Absorbierende, in Wasser dispergierbare Nonwovens und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Nonwovens, die ohne Bindemittel- oder Verschmelzungsbindungen Trockenfestigkeit und Zusammenhalt aufweisen und 10-100 Gew.-% wasserempfindliche Fasern enthalten, und deren Festigkeit und Dauerhaftigkeit beispielsweise auf der gegenseitigen Verfilzung der Fasern beruht.
Nonwovens, deren Festigkeit auf Faserverfilzung beruht, sind aus der belgischen Patentschrift 673 199 bekannt und die Erfindung betrifft eine Verbesserung der in dieser Patentschrift beschriebenen Nonwovens, derzufolge die Nonwovens ihre Festigkeit auch in Gegenwart von Urin und Körperflüssigkeiten behalten und sich in Wasser dispergieren lassen. Solche Materialien lassen sich nach der Benutzung fortspülen.
Die Erfindung stellt preiswerte. weiche, absorbierende Materialien zur Verfügung, die sich leicht in Abwassersystemen beseitigen lassen, indem sie z.B. im Toilettenbecken heruntergespült werden können. Sie eignen sich gut für hygienische Verwendungszwecke, beispielsweise als Windeln, Bandagen und Schlüpfer, bei denen ein Absorptionsvermögen für Körperflüssigkeiten und die leichte Beseitigung nach einmaliger Benutzung wünschenswert sind. Ferner wird ein gefälliges Aussehen und ein weicher Griff verlangt. Die Materialien haben ausreichende Festigkeit und Oberflächenbeständigkeit für solche Verwendungszwecke.
Gegenstand der Erfindung sind Nonwovens, in denen die wasserempfindlichen Fasern eine Länge von weniger als 7,6 cm und die wasserunempfindlichen Fasern eine Länge von weniger als 1,3 cm aufweisen, wobei das Nonwoven in Abwesenheit von Bindemittel- oder Schmelzbindungen einen Trockenkohäsionswert (Ch trocken) von mindestens 0,2 und einen Nasskohäsionswert (Ch nass) von weniger als 0,3 aufweist. mit der Massgabe, dass das Verhältnis
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ist.
Vorzugsweise hat das Nonwoven ein Gewicht von 10 bis 170 g/m2 und insbesondere eine Nassreissfestigkeit von weniger als 18 g/cm. Nach einer stark bevorzugten Ausführungsform haben diese Nonwovens eine Bruchdehnung in zwei zueinander senkrechten Richtungen von mindestens 20%, einen Nasskohäsionswert von weniger als 0,15, und sie enthalten mindestens 40 Gew.-% wasserempfindliche Fasern. Nach einer stark bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das Nonwoven eine mittlere Reissfestigkeit in synthetischem Urin von mindestens 9 g/cm, einen Trockenkohäsioílswert von mindestens 0,3, einen Nasskohäsionswert von nicht mehr als 0,15 und ein Verhältnis Ch trscken/Ch nass von mindestens 2. Weiterhin sollen die wasserempfindlichen Fasern vorzugsweise einen Titer zwischen 0,5 und 15 den und eine Länge zwischen 0,6 und 5,1 cm aufweisen.
Die bevorzugten wasserempfindlichen Fasern sind diejenigen Celluloseester- und Celluloseätherfasern, deren AOH-Verbindung (wie weiter unten definiert) in Wasser von 200C zu mindestens 3% löslich ist. Zwei besonders bevorzugte Erzeugnisse bestehen entweder (a) praktisch nur aus wasserempfindlichen Fasern oder (b) aus mehreren Schichten, von denen die Oberflächenschicht zu mindestens 80 Gew.-% aus wassemnempfindlichen Fasern und die Mittelschicht zu mindestens 70 Gew.-% aus wasserempfindlichen Fasern besteht, während das Gesamterzeugnis zu 30 - 90 Gew.- ,gO aus wasserempfindlichen Cellulosefasern besteht.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der beschriebenen Nonwovens, wobei man ein neben höchstens 1,3 cm langen, wasserunempfindlichen Fasern mindestens 10% wasserempfindliche oder wasserempfindlich machbare Fasern von weniger als 7,6 cm Länge enthaltendes, auf einem mit Öffnungen versehenen Träger angeordnetes Faservlies mittels feiner säulenförmiger Strahlen einer gegen über den Fasern inerten Flüssigkeit, die man mit einem Energiestrom von mindestens 9100 Joule/cm2 min auf das Faservlies aufprallen lässt, hydraulisch verfilzt, mit der Massgabe, dass bei Verwendung von wasserempfindlichen Fasern im Ausgangsvlies das durch den Y Wert.
der durch die Formel
Flüssigkeitsmenge (kg/min) X Flüssigkeitsgeschwindigkeit (m/min)
Gewicht des behandelten Faservlieses (kg/min) berechnet wird, bestimmte Ausmass der Behandlung zwischen 9 X 10 und 7,6 X 106 liegt und eine auf die Fasern entquellend wirkende Flüssigkeit verwendet wird, wobei man bei Verwendung von wasserempfindlich machbaren Fasern im Ausgangsvlies deren Überführung in wasserempfindliche Fasern nach der hydraulischen Verfilzung vornimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden im Ausgangsvlies wasserempfindlich machbare Fasern verwendet, und deren Überführung in wasserempfindliche Fasern erfolgt, indem das hydraulisch verfilzte Nonwoven mit 100- 300 Gew.-%, berechnet auf das Trockengewicht dieser Fasern, einer 17 - 30%igen Lösung eines Monoamids einer zweibasischen Säure behandelt und danach auf 165 - 2100C erhitzt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden im Ausgangsvlies wasserempfindlich machbare Fasern verwendet und deren Überführung in wasserempfindliche Fasern erfolgt, indem das hydraulisch verfilzte Nonwoven mit 60- 160 Gew.-%, berechnet auf das Trockengewicht dieser Fasern, Phosphorsäure und Harnstoff im Gewichtsverhältnis 1: 3 bis 1: 2 behandelt und danach auf 125 - 210 C erhitzt wird.
Der Kohäsionswert (Ch) ist ein Mass für den Grad, in welchem das Nonwoven durch aneinander Entlanggleiten der Fasern (im Gegensatz zum Faserbruch) auseinanderfällt, wenn ein langer Streifen desselben auseinandergezogen wird; diese Grösse ist daher ein Mass für die gegenseitige Reibung der Fasern, welcher das Non vioven seine Festigkeit verdankt.
Als Nonwoven wird hier ein Erzeugnis mit einem Fall, bestimmt durch eine Biegelänge von weniger als 3,0 cm in zwei zueinander senkrechten Richtungen, und einer Bruchdehnung von mindestens 9% in mindestens einer Richtung bezeichnet.
Wasserempfindliche Fasern sind solche, die einen Nasskoeffizienten der gleitenden Reibung von weniger als 0,90 (vorzugsweise von weniger als 0,70) aufweisen, der an einem Nonwoven bestimmt wird, das im wesentlichen aus salzfreien Fasern besteht, die ausserdem in synthetischem Urin unlöslich sein müssen.
Die Fasern können homogen sein, d.h. über ihren ganzen Querschnitt hinweg eine gleichmässige chemische Zusammensetzung aufweisen, oder sie können heterogen sein, indem sie einen anhaftenden Überzug oder Mantel aus einem wasserempfindlichen Stoff aufweisen.
Synthetischer Urin ist eine Salzlösung, die 10 g Kochsalz, 24 g Harnstoff, 0,6 g Magnesiumsulfat und 0,7 g Galciumacetatmonohydrat je Liter Lösung in destilliertem Wasser enthält.
Ein Nasskohäsionswert von weniger als etwa 0,30 ist kennzeichnend für miteinander verfilzte Fasern, die in Wasser bei der Einwirkung der verhältnismässig milden Kräfte der turbulenten Strömung in einem Toilettenbecken in kleine Stücke zerfallen.
Die bevorzugten Erzeugnisse gemäss der Erfindung haben Nasskohäsionswerte von weniger als etwa 0.15.
Diese Art von Erzeugnissen lässt sich in Form verhältnismässig grosser Stücke (z.B. 33 cm X 43 cm) bei verminderter Wasserturbulenz fortspülen, ohne dass sie vor dem Fortspülen in Wasser eingetaucht zu werden brauchen.
Einige im Rahmen der Erfindung verwendbare wasserempfindliche Fasern sind bekannt.
Ein leichter und bekannter Weg zur Herstellung solcher Fasern ist die Modifizierung von Cellulose. Geeignete chemische Reaktionen, an denen Cellulosederivate mit der Hydroxylgruppe beteiligt sind, sind in dem Werk Cellulose , Band II, von Ott und Spurlin, Seite 673-1026 (Verlag Interscience Publishers, Inc., New York, 1954) beschrieben, worin auch wasserlösliche Derivate angegeben sind. Auch Oxycellulose ist im Sinne der Erfindung verwendbar. Weitere Produkte sind in der Arbeit A Survey of Soluble Chemically Modified Cotton Fieber von R. Reinhardt und Mitarbeitern in Textile Research Journal , Band 27 (1957), Seite 59-65, beschrieben.
Die chemische Modifizierung von Cellulose und anderen Polymeren ist im einzelnen in dem Werk eChemical Reactions of Polymers von E.M. Fettes (Verlag Interscience Publishers, New York, 1964) erläutert.
Die Umsetzungen zur Umwandlung von Cellulose in wasserempfindliche Derivate, wie die Veresterung und Verätherung, können auch auf andere, nicht-celluloseartige Polymere angewandt werden, die reaktionsfähige Hydroxylgruppen in der Kette enthalten.
Wasserempfindliche Fasern lassen sich auch leicht durch Hydrolyse von Fasern aus Polyvinylacetat (wobei Polyvinylalkoholfasern entstehen) oder Copolymeren aus Vinylacetat mit Monomeren, wie Äthylen, Vinylchlorid oder Methacrylsäuremethylester, herstellen.
Vorzugsweise sind die wasserempfindlichen Fasern chemisch modifizierte Cellulosefasern, die an ihrer Oberfläche einen Substitutionsgrad im Bereich von etwa 0.1 bis 1,5, entsprechend der Formel
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aufweisen, in der R hauptsächlich eine von aliphatischen ungesättigten Bindungen freie Kohlenwasserstoffgruppe bedeutet, die nicht-störende hydrophobe Substituenten, Äthersauerstoffbindungen oder Estersauerstoffbindungen in der Kette enthalten kann, während B einen hydrophilen Substituenten und Y ein Wasserstoffatom, eine Säuregruppe, bei der ein ionisierbares Wasserstoffatom an ein Sauerstoffatom gebunden ist, oder ein Salz eines einwertigen Kations einer solchen Säure bedeutet, wobei die obige allgemeine Formel den folgenden Bedingungen entsprechen muss:
Wenn Y ein Wasserstoffatom bedeutet und t den Wert 0 hat hat R weniger als 5 Kohlenstoffatome; wenn Y ein Wasserstoffatom bedeutet und t den Wert 1 hat, hat R weniger als 8 Kohlenstoffatome; wenn Y ein Salz bedeutet und t den Wert 0 hat, hat R weniger als 19 Kohlenstoffatome, wenn aber Y eine Säure bedeutet und t den Wert 0 hat, hat R weniger als 10 Kohlenstoffatome; q, r und s haben den Wert 0 oder 1, wenn aber r = 1 ist, sind q und s ebenfalls = 1; t hat den Wert 0 oder bedeutet eine ganze Zahl bis zur Anzahl der in dem Rest R ersetzbaren Wasserstoffatome, und u hat den Wert 1 oder 2.
Geeignete hydrophile Gruppen für die Cellulose äther- oder Celluloseesterderivate sind z.B. Sulfamyl-, Sulfonamid-, Phosphoramid-, Phosphonamid-, Hydroxyl-, Carbamyl-, Amino-, niedere Alkylaminogruppen (wobei die Gruppen niedrigeren Molekulargewichts Molekulargewichte von weniger als etwa 80 aufweisen).
Diese Gruppen erhöhen auch die Wasserlöslichkeit von Kohlenwasserstoffen, wenn sie als Substituenten für ein Wasserstoffatom verwendet werden.
Geeignete Säuregruppen für die Celluloseäther und -ester sind diejenigen Gruppen, bei denen der Sauerstoff unmittelbar an Kohlenstoff, Schwefel oder Phosphor gebunden ist (mit Molekulargewichten von weniger als etwa 100). Diese sauren Gruppen haben eine Ionisationskonstante für das erste Wasserstoffatom von weniger als 1 X 10-5.
Die hydrophoben oder nicht-störenden Substituenten sind diejenigen Gruppen, die kaum einen Einfluss auf die Wasserempfindlichkeit der Celluloseverbindung haben, wie Halogenatome, Nitril- und Nitrogruppen, und die infolge der zur Herstellung der Verbindung angewandten Synthesemethode in beschränktem Ausmasse in dem Cellulosederivat enthalten sein können.
Geeignete Celluloseäther sind z.B. die niederen Alkyläther, wie der Methyl-, Äthyl-, Propyläther, und substituierte Äther, wie Cyanäthyl-, Cyanmethyl-, Hydroxy äthyl-, Acrylamido-, Aminoäthyl-, Dimethylaminoäthyl-, Äthylaminoäthyl-, Dinitromethyläther und Poly-(äthy lenoxyd)-Verbindungen. Bevorzugte Celluloseäther, die Säuregruppen enthalten, sind der Carboxymethyl-, Carboxyäthyl-, Sulfoxyäthyl-, Sulfoxybutyl-, Sulfatoäthyl-, Phosphorpropyl-, Phosphatoäthyl-, Malonsäure-, Carboxybenzyl- und Sulfoxybenzyläther.
