons contenant l'amidon est supérieure d'au moins 13 % dans chaque cas comme montré dans la dernière colonne du tableau ci-dessus. On place des lignes de gaufrage sur les panneaux. Chaque ligne a 3,2 mm de largeur et est appliquée par une machine à gaufrer à une pression de 1,4 kg/cm2. La ligne gaufrée est ensuite découpée du panneau et soumise à un essai de résistance à la traction sur un instrument Instron pour lequel la charge maximale est de 100 grammes. Les lignes gaufrées de l'échantillon témoin présentent une résistance à la traction de 38,6 grammes tandis que les lignes de 1'échantillon avec amidon ont une résistance à la traction de 60,2 grammes. On voit facilement d'après les résultats ci-dessus que l'amidon augmente d'au moins 10 % la quantité de liquide absorbée. Ainsi cette quantité supplémentaire de liquide est absorbée dans le même laps de temps. De plus, l'intégrité de la structure fibreuse est améliorée de plus de 50 %. il est évident que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et qu'on peut y apporter certaines variantes et modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Une structure absorbante comprenant une nappe fibreuse de fibres de pâte de bois nondélignifiée et au moins environ I % en poids d'un constituant polymère hydroxylé mélangé avec elle. 2. Une structure absorbante selon la revendication 1, caractérisée en ce que le constituant polymère hydroxylé est présent à raison d'environ 1 à environ 20 % en poids. 3. Une structure absorbante selon la revendication 2, caractérisée en ce que le constituant polymère hydroxylé est présent à raison d'environ 1 à environ 5 % en poids. 4. Une structure absorbante selon la revendication 1, caractérisée en ce que le constituant polymère hydroxylé est de l'amidon, de l'amidon modifié, un dérivé d'amidon, de l'alcool polyvinylique ou de la gomme de guar. 5. Une structure absorbante selon la revendication 1, caractérisée en ce que le constituant polymère est mélangé avec les fibres dans une distribution sensiblement uniforme. 6. Une structure absorbante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fibres de pâte de bois non-délignifiée sont des fibres de bois mou. 7. Une structure absorbante selon la revendication 6, caractérisée en ce que les fibres de bois mou sont choisies parmi les fibres de spruce, de sapin baumier, de tsuga de Californie, de sapin de Douglas, de sapin blanc, de pin du sud des Etats-Unis d'Amérique, de pin taeda et de pitchpin américain. 8. Une structure absorbante selon la revendication 1, caractérisée en ce que la nappe fibreuse contient Jusqu'à environ 50 % en poids de fibres de pâte de bois produite chimiquement ou de linters ou d'un mélange de ces matières. 9. Une structure absorbante selon la revendication 1, caractérisée en ce que la nappe fibreuse contient des régions densifiées. 10. Une structure absorbante selon la revendication 1, caractérisée en ce que la nappe fibreuse est placée entre une couche dorsale imperméable à l'humidité et un revêtement perméable à l'humidité de manière à former une couche à usage unique pour bébés. 11. Un procédé pour préparer une strucw ture absorbante, caractérisé en ce qu'on forme une bouillie aqueuse de fibres de pSte de bois non-délignifiée avec au moins environ 1 % en poids, par rapport aux fibres, d'un constituant polymère hydroxylé, on forme une matière de départ à partir de la bouillie, on broie la matière de départ et on dépose dans l'air les fibres résultantes de manière à former une nappe. 12. Un procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le constituant polymère hydroxylé est de l'amidon légèrement modifié par un acide et est présent à raison d'environ 1 56 à environ 5 56 en poids. 13. Un procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on met l'amidon sous la forme d'une bouillie d'environ 30 56 en poids de matières solides, on le cuit pendant environ 20 minutes à environ 950C et ensuite on l'ajoute à la bouillie aqueuse de fibres de pSte de bois non-délignifiée.