Geeignete Celluloseester sind die niederen Alkylester, wie die Ester der Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure, und substituierte Ester, wie das Hydroxyacetat, Hydroxybutyrat, x-Hydroxydimethylpropionat, Äthylcarbonat.
Bevorzugte Celluloseester, die eine Säuregruppe enthalten, sind Cellulosephosphat, Cellulosesulfat, Cellulose
Die obigen ester- und ätherbildenden Gruppen können die verschiedensten anderen Substituenten aufweisen.
Die höchste Wasserempfindlichkeit wird bei einem gegebenen Substitutionsgrad und einer gegebenen Verbindung bei Fasern beobachtet, die durch Extrusion einer Lösung des betreffenden Cellulosederivates hergestellt sind. Z.B. eignen sich im Sinne der Erfindung derart extrudierte Fasern aus Cyanäthylcellulose mit einem Substitutionsgrad von 0,15 bis 0,80, aus Hydroxyäthylcellulose mit einem Substitutionsgrad von 0,1 bis 0,9, aus Natriumcarboxymethylcellulose mit einem Substitutionsgrad von 0,1 bis 0,3 und aus Natriumcarboxy äthylcellulose mit einem Substitutionsgrad von 0,1 bis 0,3. Die Herstellung dieser Fasern ist an sich bekannt.
Cyanmethyiierte Fasern sind z.B. in der französischen Patentschrift 1 346262 beschrieben.
Geeignete Fasern, die durch chemisches Modifizieren von Cellulosefasern hergestellt werden, sind z.B.
Natriumcarboxymethylcellulose mit einem Substitutionsgrad von 0,2 bis 0,4, Natriumcellulosesulfat mit einem Substitutionsgrad von 0,2 bis 0,4, Mononatriumcellulosephosphat mit einem Substitutionsgrad von 0,2 bis 0,4 und Natriumcellulosehemisuccinat mit einem Substitutionsgrad von 0,2 bis 0,4. Bei Fasern dieser Art sind im allgemeinen höhere Substitutionsgrade erforderlich als bei extrudierten Fasern, um einen gegebenen Grad von Wasserempfindlichkeit zu erzielen. Die für die obigen Natriumsalze angegebenen Substitutionsgradbereiche gelten für vollständig neutralisierte Derivate. Teilweise neutralisierte oder teilweise vernetzte (z.B. durch mehrwertige Kationen vernetzte) Derivate mit höherem Substitutionsgrad können ebenfalls zu der gewünschten Wasserempfindlichkeit führen.
Eine Möglichkeit, geeignete Celluloseester und -äther der allgemeinen Formel Cellulose-O-A zu definieren, besteht darin, die Verbindung der Formel A-OH herzustellen und ihre Löslichkeit zu untersuchen. Wenn die Verbindung A-OH in Wasser von 200C eine Löslichkeit von mindestens 3% aufweist. eignet sie sich zur Verwendung als wasserempfindliche Faser.
A kann ein organisches oder anorganisches Molekül oder ein kombiniert organisches und anorganisches Molekül sein: Celluloseäther A-OH Löslichkeit n-Butyl n-Butylalkohol 7,9 Cyanäthyl Cyanäthylalkohol Aminobutyl 2-Aminobutanol-(1) oo Carboxypropyl a-Hydroxybuttersäure > 20 Celluloseester Cellulosepropionat Propionsäure Cellulosehemisuccinat Bernsteinsäure 6,8 Cellulosephosphat Phosphorsäure Cellulosesulfat Schwefelsäure OO Kaliumsalz von Saures Kaliumphthalat 10 Cellulosehemiphthalat sulfit, Cellulosephosphit, Celluloseborat, Cellulosehemioxalat, Cellulosehemimalonat, Cellulosehemisuccinat, Cellulosehemiglutarat und Cellulosehemiphthalat.
Vorzugsweise enthält die Gruppe A)y eine saure Gruppe oder besteht vollständig aus einer sauren Gruppe in Form der freien Säure oder teilweise oder voll ständig in Form eines Alkali- oder Ammoniumsalzes.
Zu solchen Gruppen gehören die Gruppen -COOH, -PO(0lI)2, -OP(OH)2, -OSQOH, -SO2OH, die an ein Kohlenstoffatom gebundene Gruppe -OB(OH)2, oder Gruppen, wie die Gruppen -PO(OH)2, P(OH)2 und -SO2OH, aus denen die Gruppe A vollständig bestehen kann, und die durch ein Sauerstoffatom an die Cellulose gebunden sind.
Ein anderer Weg, auf dem man zu wasserempfindlichen Fasern gelangen kann, ist die Hydrolyse von Polymeren mit Ester-, Amid- oder Nitrilseitengruppen zu Carboxylgruppen oder Amiden.
Für diesen Zweck eignen sich Polymere und Copolymere von Acrylsäurenitril, Acrylsäurealkylestern, Methacrylsäurealkylestern, Acrylsäureamiden und Vinylphosphonat. Die gleichen Arten von Polymeren können auch hergestellt werden, indem man saure Monomere, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäureanhydrid, Styrolsulfonsäure oder Vinylsulfonsäure, mit anderen Monomeren, wie Acrylsäurenitril, Styrol, Vinylchlorid oder Vinylidenchlorid, der Copolymerisation unterwirft.
Diese Monomerkombinaüonen und Polymerisationsverfahren sind an sich bekannt.
Nach einer anderen Methode geht man von bekannten wasserlöslichen Fasern aus und vernetzt sie durch lonenbindungen (z.B. durch Calciumionen oder ein saures Polymer) oder durch kovalente Bindungen mit bifunktionellen Reaktionsteilnehmern (Diaminen, Glykolen und dergleichen) oder durch Einwirkung energiereicher Strahlung (z.B. einer 2 MEV-Strahlung eines Elektronenbeschleunigers nach Vandegraaff). Die Wasserlöslichkeit dieser Fasern kann auch herabgesetzt werden, indem man die molekulare Orientierung erhöht, z.B. durch weiteres Verstrecken. Solche Fasern bestehen aus Polyvinylalkohol und dergleichen.
Eine andere Methode zur Herstellung wasserempfindlicher Fasern ist die Bindung saurer Verbindungen an die Fasern durch Bestrahlung gemäss der USA-Patentschrift 2 999 056.
Viele Polykondensationsprodukte sind bekanntlich wasserlöslich, und auch diese können im Rahmen der Erfindung verwendet werden, wenn sie den sonstigen Anforderungen genügen.
Diese Polykondensationsprodukte können vernetzt werden, um einerseits ihre Wasserlöslichkeit zu verringen und ihnen andererseits noch eine ausreichende Wasserempfindlichkeit zu erhalten, oder die Polykondensationsprodukte können in Form von Mischpolykondensationsprodukten mit Monomeren, wie Hexamethylen- diamin und Adipinsäure, hergestellt werden, wobei man unmittelbar wasserempfindliche Polykondensationsprodukte erhält.
Typische wasserunempfindliche Fasern sind die handelsüblichen Textilfasern, wie Cellulosekunstseide, Baumwolle, Polyamidfasern, Polyacrylfasern oder Polyesterfasern. Am vorteilhaftesten sind Fasern mit Titern von 1 bis 5 den; es können jedoch auch dünnere Fasern, wie zur Papierherstellung geeignete Fasern oder Baumwollinters, verwendet werden. Vorzugsweise sind die Fasern biologisch abbaubar, da die Erzeugnisse dazu bestimmt sind, in Abwasserkanälen dispergiert zu werden. Cellulosefasern, wie Baumwolle, oder Viskosekunstseide, sind besonders wertvoll.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer zur Herstellung der Nonwovens gemäss der Erfindung verwendbaren Vorrichtung.
Fig. 2 ist eine schematische isometrische Ansicht einer beispielsweisen Vorrichtung für die kontinuierliche Schnellfertigung der erfindungsgemässen Nonwovens.
Fig. 3 ist eine mikrophotographische Aufnahme bei lOfacher Vergrösserung von einem typischen Teil eines nach Beispiel 1 hergestellten Nonwovens und zeigt dessen Oberfläche in direkter Beleuchtung.
Fig. 4 ist eine mikrophotographische Aufnahme bei 1 Ofacher Vergrösserung, die der Fig. 3 entspricht, aber die Unterfläche des Nonwovens zeigt, die bei der Herstellung dem Drahtnetzträger benachbart ist.
Fig. 5 ist eine mikrophotographische Aufnahme bei lOfacher Vergrösserung und zeigt einen typischen Teil eines gemusterten Nonwovens aus miteinander verfilzten Fasern, und zwar dessen Oberseite bei direkter Beleuchtung.
Fig. 6 ist eine mikrophotographische Aufnahme bei 10faches Vergrösserung, die der Fig. 5 entspricht und die Unterseite des Nonwovens zeigt.
Fig. 3 bis 6 erläutern erfindungsgemässe Erzeugnisse, bei denen die Fasern an Ort und Stelle durch regellose Verfilzung in einem wiederkehrenden Muster von geordneten Fasergruppen festgehalten werden, die in parallelen Reihen angeordnet sind, welche ihrerseits durch Fasern miteinander verbunden sind, die sich zwischen benachbarten Reihen erstrecken. Auf diese Weise kommt ein zusammenhaftendes Gebilde zustande. Man kann die verschiedensten Muster herstellen, wie es in der belgischen Patentschrift 673 199 beschrieben ist. Das Erzeugnis gemäss Fig. 3 und 4 wird auf einem gewebten Drahtnetz mit Leinwandbindung (24 X 24 Maschen je 2,54 cm) hergestellt.
Das Erzeugnis hat geordnete Fasergruppen. die in regelmässigen parallelen Reihen angeordnet sind, welche sich in den beiden Hauptrichtungen des Nonwovens erstrecken und durch regellos miteinander verfilzte Fasern untereinander zu einem Netz verbunden sind, das ein geordnetes geometrisches Muster von öffnungen aufweist. In Fig. 4 sieht man Fasergruppen, die rippenartige Vorsprünge auf der Oberfläche des Nonwovens bilden. Bei dieser Ausführungsform verlaufen die geordneten Fasergruppen jeweils zwischen benachbarten parallelen Drähten des Drahtnetzes.
Das in Fig. 5 und 6 dargestellte Erzeugnis wird auf einem Gitter von 1,02 mm dicken parallelen Stäben hergestellt, von denen zwölf auf einen Abstand von 2,54 cm entfallen. Das wiederkehrende Muster dieses Erzeugnisses kennzeichnet sich durch Gruppen von verfilzten Fasern, die ein regelmässiges Muster von rippenartigen Vorsprüngen bilden, welche durch vertiefte Rillen voneinander getrennt sind, die parallel zu geraden Linien verlaufen, wobei die rippenbildenden Gruppen miteinander durch Reihen von im allgemeinen parallel liegenden Fasern verbunden sind, die unter den die Rippen voneinander trennenden Rillen Brücken bilden und in benachbarten Gruppen miteinander verfilzt sind.
Ein etwas ähnliches Produkt kann auf einem rechteckigen Drahtnetz hergestellt werden, das 5 bis 12 dicke Drähte je 2,54cm in einer Richtung und etwa 3- bis 5mal soviel dünnere Drähte je 2,54 cm in der anderen Drahtnetzrichtung aufweist.
Es lassen sich auch geeignete Erzeugnisse herstellen, die kein wiederkehrendes Muster von geordneten Fasergruppen oder Öffnungen aufweisen und z.B. filzähnlich sein können. Solche Erzeugnisse können auf feinmaschi gen Drahtnetzen mit 205 oder mehr Maschen je cm hergestellt werden.
Die erfindungsgemässen Nonwovens können hergestellt werden, indem man Bahnen, die wasserempfindliche Fasern enthalten, mit praktisch säulenförmigen Flüssigkeitsstrahlen (d.h. Flüssigkeitsstrahlen mit einer Gesamtdivergenz von nicht mehr als 50) behandelt.
Der Energiestrom des Strahles (EF) kann nach der Gleichung
98 PG/A Joule/cm2 - min berechnet werden, in der P den Druck in kg/cm2, mit dem die Flüssigkeit ausgespritzt wird, G das mittlere Strömungsvolumen eines Flüssigkeitsstrahls in 1/ min und A die Querschnittsfläche eines Strahls in cm2 an einer Stelle unmittelbar vor dem Auftreffen auf das Faservlies bedeutet. Diese Fläche lässt sich, wenn das Faservlies entfernt wird, durch photographische Aufnahmen des Flüssigkeitsstrahls, oder sonst durch Mikrometersonden bestimmen. Geeignete Strahlen erhält man.
indem man eine geeignete Flüssigkeit unter hohem Druck unter solchen Bedingungen durch enge Öf±nungen hindurchtreibt, dass die austretenden Strahlen mindestens bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sie das Faservlies treffen, praktisch säulenförmig bleiben. Die Intensität der Strahlen genügt, um die Fasern an Ort und Stelle fest miteinander zu verfilzen.
Um Nonwovens gemäss der Erfindung zu erhalten, ist eine kritische Steuerung des Ausmasses der Behandlung erforderlich, wobei die Energiezufuhr durch die Flüssigkeitsstrahlen, die Geschwindigkeit, mit der das Faservlies unter den Flüssigkeitsstrahlen vorrückt, und das Gewicht des Faservlieses in Rechnung zu stellen sind. Das erforderliche Ausmass der Behandlung wird durch den Wert Y bestimmt, der gleich dem Produkt aus dem Gewicht der Flüssigkeit in kg/min und der Geschwindigkeit der Flüssigkeit in m/min, dividiert durch das Gewicht des behandelten Faserstoffs in kg/ min, ist. Wenn das Faservlies mehrmals behandelt wird, ist der Wert Y die Summe der für jede einzelne Behandlung berechneten Werte. Die Gewichtsmengen der verwendeten Flüssigkeit und des Fasermaterials werden dabei für eine bestimmte Zeitspanne bestimmt.
Dann wird die Flüssigkeitsgeschwindigkeit berechnet, indem man die kg Flüssigkeit je Minute durch die Dichte der Flüssigkeit in kg/m3 und durch die Gesamtfläche der Aus trittsöffnung bzw. Austrittsöffnungen in m dividiert.
In den Strahlen muss eine entquellend wirkende Flüssigkeit enthalten sein, um das Quellen der wasserempfindlichen Fasern, das zur Schädigung führen könnte, bei der Behandlung zu vermeiden. Hierfür eignen sich verschiedene wässrige Salzlösungen, wie 17- bis 20%ige Natriumsulfatlösung, 20- bis 30%ige Ammoniumsulfatlösung oder 30%ige Natriumcitratlösung. Auch nicht wässrige Flüssigkeiten können verwendet werden.
Nonwovens gemäss der Erfindung können auch aus einem Vlies aus wasserunempfindlichen Fasern hergestellt werden, indem diese miteinander verfilzt und dann einige oder sämtliche Fasern dieses Vlieses chemisch so modifiziert werden, dass sie wasserempfindlich werden.
Zu diesem Zweck geeignete Umsetzungen sind die Umsetzung mit Chloressigsäure und Alkali zu Carboxymethylcellulose, die Umsetzung mit Alkali und Äthylenoxid zu Hydroxyäthylcellulose, die Umsetzung mit Alkali und Acrylsäureamid oder Acrylsäurenitrii zu Carboxyäthylcellulose, die Umsetzung mit Phosphorsäure und Harnstoff zu saurem Cellulosephosphat, die Umsetzung mit Succinamidsäure zu Cellulosehemisuccinat, die Umsetzung mit Harnstoff und Schwefelsäure (oder Sulfaminsäure) zu Cellulosesulfat und dergleichen. Solche Reaktionen lassen sich gut mit regenerierter Cellulose, wie Viskosekunstseide, durchführen; bei Baumwolle kann es erforderlich sein, diese zunächst abzubauen, zu mercerisieren oder schärfere Reaktionsbedingungen anzuwenden.
Andere Reaktionen eignen sich zur Herstellung von wasserempfindlichen Fasern aus Nichtcellulosefasern, wie z.B. die Hydrolyse von Polyvinylacetatfasem zu Polyvinylalkohol, die Hydrolyse von vernetzten Polyvinylalkoholfasern, die Hydrolyse von Polyacrylfasern, die Anwendung der oben für Viskosekunstseide beschriebenen Umsetzungen auf Nichtcellulosefasern, die Hydroxylgruppen aufweisen, wie Copolymere, die Vinylalkoholeinheiten enthalten, und dergleichen.
Das so modifizierte Faservlies wird dann gewöhnlich einer Behandlung zwecks Entfernung der Reaktionsteilnehmer und Nebenprodukte unterzogen. Bei der Wahl der jeweiligen Behandlung muss die Wasserempfindlichkeit der modifizierten Fasern in Betracht gezogen werden. Wenn die Wasserempfindlichkeit der modifizierten Fasern auf eine nicht-ionogene chemische Gruppe, wie die Cyanäthylgruppe, die Hydroxylgruppe usw., zurückzuführen ist, kann die Behandlung mit einer organischen Flüssigkeit, wie Alkohol oder Aceton erfolgen; vorzugsweise wird sie aber mit einer ziemlich konzentrierten Lösung eines neutralen Salzes vorgenommen.
Wenn die Wasserempfindlichkeit der modifizierten Fasern auf eine ionisierte chemische Gruppe, wie eine schwache Säure, zurückzuführen ist, kann man sich einer anderen Reinigungsbehandlung bedienen. Wenn die Faser sich in der Säureform befindet, wie bei der Säureform von Carboxymethylcellulose, ist sie gegen Wasser inert. Bei einigen mit Säuren durchgeführten Umsetzun gen erhält man die Fasern in der freien Säureform, und solche Fasern können mit Wasser gewaschen werden.
Andere Umsetzungen, die z.B. mit Alkalilauge durchgeführt werden, liefern das Salz der Säure, und die Fasern können mit einer starken Säure, wie Schwefelsäure.
behandelt und dann mit Wasser gewaschen werden. Die gereinigten Säureformen der Fasern werden dann durch Neutralisieren mit einem milden Alkali, vorzugsweise mit einer gepufferten Lösung in Gegenwart einer verhältnismässig konzentrierten Salzlösung, oder in einem nicht-wässriben Medium, in die Salzform übergeführt.
Das modifizierte Nonwoven kann mit einer gepufferten Lösung vom richtigen pH-Wert und konzentrierter Salzlösung gewaschen werden, um die gewünschte Salzform zu erhalten.
Die bevorzugten Verfahren sind die folgenden: (a) Die Behandlung von Faservliesen aus regenerier- ter Cellulose mit einer wässrigen Lösung, die etwa 5 bis 30 Gew.-% (vorzugsweise 8 bis 20 Gew.-%) Natriumchloracetat und etwa 2 bis 10 Gew.-% (vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-%) Alkalihydroxid enthält, bis zu einer Aufnahme von etwa 2 bis 4 Gew.-% und nachfolgendes Trocknen des Faservlieses bei etwa 100 bis 1800C für einen Zeitraum von etwa 0,1 bis 5 Minuten. Hierbei erhält man gewöhnlich einen Substitutionsgrad von etwa 0,2 bis 0,4.
Das so modifizierte Nonwoven muss dann noch zwecks Entfernung des überschüssigen Alkalihydroxids nachbehandelt werden, damit die verätherten Fasern in der NaCMC-Form hinterbleiben.
(b) Einwirkenlassen einer Amidsäure auf das Faservlies aus regenerierter Cellulose und Herbeiführen der Umsetzung durch Erhitzen.
Die Amidsäure wird zweckmässig in Form einer 17bis 30%igen wässrigen Lösung bis zu einer Aufnahme von etwa 1 bis 3 Gew.-% angewandt. Dieser Aufnahmebereich kann je nach der besonderen Kombination von Cellulosefasern, Amidsäure, Katalysator und Reaktionstemperatur erhöht werden.
Hierbei kann ein Katalysator oder Reaktionsbeschleuniger, wie Sulfaminsäure, p-Toluolsulfonsäure, Zinkchlorid, Magnesiumchlorid oder dergleichen, in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Amidsäure, angewandt werden.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, das Faservlies anschliessend 1 bis 3 Minuten auf etwa 165 bis 2100C zu erhitzen.
Die so erhaltenen Fasern sind gegen Wasser verhältnismässig indifferent, so dass die überschüssigen Reaktionsteilnehmer und Nebenprodukte aus ihnen ohne Schaden mit Wasser ausgewaschen werden können.
(c) Behandlung eines Faservlieses aus regenerierter Cellulose mit Phosphorsäure und Harnstoff in Mengen von etwa 0,6 bis 1,6 Gew.-% der trockenen Fasern, wobei die Phosphorsäure und der Harnstoff in Form einer wässrigen Lösung angewandt werden, die etwa 15 bis 90% Wasser enthält, und in der das Gewichtsverhältnis der Säure. berechnet als H3PO., zum Harnstoff im Bereich von 1: 3 bis 1: 2 liegt. Das getränkte Vlies wird dann auf 125 bis 2100C erhitzt, bis die Cellulosefasern einen Substitutionsgrad im Bereich von etwa 0,2 bis 0,4 erreicht haben. Das modifizierrte Faservlies kann durch Waschen mit Wasser gereinigt und dann durch mindestens teilweise Neutralisation mit einer schwach alkalischen, gepufferten Lösung, die ein entquellend wirkendes Salz, wie Natriumsulfat, enthält, in die wasserempfindliche Form übergeführt werden.
Die zur Herstellung eines gegebenen Nonwovens bei einmaligem Durchgang des Faservlieses unter mehreren, einander gleichen Flüssigkeitsstrahlen aufgewandte Ener gie lässt sich in Kalorien/g nach der folgenden Gleichung berechnen:
E1 = 2,34 (YPG/sb) kcal/g Hierin bedeuten:
Y = Die Anzahl der Flüssigkeitsstrahlen je cm
Behandlungsbreite,
P = den Überdruck in kg/cm2, bei dem die Flüs sigkeit ausgespritzt wird,
G = die mittlere volumetrische Strömung eines einzigen Flüssigkeitsstrahls in 1/min, s = die Durchgangsgeschwindigkeit der Faser stoffbahn unter den Strahlen in m/min und b = das Gewicht des erzeugten Nonwovens in
Wenn die Behandlung in mehreren Durchgängen stattfindet,
ist die zur Behandlung des Faservlieses aufgewandte Gesamtenergie gleich der Summe aus den nach der obigen Gleichung für jeden einzigen Durchgang unter den Flüssigkeitsstrahlen berechneten Werten. Der Wert für G in der obigen Gleichung kann durch Messungen der Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden.
Die Behandlungsenergie soll vorzugsweise mindestens 0,14 kcal/g betragen.
Das Ausgangsvlies kann nach bekannten Methoden, z.B. durch Kardieren, regelloses Ablegen, Abscheiden aus der Luft oder nach der Papierherstellungstechnik, hergestellt sein. Die Fasern können regellos oder in jedem beliebigen Grad von Ausrichtung gegeneinander angeordnet sein. Man kann mehrere Schichten von gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung od. Orientierung verwenden. Wenn das Vlies aus trockenen Fasern hergestellt wird, können die als wasserempfindlich vorgesehenen Fasern des so erhaltenen Faservlieses bis etwa 76 mm lang sein. Vorzugsweise wird das Ausgangsvlies auf der Papiermaschine, z.B. einer Langsiebmaschine, aus einer Aufschlämmung von wasserempfindlichen Fasern mit Titern von 1 bis 15 den und Stapellängen von 6,3 bis 51 mm hergestellt.
Der Aufschlämmung können als wasserunempfindliche Fasern herkömmliche Textilfasern mit Titern von 1 bis 5 den und Stapellängen von 3.2 bis 12,6 mm zugesetzt werden.
Aufschlämmungen von Stapelfasern mit Längen über 6,3 mm lassen sich leicht auf einer trommelartigen Papiermaschine, wie dem Rotoformer (hergestellt von der Sandy Hill Corporation, Hudson Falls, New York, USA) verarbeiten. Die Textilfasern in der Aufschlämmung können ganz oder teilweise durch die herkömmlichen kurzen Holzzellstoffasern ersetzt werden.
Wenn man nach einer Papierherstellungsmethode arbeitet, um das Faservlies herzustellen, eignet sich eine Aufschlämmung von 0,1 bis 0,40 Gew.-% Fasern, es sei denn, dass die Fasern zu weniger als 30 Gew.-% aus wasserempfindlichen Fasern bestehen. Aufschlämmungen, die einen hohen Prozentsatz an wasserunempfindlichen Fasern, z.B. 90 Gew.-% herkömmliche Textilfasern, enthalten, werden mit Dichten von etwa 0,03 bis 0,09 Gew.-% Fasern hergestellt. Die Aufschlämmung wird dem Stoffauflauf der Papiermaschine zugeführt und auf ihrem Weg mit etwa dem gleichen Volumen Wasser verdünnt. Ein Doppelstoffauflauf. der mit zwei verschiedenartig zusammengesetzten Aufschlämmungen gespeist wird, kann verwendet werden, um eine lamel- lierte erste Schicht herzustellen.
Vom Stoffauflauf wird die Aufschlämmung auf dem Drahtnetz der Papiermaschine zu einer Faserstoffschicht abgelegt.
Während die Fasern auf dem Drahtnetz der Maschine gefördert werden, läuft die Flüssigkeit aus ihnen ab, was durch die üblichen Siebsauger unterstützt wird. Die teilweise entwässerte Faserschicht wird mit einer 17- bis 20%igen wässrigen Natriumsulfatlösung oder einem sonstigen Entquellungsmittel besprüht, um die stark wasserabsorbierenden Fasern in der Schicht zu entquellen.
Die Schicht kann z.B. aus Reihen von Düsen besprüht werden, die in Abständen von 0,61, 0,92 und 1,45 m von der Brustwalze der Maschine angeordnet sind, wobei man 4,9 Liter Entquellungsmittel je Minute verwendet.
Die entquollene Schicht gelangt von der Vakuum Gautschwalze zu einem Pressabschnitt, wo Wasser und überschüssiges Salz entfernt werden. Dann kann die Schicht auf auf 1200C beheizten Walzen getrocknet und für die nachfolgende Behandlung gelagert werden. Man kann aber auch die feuchte Schicht unmittelbar der mit Flüssigkeitsstrahlen von hoher Energie durchgeführten Flüssigkeitsbehandlung zuführen, um Nonwovens gemäss der Erfindung zu erhalten.
Eine verhältnismässig einfache Vorrichtung zum Behandeln der Faserschichten mit praktisch säulenförmigen Strahlen unter dem erforderlichen hohen Druck ist in Fig. 1 der luxemburgischen Patentschrift 46 703 dargestellt und in dieser Patentschrift ausführlich beschrieben. Durch Ventil 1 und Leitung 2 wird die hydraulische Hochdruckpumpe 3 mit Flüssigkeit unter einem Druck von etwa 4,93 kg/cm2 gespeist. Die Pumpe kann eine doppelt wirkende Einkolbenpumpe sein, die durch Luft aus Leitung 4 über ein Druckregelventil 5 betätigt wird.
Die Luft tritt aus der Pumpe durch Leitung 6 aus. Flüssigkeit vom gewünschten Druck wird aus der Pumpe durch Leitung 7 ausgestossen. An die Hochdruck-Flüssigkeitsleitung 7 ist der hydraulische Speicher 8 angeschlossen. Der Speicher hat die Aufgabe, die von der Pumpe kommenden Druckschwankungen auszugleichen.
Der Speicher wird durch eine biegsame Membran 11 in die beiden Kammern 9 und 10 unterteilt. Die Kammer
10 wird mit Stickstoff gefüllt, dessen Druck JS bis 2/; des gewünschten Arbeitsdruckes der Flüssigkeit beträgt, und die Kammer 9 wird dann durch die Pumpe 3 mit Flüssigkeit gefüllt. Aus der mit dem Regelventil 15 versehenen Stickstoffbombe 14 wird der Stickstoff durch Leitung 12 und Ventil 13 zugeführt. Der Stickstoffdruck kann aus dem System durch das Ventil 16 abgelassen werden. Die unter dem gewünschten Druck stehende Flüssigkeit wird durch das Ventil 17 und Leitung 18 zu der Verteilerleitung 19 gefördert, die die Düsen 20 speist.
Aus den Düsen 20 treten feine, praktisch säulenförmige Flüssigkeitsstrahlen 21 aus, die auf das Faservlies 22 auftreffen, welches auf dem von Öffnungen durchsetzten Musterungsorgan 23 abgelegt ist.
Die Strahlen werden über das Faservlies hinweggeführt, indem das Musterungsorgan 23 und bzw. oder die Verteilerleitung 19 bewegt werden, so dass die Fasern sich unter dem hohen Energiestrom in der zu behandelnden Fläche zu einem gemusterten Nonwoven verfilzen. Vorzugsweise wird im allgemeinen das Ausgangs Faservlies behandelt, indem man das Musterungsorgan 23 unter einer Anzahl von feinen, praktisch säulenförmigen Strahlen hinwegbewegt, die quer über die Breite des zu behandelnden Vlieses hinweg in Abständen voneinander angeordnet sind. Zur schnelleren, kontinuierlichen Herstellung der verfilzten Nonwovens kann man Reihen von solchen auf Abstand stehenden Strahlen verwenden. Solche Reihen können senkrecht oder in beliebigen anderen Winkeln zur Förderrichtung des Faservlieses verlaufen und so angeordnet sein, dass sie hin und her schwingen, damit die Behandlung gleichrnässiger erfolgt.
Man kann Strahlen mit fortschreitend zunehmendem Energiestrom auf das Faservlies bei seinem Durchgang unter den Strahlenreihen auftreffen lassen.
Man kann die Flüssigkeitsstrahlen bei der Herstellung der gemusterten Nonwovens rotieren oder schwingen lassen, die Strömung der Strahlen kann stetig oder pulsierend sein, und die Strahlen können senkrecht oder in beliebigen anderen Winkeln zur Ebene des Faservlieses gerichtet sein, vorausgesetzt, dass sie auf die Fasern mit einer hinreichend hohen Energie auftreffen.
Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung von Faservliesen zur Verfilzung der Fasern zu den erfindungsgemässen Nonwovens ist in Fig. 2 beispielsweise dargestellt. Das Faservlies 29 auf dem von Öffnungen durchsetzten Musterungsorgan 30 wird fortlaufend dem in Bewegung befindlichen Trägerband 31 aus biegsamem, durchlochtem Werkstoff, wie Drahtnetz, zugeführt. Das Trägerband wird von zwei oder mehreren Rollen 32 und 33 abgestützt, die mit (nicht dargestellten) Antriebsorganen versehen sind und das Band ständig vorwärts fördern. Über dem Förderband befinden sich sechs Reihen von Düsenverteilerleitungen, aus denen die Flüssigkeitsstrahlen 34 auf das Faservlies bei seinem Vorrücken auf dem Trägerband an aufeinanderfolgenden Stellen auftreffen. Das Faservlies läuft zuerst unter den Düsenverteilerleitungen 35 und 36 hindurch, die verstellbar angebracht sind.
Die Düsenverteilerleitungen 37, 38, 39 und 40 sind verstellbar an dem Rahmen 41 angebracht. Das eine Ende des Rahmens ist beweglich in dem ortsfesten Lager 42 gelagert. Das andere Ende des Rahmens ruht auf dem Oszillator 43, so dass sich der Rahmen über dem Faservlies hin- und herbewegt, wodurch eine gleichmässigere Behandlung erzielt wird.
Wie in Fig. 1, wird Hochdruckflüssigkeit den Düsenverteilerleitungen durch Leitung 18 zugeführt. Jede Verteilerleitung ist mit der Leitung 18 durch eine gesonderte Leitung verbunden, zu der der biegsame Schlauch 44, das Nadelventil 45 zum Einregeln des Druckes, das Manometer 46 und das Filter 47 gehört, das das Ventil gegen Fremdstoffteilchen schützt. Die Bedingungen lassen sich leicht so einstellen, dass die verschiedensten Ausgangs-Faservliese die gewünschte Behandlung erhalten.
Das durch die hydraulische Verfilzung erzeugte Muster hängt von der Ausbildung des von öffnungen durchsetzten Musterungsorgans ab. Der Ausdruck von Öff- nungen durchsetztes Organ umfasst Siebe, Drahtnetze, durchlochte oder gerillte Platten oder dergleichen, auf denen das Faservlies bei der hydraulischen Verfilzung ruht, und die infolge ihrer Durchlochungen und bzw.
oder ihres Oberflächen umrisses die Verlagerung der Fasern zu einem Muster unter der Einwirkung der Flüssigkeitsstrahlen beeinflussen. Das von Öffnungen durchsetzte Organ kann eine ebene oder unebene Oberfläche oder eine Ikombination beider Arten von Oberflächen aufweisen.
Geeignete, von Öffnungen durchsetzte Organe sind z.B. Drahtnetze mit Leinwandbindung mit 3 bis 80 Drähten je 2,54cm und Drahtdurchmessern von 0,127 bis 1,02mm, die eine offene Fläche von etwa 10 bis 98% aufweisen. Mit solchen Drahtnetzen erhält man im allgemeinen das in Fig. 3 dargestellte Muster.
Auch Drahtnetze mit Körperbindung oder mit vierbindiger Doppelkörperbindung können verwendet werden.
Ebenso kann man als von Öffnungen durchsetztes Organ ein Aggregat aus einem Gitter aus parallelen Stäben und einem benachbarten Gitter verwenden, wobei die Stäbe in jedem Giitter so orientiert sind, dass sie zu den Stäben in dem anderen Gitter nicht parallel verlaufen. Nonwovens, die auf solchen Trägern hergestellt sind, sind in Fig. 5 und 6 dargestellt.
Die erfindungsgemässen Nonwovens lassen sich in vielfacher Hinsicht weiterverarbeiten und abändern. Sie können gefärbt, bedruckt und in den verschiedensten Mustern hergestellt werden.
Ausser der Verwendung von einfachen Nonwovens gemäss der Erfindung für hygienische Zwecke sind auch verschiedene Kombinationen möglich. Das Nonwoven kann z.B. für bestimmte Anwendungszwecke als Hülle für ein hochgradig absorptionsfähiges Kissen verwendet werden.
Papiere, die durch Ablagerung von Fasern auf einem sich bewegenden Drahtnetz, z.B. in der Langsiebmaschine, hergestellt sind, zeigen gewöhnlich in der fortlaufenden Richtung (d.h. in der Laufrichtung der Papiermaschine), die auch als Maschinenrichtung (MR) bezeichnet wird, und in der quer dazu verlaufenden Querrichtung (QR) unterschiedliche Eigenschaften. Diese Ausdrücke werden in der gleichen Weise auch auf Nonwovens angewandt, die durch Hindurchführen eines langen Faservlieses unter einem hydraulischen Verfilzungsaggregat in einer Richtung (MR) hergestellt sind. Handgeschöpfte Papierblätter haben gewöhnlich in den beiden senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen sehr ähnliche Eigenschaften, und die Richtung ist dann nicht angegeben.
Die Reissfestigkeit und die Bruchdehnung werden mit dem Instron) > -Prüfgerät bei einem Abstand von 51 cm zwischen den Greifbacken und einer Dehnungsgeschwindigkeit von 50%/min bestimmt. Die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 6 werden an 12,6mm breiten Streifen, die übrigen Ergebnisse an 2,54 cm breiten Streifen bestimmt. In einigen Fällen wird die bei der Prüfung auf den Kohäsionswert ermittelte Zerreisskraft verwendet, um die Reissfestigkeit zu berechnen. Derartige Werte sind dann mit c bezeichnet. Alle Reissfestigkeitswerte sind auf g/cm Breite normalisiert. Alle drei Methoden geben etwa die gleichen Resultate.
Die Proben werden 5 Minuten in destilliertem Wasser bei Raumtemperatur eingeweicht. dann in das Prüfgerät eingespannt und an der Luft zerrissen, um die Nassreissfestigkeit zu bestimmen.
Der Kohäsionswert (Ch) ist ein Mass für den Grad, zu dem die Fasern zerrissen anstatt auseinanderzugleiten, wenn ein langer Streifen des Nonwovens auseinandergezogen wird.
Bei dieser Prüfung misst man die Reissfestigkeit eines langen Nonwovenstreifens und dividiert diesen Wert durch die an dem gleichen Streifen bei der Länge Null (wenn die Greifbacken des Instron -Prüfgerätes einander berühren) bestimmte Reissfestigkeit. Natürlich kann bei der Bestimmung der Streifen/Reissfestigkeit bei der Länge Null kein Gleiten der Fasern eintreten, und daher erhält man bei dieser Bestimmung die maximale Reissfestigkeit des Streifens. Deshalb beträgt der maximale Kohäsionswert (Ch) 1. und niedrigere Ch-Werte kommen durch gegenseitiges Gleiten der Fasern zustande.
Ein Nasskohäsionswert von weniger als etwa 0,3 ist erforderlich, damit die Nonwovens die erforderliche Dispergierbarkeit aufweisen, und ein Trockenkohäsionswert von mindestens 0,2 ist erforderlich, damit die Nonwovens eine ausreichende Festigkeit beim Gebrauch aufweisen.
Proben von salzfreien Nonwovens werden in 4,1 cm breite Streifen geschnitten. Die Streifen werden dann in benachbarte Proben von 5 bzw. 2,5 cm Länge zerschnitten. Die längere Probe wird bei einem Abstand von 3,8 cm zwischen den mit Kautschuk überzogenen Greifbacken des < Instron) > -Prüfgerätes zerrissen. Die kürzere Probe wird bei einem Greifbackenabstand von Null zerrissen. Der Kohäsionswert (Ch) ist die Reissfestigkeit der längeren Probe, dividiert durch die Reissfestigkeit der kürzeren Probe. Der Mittelwert aus mindestens 3 Paaren solcher Zerreissprüfungen in jeder Richtung des Nonwovens wird in den Beispielen als Ch angegeben.
Für die Nasskohäsionswerte wird die in die Greifbacken des < (Instron) > -Prüfgerätes eingespannte Probe mindestens 1 Minute vor der Prüfung in ein Bad aus destilliertem Wasser eingetaucht, und die Zerreissprüfung wird in dem Bad durchgeführt. Alle Proben werden mit einer Geschwindigkeit von 12,6 mm/min gedehnt.
Salzfreie Nonwovens für die Kohäsionswertbestimmungen werden durch Extrahieren mit einer Lösung aus 60 Vol.-% Methanol und 40 Vol.-% Wasser hergestellt.
100 g der Probe des Nonwovens werden in 4 Teile zu je 25 g geteilt, in 1500 ml der Lösung eingebracht, dann leicht durchgearbeitet, um die Sättigung zu gewährleisten, 15 Minuten eingeweicht und dann gelinde zwischen Löschern abgepresst. Dieser Vorgang wird (normalerweise dreimal) mit frischer Lösung wiederholt, bis die Lösung klar bleibt. Dann erhalten die vier Teile der Probe gleichzeitig drei weitere Behandlungen und schliesslich eine letzte Behandlung mit 1 00%igem Methanol.
Die abgelöschten Proben werden geöffnet und an der Luft getrocknet. Das Verdrehen oder Ziehen des Nonwovens bei diesen Behandlungen ist zu vermeiden.
Der Koeffizient der gleitenden Reibung (f) (oder der kinetischen Reibung) ist das Verhältnis der Kraft (F), die erforderlich ist, um eine Oberfläche über die andere hinwegzuziehen, zu der senkrecht zu den in Berührung stehenden Oberflächen ausgeübten Kraft (N).
Ein 5,1 X 15,3 cm grosses Stück des zu untersuchenden, praktisch salzfreien (zwecks Entfernung von Salz extrahierten) Nonwovens wird auf den waagerechten Boden eines Metallbehälters mit der längeren Seite in der Gleitrichtung gelegt, und ein Ende wird durch einen schweren Metallblock an Ort und Stelle festgehalten. Ein zweites, 2,5 X 7,6 cm grosses Stück des gleichen Nonwovens wird so um einen Schlitten herumgewickelt, dass der Boden, die Vorder- und die Rückseite des Schlittens mit einer Nonwovenlage und die Oberseite mit 1 bis 2 Nonwovenlagen beschichtet sind. Auf die Oberseite des Nonwovens wird ein 5-g-Gewicht aus Messing aufgesetzt.
Der Schlitten besteht aus einem 25 X 25 X 1,6 mm grossen Block aus Polymethacrylsäuremethylester mit einer Aussenschicht aus Blachengewebe (mit der rauhen Seite nach aussen), die an den Kunststoff mittels eines doppelseitig klebenden Klebebandes angeklebt ist. Am vorderen jochförmigen Ende des Schlittens ist an jeder Seite ein Faden angebracht. Der Behälter wird langsam bis zu einer Tiefe von etwa 8 mm mit einer 0,1%igen wässrigen Kochsalzlösung gefüllt, der Schlitten, das Nonwoven und das Gewicht werden auf die untere Nonwovenschicht aufgesetzt, und der am Joch befestigte Faden wird unter einer Rolle in dem Behälter hindurch aufwärts zu der Gleitbacke des In siron -Prüfgerätes geführt. Das Prüfgerät wird nunmehr in Bewegung gesetzt, so dass der Schlitten mit einer Geschwindigkeit von 5,0 cm/min vorwärtsgezogen wird.
Dieser Gleitvorgang wird 90 Sekunden fortgesetzt. Aus der graphisch verzeichneten Kraft von der 30. Sekunde bis zum Ende des Versuchs wird der Mittelwert genommen und als F verzeichnet. Die Kraft N ist die Summe des Schlittengewichts (1,75 g trocken), des Nonwowengewichts (normalerweise etwa 0,15 g) und des 5,0-g-Gewichts, vermindert um den Auftrieb der Lösung. Die Lösung bedeckt den Schlitten vollständig und etwa 50% des aufgesetzten Gewichts. (Gesamte effektive Kraft N = 5,6 g.)
Die obigen Bedingungen sollen innegehalten werden, da f mit N variiert.
Änderungen im Muster oder der Struktur des Nonwovens haben kaum einen Einfluss auf die gleitende Reibung, wenn das Nonwoven im wesentlichen eben ist.
Die Biegelänge ist die Hälfte der Länge eines Streifens der Probe, der sich unter seinem eigenen Gewicht um 450 biegt. Dieser Wert wird an einer 2,54 X 15,2cm grossen Probe mit dem Fall-Biegesteifheits-Prüfgerät (hergestellt von Fabric Development Tests, Brooklyn 32, New York, USA) bestimmt. Das für die Bestimmung der Biegelänge angewandte Verfahren entspricht der ASTM-Prüfnorm D 1388-55T. Falls nichts anderes angegeben ist, beziehen sich die Ergebnisse auf QR-Werte.
Das Gewicht der Nonwovens wird in g/m2 angegeben und bezieht sich auf das Gewicht der Fasern abzüglich der Gewichtsmenge an wasserlöslichen Verunreinigungen.
Die Eigenschaften, für die die betreffenden Prüfmethoden nachstehend angegeben sind, zeigen den durch die erfindungsgemässen Nonwovens erzielten technischen Fortschritt.
Die Dispergierbarkeit wird in einem 250 mol fassen den Filterkolben bestimmt, der am Boden seiner konischen Wandung einen Seitenarm aufweist und einen magnetischen Rührstab enthält. Der Stab ist 3,8 cm lang und 8 mm dick, wiegt 11,73 g und wird mit 500 U/min in Umdrehung versetzt. Der Kolben wird mit Wasser gefüllt. Eine 7,6 X 7,6 cm grosse Probe wird auf die Hälfte zusammengefaltet und unter die Wasseroberfläche (am oberen Seitenarm) eingebracht. Durch das am Boden des Kolbens angeordnete Rohr wird Leitungswasser von 250C mit einer Geschwindigkeit von 0,70 1/ min während 2 min einlaufen gelassen. Die aus dem oberen Seitenarm ausströmende Flüssigkeit wird filtriert und der Rückstand bis zur Gewichtskonstanz bei 1000C getrocknet. Hierdurch erhält man das Gewicht der dispergierten Fasern.
Nach dem Versuch wird der Inhalt des Filterkolbens filtriert und getrocknet, wodurch man das Gewicht der nicht-dispergierten Fasern erhält. Die prozentuale Dispergierbarkeit ist gleich dem Hundertfachen des Gewichts der dispergierten Fasern, dividiert durch das Gesamtgewicht der zurückgewonnenen Fasern.
Gewöhnliches Toilettenpapier hat eine Dispergierbarkeit von 7%.
Die Fortspülbarkeit einer Probe wird bestimmt, indem eine 25 X 66 cm grosse Probe, die auf 25 X 33 cm zusammengefaltet worden ist, in das Becken einer Haushaltstoilette (Modell F2122 der American Radiator and Standard Sanitary Corporation, New York) geworfen wird, worauf die Toilette nachgespült wird.
Der Ausfluss aus der Toilette wird durch ein 71 cm langes Glasrohr von 10,8 cm lichter Weite geleitet, das ein künstliches Hindernis enthält. Das Hindernis besteht aus genormtem, abgeflachtem Streckmetall mit 1,27 cm weiten Durchlochungen, das zu einem 30,5 cm langen und 10,8 cm weiten Zylinder verformt worden ist und mit 41 regellos verteilten Innenvorsprüngen ausgestattet ist, die hergestellt werden, indem man 0,63 bis 1,9 cm lange parallele Paare von Schnitten anbringt, die etwa 0,75 cm voneinander entfernt sind, und die geschnittenen Teile so biegt, dass sie senkrecht zu den Zylinderwandungen stehen. Eine Spülung der Toilette ergibt einen Strom von etwa 20 Liter Wasser in 7 bis 8 Sekunden. Für jede Probe wird die Toilette dreimal gespült. Der prozentuale Anteil der Probe, der an den Haken in dem Glasrohr vorbeigeht, wird bestimmt und nach jeder Spülung verzeichnet.
Eine Probe wird als fortspülbar bezeichnet, wenn mindestens 60% der Probe nach zweimaliger Spülung an den Haken vorbeiströmen. Bei den bevorzugten Erzeugnissen werden mindestens 85% der Probe nach zweimaliger Spülung an den Haken vorbeigeführt.
Es wurde gefunden, dass die nach der obigen Prüfung als fortspülbar klassifizierten Proben der Beispiele 1 bis 6 eine Dispergierbarkeit von mindestens 20% (in 2 Minuten) aufweisen oder weniger als 20 Minuten bis zur vollständigen Dispergierung bei der in kleinem Massstabe durchgeführten Dispergierbarkeitsprüfung benötigen. Die bevorzugten Produkte weisen eine Dispergierbarkeit von mindestens 40% auf.
Die Prüfung auf lose Fasern ist ein Mass für den Zusammenhalt des Nonwovens und wird durchgeführt, indem man über eine nasse Probe des Nonwovens (9,8
X 12 cm), die sich auf einer Glasplatte befindet, einmal eine Kautschukwalze hinwegführt, deren Oberfläche gleich der Oberfläche der Probe ist. Die an der Walze anhaftenden Fasern werden gesammelt, mit Aceton gewaschen, getrocknet und gewogen. Vor dem Versuch wird die Probe gründlich mit überschüssigem destilliertem Wasser durchfeuchtet, mit 2 Papierhandtüchern bedeckt und durch einmaliges leichtes Hinwegführen der oben genannten Walze über die Papierhandtücher abgelöscht.
Nonwovens, bei denen die Fasern überhaupt nicht verfilzt sind, nehmen bei dieser Prüfung um etwa 0,12 g (oder 14% der ursprünglichen, 0,86 g wiegenden Probe) ab. Die bevorzugten Nonwovens gemäss der Erfindung zeigen bei dieser Prüfung keinen Gewichtsverlust. Gewerblich verwertbare Nonwovens können einen Gewichtsverlust bis 8% aufweisen. Nonwovens, die einen Gewichtsverlust von weniger als etwa 10% zeigen, werden als zusammenhängend angesehen.
In den nachfolgenden Beispielen sind alle Lösungen, falls nichts anderes angegeben ist, wässrige Lösungen und die Prozentangaben gewichtsmässig. Die Maschenweite der Siebe bzw. Drahtnetze ist in Maschen je 2,54 cm angegeben und ist, falls nichts anderes vermerkt ist, in beiden Richtungen die gleiche, d.h. die Drahtnetze sind quadratmaschig. Die Flüssigkeitsmenge in den Nonwovens wird durch die Aufnahme gekennzeichnet, die sich auf Gramm Flüssigkeit im Nonwoven je Gramm des ursprünglichen trockenen Nonwovens bezieht.
Beispiel I
Es werden Cyanäthylcellulosefasern mit einem Cyan äthyl-Substitutionsgrad von 0,4, einem Titer von 2 den und einer Stapellänge von 12,6 mm hergestellt. Dann wird ein Gemisch aus 80 Teilen dieser Fasern (bezogen auf das Trockengewicht der wasserunlöslichen Fasern) und 20 Teilen Viskosekunstseide mit einer Stapellänge von 6,3 mm und einem Titer von 1,5 den pro Faser in der Stoffbütte zu Wasser von 300C zugesetzt und gut gerührt, um eine gleichmässige Aufschlämmung zu erhalten, die 0,24% Fasern enthält. Diese Aufschlämmung wird auf eine Stoffdichte von 0,12% verdünnt und dem Stoffauflauf einer Langsiebmaschine zugeführt. Das Drahtnetz ist 79 cm breit, besteht aus Drähten von 0,19 mm Durchmesser und hat eine Maschenweite von 70 X 52/2,54 cm.
Die durch Abtropfen teilweise von Flüssigkeit befreite Faserschicht, die gequollene Cyanäthylcellulosefasern enthält, wird in Abständen von 0,61, 0,92 und 1,45 m von der Brustwalze mit einer 20%igen wässrigen Natriumsulfatlösung von 400C besprüht. Die Düsen führen diese Lösung in einer Menge von 4,9 I/min zu. Die Salzlösung entquillt die Fasern. Das nasse Papier wird von der Gautschwalze zu einem Pressabschnitt gefördert, wo es gepresst und dann auf auf 1200C erhitzten Walzen getrocknet wird. Die trockene Schicht (A) hat ein Gewicht (bezogen auf die wasserunlöslichen Fasern) von 53 g/m2.
Nach dem gleichen Verfahren, jedoch ohne Besprühen mit der Salzlösung, wird eine zweite Schicht (B) mit einem Gewicht von 27 g/m2 aus einem Gemisch aus 10% der oben genannten Cyanäthylcellulose-Stapelfasern und 90% Viskosekunstseide-Stapelfasern hergestellt. Unmittelbar vor dem Eintritt in den Stoffauflauf wird die Stoffdichte in der Stoffbütte von 0,06% auf 0,02% herabgesetzt.
Ein Faseraggregat aus der Schicht (A) mit der Schicht (B) als Deckschicht wird fortlaufend einem Förderband aus Drahtnetz mit einer Maschenweite von 24 X 24 je 2,54 cm und einem Drahtdurchmesser von 0,51 mm zugeführt, das sich mit einer Geschwindigkeit von 1,8 m/min bewegt.
Das Faseraggregat auf dem Drahtnetz wird durch Strahlen einer 20%igen wässrigen Natriumsulfatlösung von 500C hydraulisch verfilzt, die aus einer einzigen Reihe von 0,127 mm weiten Düsen ausgespritzt werden, welche in Mittelpunktsabständen von 0,63 mm voneinander auf einer 0,30 mm dicken Platte angeordnet sind, die an der Verteilerleitung befestigt ist. Der Abstand der Düsen von den Fasern beträgt 2,54 cm und der auf der Salzlösung in der Verteilerleitung lastende Druck 21 kg/cm2. Beide Enden der waagerechten Verteilerleitung werden durch Exzenter, die bei einer Exzentrizität mit einem Durchmesser von 12,6mm mit 9 bis 10 U/sek umlaufen, in Schwingung versetzt.
Bei dem angewandten Druck werden aus den 1080 Düsen der 68,5 cm langen Düsenreihe 75 kg Lösung je Minute auf die 68 cm breite Faserstoffschicht aufgespritzt. Das Gesamtgewicht der Faserdoppelschicht, die in 1 Minute unter den Flüssigkeitsstrahlen hindurchläuft, beträgt 0,10 kg. Der Y-Wert beträgt daher 3,3 X 106 m/min.
Wenn die Salzlösung durch Wasser ersetzt wird, wird das Papier fortgewascken und bzw. oder teilweise durch das Drahtnetz hindurchgetrieben.
Das so erzeugte zusammenhängende Faservlies wird zwischen Löschpapier unter einem Druck von 102kg/ cm abgepresst. Teile der abgepressten Produkte (mit etwa 50 bis 60% Feststoffgehalt), die etwa 25,4 X 66 cm gross sind, werden getrocknet und erweicht, indem sie in einem Haushaltwäschetrockner bei 450C mit 4 Basebällen von 9,7 cm Durchmesser umgewälzt werden.
Durch Trocknen ohne Erweichen erhält man eine steife, brettartige Bahn mit schlechtem Fall und unästhetischem Aussehen.
Das trockene, erweichte Erzeugnis ist ein zusammenhaftendes Nonwoven aus zwei innig miteinander verbundenen Schichten. Es weist das Aussehen u. den Griff von weichem Gewebe auf. Fig. 3 ist eine zehnfach vergrösserte mikrophotographische Aufnahme der den Flüssigkeitsstrahlen zugewandten Oberfläche dieses Nonwovens.
Das erweichte Nonwoven hat ein Gewicht von 88 g/m2, enthält 12,5% Natriumsulfat, 41,1% Cyanäthylcellulose und 46,4% Viskosekunstseide und hat eine Dichte von 0,138 g/cm3. Die auf salzfreie Basis korrigierten Kennwerte der Produkte sind nachstehend angegeben:
Zur Verwendung als Windel wird das Nonwoven derart auf die doppelte Dicke zusammengefaltet, dass die an Cellulosekunstseide reichen Flächen nach aussen zu liegen kommen. Die Windel wird dann in der üblichen Weise um das Kind herum festgesteckt. Die Winkel absorbiert den gesamten Urin einess 6 Monate alten Kindes für einen Zeitraum von 4 Stunden (d.h. 75 g Urin).
Selbst unter diesen extremen Bedingungen behält die Windel ihre Zusammenhaftung, zerreisst nicht an den Nadeln, hinterlässt keine losen Fasern auf der Haut und übt keine Reizwirkung aus. Die schmutzige Windel wird in ein Toilettenbecken geworfen und fortgespült. Dieses Erzeugnis ist vollständig biologisch abbaubar, so dass keine Abwasserprobleme entstehen.
Das gleiche Nonwoven kann auch als mit Wasser fortspülbares hygienisches Kleidungsstück verwendet werden und hat eine Zugfestigkeit in synthetischem Urin von mehr als 9 g/cm.
Beispiel 2
Dieses Beispiel erläutert den Einfluss von Variablen bei der Verfahrensstufe der hydraulischen Verfilzung.
Nach Beispiel 1 werden zwei einzelne Schichten aus Cyanäthylcellulosefasern und Viskosekunstseide-Stapelfasern hergestellt. Die eine Schicht enthält 70% Cyan äthylcellulosefasern und hat ein Nennflächengewicht von 40 g/m2; die andere Schicht enthält 10% Cyanäthylcellulosefasern und hat ein Nennflächengewicht von 26 g/m2.
Durch hydraulisches Verfilzen einer an Viskosekunstseidefasern reichen Oberschicht mit einer an Cyanäthylcellulosefasern reichen Schicht unter verschiedenen Bedingungen wird eine Reihe von Nonwovens hergestellt.
Sämtliche Produkte enthalten im Mittel 46,5% Cyan äthylcellulosefasern.
Die Produkte (a) bis (i) werden mit einem Düsenaggregat hergestellt, bei dem 540 Düsen mit einem Durchmesser von 0,127 mm in gleichmässigen Abständen in einer einzigen, 68,5 cm langen Reihe angeordnet sind. Die Produkte (j) bis (m) werden mit einem Düsenaggregat hergestellt, bei dem 1080 Düsen mit einem Durchmesser von 0,127 mm in einer einzigen, 68,5 cm langen Reihe angeordnet sind. Für beide Arten von Produkten werden das Musterungsdrahtnetz und die Bedingungen gemäss Beispiel 1 angewandt, jedoch werden die Drücke von 14 bis 35 kg/cm2 variiert, um verschiedene Gesamtströmungsgeschwindigkeiten (W) zu erzielen, und auch die Vorschubgeschwindigkeit (V.S) wird abgeändert. Die Verfilzungsbedingungen und die Eigenschaften der Produkte ergeben sich aus Tabelle I.
Eigenschaften Nicht erweicht Erweicht
MR QR MR QR Trockenreissfestigkeit, g/cm 800 250 460 290 Trockenbruchdehnung, % 5 38 28 27 Nassreissfestigkeit, g/cm 7,0 5,0 5,4 4,8 Nassbruchdehnung, % 31 36 26 26 Biegelänge, cm 3,8 2,8 2,0 1,4 Dispergierbarkeit, % 48 54 Fortspülbarkeit erste Spülung 50 100 zweite Spülung 100 Kohäsionswert - trocken/nass 0,46/0,08 f (nass) Cyanäthylcellulosefasern) 0,46 TABELLE I Produkt a b c d e f g h i j k l m Hydraulische Verfilzungsbedingungen W, kg/min 36 36 36 36 46 46 46 66 66 62 76 89 85 Va, m/min 1,83 1,53 1,22 0,92 1,83 1,53 1,22 1,83 0.92 1,53 1,83 1,22 0,92 Y, m/min x 10e 2,0 2,3 2,8 3,8 3,1 3,8 4,8 6,3 13 3,4 4,2 8,5 11 Kohäsionswert Ch trocken > 0,2 0,46 0,39 0,20 > 0.2 0,27 > 0,2 0,30* 0,24 0,44 0,55 0,49* Ch nass 0,13 0,06 0,06 0,07 0,12 0,11 < 0,15 0,49 0,05 0,10 0,44 0,74 Trockenreissfestigkeit,
g/cm Maschinenrichtung 160 120 270 250 270 230 380 410 590 200 360 470 610 Querrichtung 130 300 180 62 150 250 290 250 230 180 210 270 380 Mittlere Nassreissfestigkeit, g/cm 2,9 4,8 4,8 5,7 5,4 5,9 7,2 21 38 7,0 1,6 48 59 Trockenbruchdehnung,% Querrichtung 25 32 40 30 34 28 46 44 37 33 36 40 45 Maschinenrichtung 14 16 21 29 29 23 33 29 32 27 28 37 26 Fortspülbarkeit Nach der zweiten Spülung fortgespült, % 100 100 100 100 100 -- 100 50 55 100 90 40 50 Dispergierbarkeit, % 54 50 48 46 48 40 63 24 8 50 32 11 21 *Geschätzt
Die Produkte (a) bis (g), (j) und (k) sind erfindungsgemässe Nonwovens, deren Trockenreissfestigkeit für den beabsichtigten Verwendungszweck (Feststecken) ausreicht, und deren Nassreissfestigkeit so niedrig ist, dass sich die Nonwovens leicht fortspülen lassen, aber andererseits in Körperflüssigkeiten hoch genug ist,
damit die Produkte Biegelängen von 1,1 bis 1,8 cm aufweisen und einen weichen Griff haben. Diese Nonwovens haben Dichten von 0,113 bis 0,150 g/cm3, bezogen auf die mit der Ames-Dickenlehre bestimmte Dicke.
Beispiel 3
Die Fasern gemäss Beispiel 1 werden verwendet, um ein Faservlies aus zwei Schichten aus den nachstehend beschriebenen Fasern aufzubauen, wobei ein Doppelschicht-Stoffauflauf und das Verfahren gemäss Beispiel 1 angewandt werden.
Faserschicht CNÄC*, Reyon, Flächengewicht, gims Unterseite 10 90 30,5 Oberseite 100 0 44 Mittelwert 64 36 74,6 * Cyanäthylcellulose
Teile des Vlieses werden mit Flüssigkeitsstrahlen einer 20%igen wässrigen Natriumsulfatlösung bei verschiedenen Drücken und Geschwindigkeiten nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren behandelt. jedoch unter Verwendung eines Düsenaggregats mit 280 Düsen von je 0,127 mm Durchmesser, die in gleichmässigen Abständen in einer einzigen, 35,7 cm langen Reihe angeordnet sind. Das von Öffnungen durchsetzte Musterungsorgan ist in diesem Falle ein Drahtnetz mit einer Maschenweite von 20 X 20 je 2,54 cm und einem Drahtdurchmesser von 0,635mm. Die an Kunstseide reiche Seite des Vlieses ist den Flüssigkeitsstrahlen zugewandt.
Die Drücke liegen im Bereich von 3,5 bis 35 kg/cm2.
Die Vorschubgeschwindigkeit (V) beträgt für die Produkte (a), (b) und (c) 1,83 m/min und für das Produkt (d) 0,61 m/min. Die Gesamtströmungsgeschwindigkeit (W) der Flüssigkeitsstrahlen und die berechneten Y Werte sowie die Eigenschaften der Produkte sind in Tabelle II angegeben.
TABELLE II Produkt a b c d Verfilzungsbedingungen
W, kg/min 11 14 24 35
Y, m/min X 10 0,6 0,9 2,8 17 Kohäsionswert trocken > 0,2 > 0,2 0,65 0,56 nass < 0,15 0,08 0,61 Trockenreissfestigkeit, g/cm
Maschinenrichtung 710 860 610 860
Querrichtung 160 89 470 410 Trockenbruchdehnung, %
Maschinenrichtung 9 11 28 30
Querrichtung 3 19 28 43 Mittlere Nassreissfestigkeit, g/cm 1,9 0,49 4,5 41 Dispergierbarkeit, % 69 79 67 8
Alle Nonwovens haben einen Ch-Wert (trocken) grösser als 0,2 und einen Ch-Wert (nass) kleiner als 0,15 sowie eine Biegelänge von weniger als 3 cm.
Alle wasserempfindlichen Fasern haben einen f (nass)-Wert kleiner als 0,70.
Das Produkt (c) ist das bevorzugte Nonwoven gemäss der Erfindung. Es besitzt Aussehen, Griff und Bruchdehnung eines Gewebes. Bei der Prüfung auf lose Fasern verliert es keine losen Fasern.
Das Produkt (a) hat das Aussehen des ursprünglichen, unbehandelten Faservlieses ohne Musterung und sogar ohne Prägung. Bei der Prüfung auf lose Fasern verliert das Produkt mehr als 8% seines Gewichts.
Das Produkt (b) ähnelt etwas einem Gewebe; das Muster ist jedoch nicht so deutlich und gleichmässig wie bei dem Produkt (c). Dieses Nonwoven verliert bei der Prüfung auf lose Fasern etwa 8% seines ursprünglichen Trockengewichts.
Das Produkt (d) hat das Aussehen und den Griff eines Gewebes; die Fasern sind jedoch so fest miteinander verfilzt. dass es sich nicht fortspülen lässt.
Die Produkte (a) bis (d) haben PiQeläng'ei von we- niger als 3 cm.
Beispiel 4
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung stark wasserabsorbierender Fasern aus verschiedenen Arten von Celluloseäthern zur Herstellung der Nonwovens.
Gewöhnliche Holzzellstoffplatten werden 45 Minuten in 1 8%ige Natronlauge von 27,50C getaucht. Die Alkalicelluloseplatten werden auf ein Pressgewichtsverhältnis von 3 :1 gepresst, zerfasert und bei OOC gelagert.
0,45 kg dieser Alkalicellulose werden 27 Stunden bei 26Cc aufbewahrt und dann in eine 5 Liter fassende Baratte eingegeben, aus der dann die Luft evakuiert wird.
Im Verlaufe von 90 Minuten werden 53 g Äthylenoxyd zugesetzt, während die Baratte in waagerechter Stellung in einem 250C warmen Wasserbad in Umdrehung gehalten wird. Dann wird die Baratte mit Stickstoff ausgespült und die erzeugte Hydroxyäthylcellulose entfernt und in verdünnter wässriger Natronlauge von 0 bis l00C zu einer Lösung gelöst, die 6% Celluloseäther und 7% Natronlauge enthält. Die Lösung wird bei - 300C eingefroren, dann auf Raurntemperatur erwärmt und filtriert. Die filtrierte Lösung wird durch eine Spinndüse mit 504 Spinnöffnungen zu je 0,076mm Durchmesser in ein Koagulierbad (12% Schwefelsäure und 18% Natriumsulfat) versponnen und das Garn neutralisiert.
Das trockene Garn hat einen Titer von 2,6 den pro Filament, eine Trockenreissfestigkeit von 0,98 g/den, eine Trokkenbruchdehnung von 9,8% (alle Werte umgerechnet auf salzfreie Basis) und einen Hydroxyäthyl-Substitutionsgrad von 0,61.
Cyanäthylcellulosefasern werden, wie für Beispiel 1, mit dem Unterschied hergestellt, dass die modifizierte Viskoselösung 3 Tage bei 250C gealtert und dann versponnen wird, worauf die Filamente, wie oben beschrieben, neutralisiert werden. Die Fasern werden mit 700C heissem destilliertem Wasser gewaschen, mit Aceton entquollen und bei 1000C getrocknet. Die Fasern haben einen Substitutionsgrad an Carboxyäthylgruppen von 0,13 und einen Substitutionsgrad an Cyanäthylgruppen von 0,04.
Nach einer anderen Methode können Cyanäthylcellulosefasern folgendermassen hergestellt werden: Eine Lösung von Cyanäthylcellulose wird gemäss der britischen Patentschrift 633 807 durch Zusatz von Acryl säurenitril zu herkömmlicher Viskose hergestellt. Die Lösung wird zu Fasern versponnen, die dann, wie oben beschrieben, neutralisiert werden.
Die Fasern haben die folgenden typischen Kennwerte, berechnet auf das Gewicht der wasserunlöslichen Fasern: Titer 2 den Absorptionsvermögen für Wasser bei 250C 19,1 g/g Absorptionsvermögen für Urin bei 250C 14,0 g/g Stickstoff 3,4 Gew.-% Carboxylgruppen 0,4 Gew.-% Cyanäthyl-Substitutionsgrad 0,45 Carboxyäthyl-Substitutionsgrad 0,015
Alle oben beschriebenen Celluloseätherfasern werden auf Stapellängen von 12,6 mm gescllnitten, und aus wässrigen Aufschlämmungen der Fasern werden in einer 20 X 20 cm grossen Handbütte handgeschöpfte Blätter hergestellt.
In jedem Falle wird das handgeschöpfte Blatt und das Sieb aus der Handbütte entfernt, die Fasern werden durch Benetzen mit 1 8%iger wässriger Natriumsulfatlösung für einen Zeitraum von einer Minute entquollen, und das Blatt wird dann getrocknet. Auf diese Weise werden die folgenden Blätter hergestellt; die angegebenen Gewichtsmengen und Prozentzahlen beziehen sich auf den Gehalt an wasserunlöslichen Fasern: Blatt (a):
68 g/m2 Hydroxyäthylcellulosefasern und 61%
0,6 cm lange Viskosekunstseidefasern; Blatt (b):
49 g/m2 100%ige Hydroxyäthylcellulosefasern; Blatt (c):
49 g/m2 100%ige Carboxyäthylcellulosefasern; Blatt (d):
49 g/m2 1 00%ige Cyanäthylcellulosefasern.
Das Blatt (a) wird gemäss Beispiel 1 mit säulenförmigen Strahlen einer 20%igen wässrigen Natriumsulfatlösung hydraulisch verfilzt. Das Blatt (b) wird mit einer Schicht B gemäss Beispiel 1 belegt, die zu 10% aus Cyanäthylcellulosefasern und zu 90% aus Viskosekunstseidefasern besteht, und der so erhaltene Schichtstoff wird, wie oben beschrieben, hydraulisch verfilzt, wobei der Schichtstoff (b-B) entsteht. Die Schichtstoffe (c-B) und (d-13) werden in ähnlicher Weise hergestellt. Die Behandlungsbedingungen werden im Bereich von Y Werten von 2,0 X 106 bis 6,1 X 10G m/rnin variiert, wobei man verschiedene Struktureigenschaften erzielt.
Die Produkte werden gemäss Beispiel 1 getrocknet und erweicht. Sämtliche Produkte haben Trockenreissfestigkeiten von mindestens 320 g/cm und Trockenbruchdehnungen von mindestens 38wo. Die übrigen Eigenschaften ergeben sich aus Tabelle III.
Alle Nonwovens haben Trockenkohäsionswerte von mehr als 0,2 und Nasskohäsionswerte von weniger als 0,15 sowie Biegelängen von weniger als 3 cm. Alle was serempfindlichen Fasern haben einen f-Wert (nass) von weniger als 0,70.
TABELLE III Produkt Mittlere Zusammen- Nassreissfestigkeit Trockenhruchdehaung Dispergierbarkeit setzung glcm a 390/0 HÄC* 2,1 38 100 b-B 64 % HÄC * 8,5 46 74 c-B 64 % CbÄC ** 55 40 d-B 64% CNÄC*** 11,0 52 56 * Hydroxyäthylcellulose s* Carboxyäthylcellulose *** Cyanäthylcellulose
Beispiel 5
Als Fasern werden Cyanäthylcellulosefasern mit einer Länge von 12,6mm und einem Titer von weniger als 5 den, die 43.9% Na2SO4 enthalten und zufolge der Analyse 3,5% Stickstoff (auf salzfreier Basis) sowie 0.5% COOH-Gruppen (auf salzfreier Basis) bei einem Cyanäthyl-Substitutionsgrad von 0,465 enthalten,
und 6,3 mm lange Viskosekunstseide-Stapelfasern mit einem Titer von 1,5 den verwendet. Die Cyanäthylcellulosefasern haben einen f-Wert (nass) von weniger als 0,70.
Aus wässrigen Aufschlämmungen der obigen Fasern werden handgeschöpfte Blätter mit verschiedenen Zusammensetzungen und ein Faservlies hergestellt, das auf salzfreier Basis ein Flächengewicht von 51 g/m2 aufweist. Die Blätter werden in 20%iger Natriumsulfatlösung entquollen, zwischen Gautschwalzen gepresst und zwischen Polyamidgewebe und Löschpapier in einem Bogentrockner bei 100 C getrocknet.
Sämtliche Blätter werden hydraulisch verfilzt, indem ein jedes Blatt auf einem Drahtnetz (Maschenweite 24 X 24 je 2,54 cm) mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,92 m/min unter hin- und herschwingenden Strahlen von 20%iger wässriger Natriumsulfatlösung hindurchgeführt wird. Bei den zu 100% aus Viskosekunstseide bestehenden Blättern wird Wasser als Verfilzungsflüssigkeit verwendet. Die Flüssigkeitsstrahlen werden durch eine Lochplatte erzeugt, die eine einzige, 35,7 cm lange Reihe von venturiartig geformten Öffnungen von 0,177 mm Durchmesser aufweist, von denen je 20 auf eine Länge von 2,54 cm entfallen. Die Lochplatte ist an einer Verteilerleitung angebracht und befindet sich 2,54 cm über dem handgeschöpften Blatt.
Die verfilzten Blätter werden mit Löschpapier abgelöscht, dann getrocknet und durch Umwälzen in einem Haushaltsviäschetrockner bei 600C mit 3 Basebällen von 9,7 cm Durchmesser im Verlaufe von 25 Minuten erweicht.
Die für verschiedene Y-Werte (durch Ändern des Druckes der Verfilzungsflüssigkeit) erzielten physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle IV zusammengestellt. Alle Proben haben eine Trockenbruchdehnung von 20 bis 56% und eine Biegelänge von weniger als 3 cm.
Die Produkte a, b und c sind Beispiele für erfolglose Versuche, aus 100%iger Viskosekunstseide brauchbare, fortspülbare Erzeugnisse herzustellen. Es wird mit Wasserdrücken von 7, 10,5 bzw. 14kg/cm2 gearbeitet.
Eine Kombination einer Trockenreissfestigkeit von mindestens 54 g/cm mit einer Nassreissfestigkeit von weniger als 18 g/cm ist nicht erhältlich. Bei höheren Y-Werten, wie sie erforderlich sind, um die Trockenreissfestigkeit des Produktes zu erhöhen, sind die Nonwovens infolge der gleichzeitigen höheren Nassreissfestigkeit und geringeren Dispergierbarkeit nicht fortspülbar.
Die Produkte f, h, j, 1, m, n, o und p sind Beispiele für erfindungsgemässe Nonwovens und haben Trockenkohäsionswerte von mehr als 0,2 und Nasskohäsionswerte von weniger als 0,15.
Die Produkte g, i und k sind übermässig stark verfilzt und haben infolgedessen Nassreissfestigkeiten von mehr als 18 g/cm und Dispergierbarkeitswerte von weniger als 15, so dass sie nicht als fortspülbar bezeichnet werden können. Sie gehören daher nicht zu den erfindungsgemässen Nonwovens.
Wie man sieht, sind die Bedingungen, unter denen die hydraulische Verfilzung durchgeführt wird, äusserst kritisch. besonders bei den niedrigsten Cyanäthylcellulosegehalten. Die in der Tabelle aufgeführten Ergebnisse sowie Ergebnisse, die bei anderen (nicht angegebenen) Y-Werten erhalten wurden, lassen sich durch die folgende Gleichung ausdrücken: Yrns.,i=i < 3,4 + (% Celluloseäther) 1/2
Die maximalen Y-Werte für 10% und 100% Celluloseäther betragen daher etwa 4,8 bzw. 7,6 X 106. Diese Beziehung ist nur auf die bevorzugten Mischungen aus Cyanäthylcellulosefasern und Viskosekunstseidefasern anwendbar.
TABELLE IV Produkt Y CNÄC* Reissfestigkeit, glcm Dispergier- Gewicht, g/cms trocken nass barke,% a 2,1 0 21 16 32 31 b 3,3 0 29 24 16 33 c 4,5 0 5 36 d 2,1 5 57 8,3 48 40 e 2,4 5 73 10 38 36 f 3,8 10 110 11 48 54 g 5,8 10 250 23 6 54 h 3,8 15 100 12 39 51 i 5,8 15 180 28 8 39 j 3,8 20 130 16 54 54 k 5,8 20 230 20 7 47
1 3,8 50 290 9,2 58 74 m 5,8 50 180 14 31 74 n 3,8 75 410 8,0 62 90 o 5,8 75 170 10 29 90 p 3,8 100 350 11 56 93 * Cyanäthylcellulose
Beispiel 6
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung von Nichtcellulosefasern von hohem Absorptionsvermögen zur Herstellung von weichen, in Wasser dispergierbaren Nonwovens.
Eine Lösung von zu 99% hydrolysiertem Polyvinylalkohol von hoher Viskosität in Dimethylsulfoxyd wird auf an sich bekannte Weise aus einer Spinndüse in eine zwecks Verdampfung des Lösungsmittels auf hoher Temperatur gehaltene Atmosphäre versponnen. Die getrockneten Filamente werden aufgewickelt und später auf das 1 ,5fach verstreckt, in einer Stauchkammer gekräuselt und zu Stapelfasern von 6,3 mm Länge zerschnitten. Die Polyvinylalkoholfasern haben in Wasser von 370C ein Absorptionsvermögen von 13 g/g und in Urin ein Absorptionsvermögen von 9,6 g/g.
Die Polyvinylalkohol-Stapelfasern werden mit der gleichen Gewichtsmenge 6,3 mm langer Viskosekunst seide-Stapalfasern gemischt. Das Fasergemisch wird in Eiswasser aufgeschlämmt und in einer Handbütte nach Noble und Wood zu einem handgeschöpften Blatt verarbeitet. Das stark gequollene Blatt wird mit einem Schutzsieb bedeckt und in 20%iger Natriumsulfatlösung entquellen gelassen.
Das nasse, entquollene Mischfaservlies wird auf ein gewebtes Drahtnetz (Maschenweite 24 X 24 je 2,54 cm; Drahtdurchmesser 0,51 mm) übertragen. Die Fasern werden mit Hilfe von Strahlen 20%iger Natriumsulfatlösung von 50 C hydraulisch verfilzt, die unter einem Druck von 14 kg/cm2 einem Düsenaggregat zugeführt wird, das aus 560 in gleichmässigen Abständen voneinander in einer Reihe von 35,7 cm Länge angeordneten Düsen von je 0,127 mm Durchmesser besteht. Das nasse Faservlies wird zwischen gebleichten Sulfitzellstoff Löschblättern abgepresst und durch 15 Minuten langes Umwälzen bei 320C in einem Wäschetrockner mit einem Baseball von 9,7 cm Durchmesser getrocknet.
Das fertige weiche Nonwoven weist die folgenden Kennwerte auf:
Gewicht (g/m2 unlösliche Fasern) 64
Trockenreissfestigkeit, g/cm 61
Trockenbruchdehnung, % 62
Nassreissfestigkeit, g/cm 5,0
Nassbruchdehnung, % 34
Dispergierbarkeit, % 49
Biegelänge, cm 1,18
Ch nass 0,1 Cn trocken > 0,2
7 nass < 0,70
Beispiel 7
Ein Nonwoven mit einem Flächengewicht von 41 g/m2 wird hergestellt, indem eine Wirrfaserbahn aus 19 mm langen Viskosekunstseidefasern mit einem Titer von 1,5 auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 24/2,54 cm mit einer Geschwindigkeit von 4,6 m/min unter 3 Reihen von Wasserstrahlen hindurchgeführt wird, die aus Düsen ausgespritzt werden, die aus einem oberen zylinderförmigen Abschnitt von 0,13 mm Durchmesser und einem unteren, kegelstumpfförmigen Aus lassabschnitt bestehen und in solchen Abständen angeordnet sind,
dass auf eine Länge von 2,54 cm 40 Düsen entfallen. Der Flüssigkeitsdruck, mit dem die Flüssigkeit den Düsen zugeführt wird, beträgt 23, 35 bzw. 42 kg/ cm2. Die Düsen befinden sich 12 mm über dem Faservlies. Das Kunstseidevlies hat einen Trockenkohäsionswert von 0,35 und einen Nasskohäsionswert von 0,71 und ist zu diesem Zeitpunkt nicht ein Nonwoven gemäss der Erfindung.
Dieses Kunstseidevlies wird durch einen Behälter hindurchgeführt, der eine Lösung von 50% Harnstoff und 18% Orthophosphorsäure bei Raumtemperatur enthält. Dann wird das Faservlies zwischen kautschukbeschichteten Walzen zu einer Aufnahme von 2,0 g/g abgequetscht. Das nasse Faservlies wird fortlaufend durch einen handelsüblichen Heissluftofen (Benz) geführt, wo es für einen Zeitraum von 91 Sekunden der Wirkung von einander gegenüber angeordneten Luftstrahlen bei 1 640C ausgesetzt wird. Hierauf wird das Vlies mit einer Geschwindigkeit von 1,9 m / min aufgewickelt.
Das wärmebehandelte Faservlies (aus saurem Cellulosephosphat) wird dann auf einem Drahtnetz durch Hindurchführen unter Leitungswasserstrahlen gewaschen, worauf das überschüssige Wasser zwischen Quetschwalzen abgequetscht wird. Das nasse Faservlies wird sodann unter Strahlen einer Lösung hindurchgeführt, die 17% Na2SO4, 3% NaHPO4 und 1% Natriumhexametaphosphat enthält und auf einen pH-Wert von 6,0 eingestellt ist, worauf der Lösungsüberschuss wiederum zwischen Quetschwalzen entfernt wird.
Das nasse, modifizierte Faservlies (aus Natriumcellulosephosphat) wird durch einen Ofen geführt, wo es der Einwirkung von Luft bei 34 bis 400C ausgesetzt wird, die aus Paaren von einander gegenüberliegenden und quer zur Vorschubrichtung des Vlieses angeordneten Schlitzen austritt, so dass das Vlies jeweils zwischen zwei einander gegenüberliegenden Luftströmen hin- und herflattert. Das trockene Faservlies wird dann erweicht, indem es zunächst zwischen einem Walzenpaar mit ineinandergreifenden Rillenwalzen, deren Rillen in der Vorschubrichtung des Faservlieses verlaufen, und dann zwischen drei Walzenpaaren aus ineinander eingreifenden Rillenwalzen hindurchgeführt wird, bei denen die Rillen senkrecht zur Vorschubrichtung des Faservlieses verlaufen. Alle Walzen sind auf einen Druck von 0,645 kg je cm Breite eingestellt. Die Erweichungsbehandlung wird noch weitere zweimal wiederholt.
Der Trockenkohäsionswert des Nonwovens beträgt 0,29, der Nasskohäsionswert 0,04.
Stücke dieses Nonwovens in Windelgrösse sind fortspülbar. Die Eigenschaften ergeben sich aus Tabelle V.
Beispiel 8
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung von Natriumcellulosehemisuccinat.
Das Kunstseidevlies gemäss Beispiel 7 wird durch einen Behälter geführt, der eine 600C warme Lösung von 30% Succinamidsäure und 0,60% Sulfaminsäure enthält, und dann zwischen Walzen bis zu einer Aufnahme von 2,0 bis 2,1 abgequetscht. Das nasse Faservlies wird fortlaufend mit einer solchen Geschwindigkeit durch einen auf 2050C gehaltenen Ofen mit Luftumlauf geführt, dass die Verweilzeit im Ofen 95 Sekunden beträgt.
Das Vlies aus Cellulosehemisuccinat wird gewaschen, indem es durch einen Behälter mit weichem Wasser hindurchgeleitet wird; dann wird es abgequetscht, neutralisiert und in einem anderen Behälter bei Raumtemperatur mit einer Lösung gebleicht, die 3% Na2HPO4, 17% Na5SO4 und 0,5% KHSOs enthält und auf einen pH-Wert von 8,5 bis 9,0 eingestellt ist. Das Vlies aus Natriumcellulosehemisuccinat wird abgequetscht und in umlaufender Luft bei Raumtemperatur getrocknet.
Windeln aus diesem Nonwoven werden an Kleinkindern geprüft und zeigen bei der Verwendung einen ausgezeichneter Zusammenhalt sowie eine vollständige Fortspülbarkeit. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle V.
Beispiel 9
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung von Natriumcellulosesulfatfasern.
Ein Faservlies mit einem Flächengewicht von 44 g/m2 wird aus einer Wirrfaserbahn aus 19 mm langen, gekräuselten Viskosekunstseidefasern mit einem Titer von 1,5 den unter Verwendung der Vorrichtung gemäss Beispiel 7 und der in Beispiel 7 angegebenen Vorschubgeschwindigkeit bei Drücken von 21, 35, 56 bzw. 56 kg/cm2 für die 4 Düsenreihen hergestellt.
Das Kunstseidevlies wird 2 Minuten in einer 50 C warmen Lösung von 300g Harnstoff, 100g 99%iger Schwefelsäure und 75g Wasser behandelt. Dann wird es bis zu einer Aufnahme von 3,2 abgepresst und 3 Minuten in einem Ofen auf 1690C erhitzt. Das erhitzte Faservlies wird mit einer 17% NazSO4 und 3% Na2HPO4 enthaltenden und auf einen pH-Wert von 8,5 eingestellten Lösung neutralisiert, bis zu einer Aufnahme von 1 g/g abgequetscht und getrocknet. Das Nonwoven ist fortspülbar. Die Eigenschaften ergeben sich aus Tabelle V.
Beispiel 10
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung von Natriumcarboxymethylcellulosefasern.
Ein Faservlies mit einem Flächengewicht von 27 g/m2 wird aus 39 mm langen Viskosekunstseidefasern mit einem Titer von 1,5 den mit Hilfe der in Beispiel 7 beschriebenen Vorrichtung mit der Ausnahme hergestellt, dass zwei weitere Düsenreihen hinzugefügt werden, die bei Drücken von 14kg/cm2 bzw. 21 kg/cm2 betrieben werden. Das Vlies hat einen Trockenkohäsionswert von 0,74 und einen Nasskohäsionswert von 0,96.
Das Faservlies wird chemisch modifiziert, indem es fortlaufend durch ein Bad, das 2.1% NaOH und 15,8% Natriumchloracetat enthält, geführt, bis zu einer Aufnahme von 1,1 g/g abgequetscht, 18 Sekunden im Luftofen auf 1400C erhitzt, in 5%iger Schwefelsäure unter Bildung von Carboxymethylcellulose angesäuert, mit Wasser gewaschen und in einem Bad, das 2% Na2HPO4 und 8,5% Na2SO4 enthält und auf einen pH-Wert von 8,5 eingestellt ist, in das Natriumsalz übergeführt wird. Dieses Nonwoven (A) wird bei 400C in einem Umwälztrockner mit Basebällen von 9,7 cm Durchmesser getrocknet.
Es werden Damenbinden hergestellt, indem ein 64 X 17,8 cm grosses Stück des Nonwovens um einen Kern herumgewickelt wird, so dass sich das Nonwoven am Boden der Binde überlappt, worauf die sich überlappenden Stellen mit kleinen Tupfen eines wasserlöslichen Klebstoffs angeklebt werden. Der Kern besteht aus mit Kreppapier umwickeltem Holzflaum. Das Kreppapier weist an den Seiten und am Boden einen Überzug aus einem Polymethacrylsäurefluoralkylester auf, der als Flüssigkeitssperrschicht dient. Die Binden werden be nutzt und dann fortgespült. Die grosse Mehrzahl der Binden (223 von 230) lässt sich bei einmaliger Spülung mit Wasser fortspülen; die übrigen sieben erfordern zweimaliges Spülen.
Ein zweites Nonwoven (B) mit einem Flächengewicht von 42 g/m2, einem Trockenkohäsionswert von 0,66 und einem Nasskohäsionswert von 0,78 wird, wie oben beschrieben, hergestellt, mit dem Unterschied, dass die Vorschubgeschwindigkeit unter den mit 21, 35, 42, 49 bzw. 63 kg/cm2 Flüssigkeitsdruck betriebenen Düsen 6,4 m/min beträgt. Das Faservlies wird dann, wie oben beschrieben, chemisch modifiziert, mit dem Unterschied, dass die Reagenzlösung 2,22% NaOH und 18,4% Natriumchloracetat enthält und als letzte, zur Überführung in das Salz verwendete Lösung eine Lösung dient. die 1% Na2HPO4 und 4,25% Na2SO4 enthält und auf einen pH-Wert von 8,5 eingestellt ist.
Windeln werden hergestellt, indem eine Schicht des oben beschriebenen Nonwovens, eine Holzflaumschicht, eine Kreppapierwattierung, eine Holzflaumschicht und schliesslich wieder eine Schicht des Nomvovens aufeinandergefügt werden. Für eine Windel mittlerer Grösse werden ein Nonwovenstück von 28 X 35 cm und Kerne aus Holzflaum sowie Kreppapier von 12,7 X 30 cm Grösse verwendet. Die beiden Nonwovenlagen werden rings um die Ränder des Kerns herum mit 3 mm grossen Tupfen eines wasserlöslichen Klebstoffs, die sich in Abständen von 5 cm voneinander befinden, zusammengeklebt.
Die Windeln werden an Kleinkindern erprobt und bewahren bei der Verwendung ihren Zusammenhalt; nach dem Gebrauch lassen sich sämtliche Windeln leicht in Haushaltstoiletten fortspülen.
Die Eigenschaften dieser Nonwovens sind in Tabelle V angegeben.
Beispiel 11
Dieses Beispiel erläutert die Herstellung eines ungemusterten Nonwovens gemäss der Erfindung.
Ein Faservlies mit einem Flächengewicht von 88 g/m2 wird nach Beispiel 7 aus den dort beschriebenen Viskosekunstseidefasern mit einer einzigen Düsenreihe hergestellt, wobei als Träger ein Drahtnetz mit 150 Maschen je 2,54cm und 37% offener Fläche verwendet wird, welches das Faservlies mit einer Geschwindigkeit von 3.7 m/min so unter der Reihe schwingender Düsen hindurchführt, dass die Bahn je einmal unter Düsen hindurchläuft, die mit einem Druck von 14, 35, 70 bzw.
84 kg/cm2 betätigt werden. Das undurchlochte Faservlies ist glatt und ähnelt einem Filz mit schwachen Rillen.
Ein Teil des trockenen Vlieses wird 2 Minuten in eine Lösung von 50% Harnstoff und 18% Orthophosphorsäure getaucht, ablaufen gelassen und bis zu einer Aufnahme von 1,6 bis 1,7 abgequetscht. Das nasse Faservlies wird in einem Luftofen 4 Minuten auf 1600C erhitzt. Dann wird das Vlies in einer wässrigen Lösung gewaschen, die 5% Schwefelsäure und 17% Natriumsulfat enthält, ablaufen gelassen, abgequetscht und in einer wässrigen Lösung, die 4% Na2HPO4 und 17% Na2SO4 enthält und auf einen pH-Wert von 8,4 eingestellt ist, in Natriumcellulosephosphat umgewandelt.
Hierauf wird das Vlies wieder ablaufen gelassen, abgequetscht und an der Luft getrocknet.
Aus dem Nonwoven wird eine Windel mittlerer Grösse hergestellt. Die Windel zerreisst nach zehnmaligem Eintauchen in das Becken einer Toilette in zwei Teile, und 85% der Windel werden nach dreimaliger Spülung an den Haken des Abflussrohres vorbeigespült. Die Eigenschaften dieses Nonwovens ergeben sich ebenfalls aus Tabelle V.
Beispiel 12
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung einer heterogenen, wasserempfindlichen Faser.
Ein Faservlies mit einem Flächengewicht von 27 g/m2 wird aus einer Wirrfaserbahn aus 12,6 mm langen Viskosekunstseidefasern mit einem Titer von 1,5 den mit der Vorrichtung und nach dem Verfahren des Beispiels 7 hergestellt, jedoch unter Verwendung von 4 Düsenreihen, die mit Drücken von 21, 28, 35 bzw. 35 kg/cm2 betrieben werden.
Das trockene Faservlies wird 1 Minute in eine Lösung aus 70 Vol.-% Wasser und 30 Vol.-% N-Dimethylformamid eingebracht und dann bis zu einer Aufnahme von 1 g/g abgequetscht. Das nasse Vlies wird 1 Minute bei Raumtemperatur in eine 0,25n Lösung von SO2 in N-Dimethylformamid eingebracht und wieder bis zu einer Aufnahme von 1 g/g abgequetscht. Hierauf wird das Vlies 1 Minute in 5tsiger wässriger Schwefelsäure behandelt, abgequetscht, 1 Minute in einer wässrigen Lösung behandelt, die 17% Na,SO4 und 3% Na2 HPO4 enthält und auf einen pH-Wert von 8,5 eingestellt ist, wieder abgequetscht und an der Luft getrocknet. Man erhält Fasern aus Cellulose (Viskosekunstseide) mit einem äusseren Mantel aus Natriumcellulose- sulfat.
Ein 44 X 33 cm grosses Stück dieses Nonwovens wird in synthetischem Urin eingeweicht und zweimal mit Wasser gespült, worauf es sich zu 100% fortspülen lässt. Das Nonwoven hat die in Tabelle V angegebenen Eigenschaften. Der mittlere Substitutionsgrad des Kunst seidekerns und des modifizierten Mantels beträgt 0,008.
Beispiel 13
Dieses Beispiel erläutert, dass die erfindungsgemässen Nonwovens eine stärkere innere Bindefestigkeit aufweisen als die bisher bekannten.
Die Prüfung auf innere Bindefestigkeit, die ursprünglich zur Messung der inneren Bindefestigkeit von Papier bestimmt war, eignet sich auch zur Messung der senkrechten Verfilzungskomponente durch die ganze Dicke des Nonwovens hindurch.
Im Grunde besteht diese Prüfung darin, die Kraft zu bestimmen, die erforderlich ist, um die Probe zu zerreissen, wenn die ebenen Oberflächen der Probe zwischen zwei Klebbandstücken angeordnet und festgehalten werden.
Wie zu erwarten, zerfällt ein Schichtstoff hierbei leicht in seine einzelnen Schichten (niedrige innere Bindefestigkeit), während Erzeugnisse, die durch eine senkrechte Faserkomponente zusammengehalten werden, höhere Kräfte zum Zerreissen erfordern, da die senkrechten Fasern zerrissen werden müssen.
Die innere Bindefestigkeit von Nonwovens wird auf dem als Internal Bond Tester bezeichneten Prüfgerät (Modell B, hergestellt von der Sisalkraft-Scott Co. in Providence, R.I., USA) bestimmt, indem die Kraft gemessen wird, die erforderlich ist, um eine Probe in ihrer Hauptebene mit Hilfe eines mit Gewichten belasteten Pendels abzuscheren. Die Probe wird mittels eines doppelseitig klebenden Klebebandes an einer unteren, ortsfesten Stahlplatte und an einem oberen, im rechten Winkel stehenden Schlagstab (der von dem Pendel getroffen wird) befestigt.
TABELLE V Beispiel 7 8 9 10 (a) 10 (b) 11 12 Substitutionsgrad 0,26-0,30 0,30 0,28 0,17 Kohäsionswert Ch trocken 0,29 0,42 0,59 0,66 0,77 0,69 0,32 C}i nass 0,04 0,04 0,27 0,11 0,10 0,14 0,06 Reissfestigkeit Maschinenrichtung/ Querrichtung, g/cm trocken 1100/460 680/490 480/360 730/500 1200/540 c1200/1600 c430/180 nass 3,2/2,0* 2,6/18 11/4,8 0,29/0,28 2,9/0,9* 0,18/0,27 0,17/0,17 nassS.U.** 137/68 80/65 41 36/20 80/70 25 (Mittel) (Mittel) Trockenbruchdehnung, %
Maschinenrichtung 12 27 32 28 20 39 32
Querrichtung 72 44 36 77 77 28 36 Gewicht, g/cm2 78 52 52 41 62 110 34 f,
nass 0,72 < 0,70 < 0,70 < 0,70 0,31 < 0,70 - < 0,70 * Leitungswasser ** Synthetischer Urin Die Biegelänge für sämtliche Nonwovens beträgt weniger als 3 cm.
Die Flächen der Stahlplatte, des Schlagstabes, des Nonwovens und des Klebbandes betragen 2,54 cm X 2,54cm. Das Prüfgerät weist eine Einspannvorrichtung zum gleichzeitigen Anbringen von fünf Proben bei einem genormten Druck auf. Die fünf Proben werden in der Maschinenrichtung und in der Querrichtung untersucht, und der angegebene Wert ist der Mittelwert. Das Nonwoven soll sich in salzfreiem Zustand befinden, wie es durch Extraktion für die Bestimmung des Kohäsionswertes erhalten wird. Es werden Drücke von 14 kg/cm2 angewandt, obwohl niedrigere Drücke bei sehr dünnen und porösen Proben erforderlich sein können, um zu verhindern. dass das obere Klebeband mit dem unteren Klebeband in Berührung kommt.
Mit Nonwovens, die grobe Öffnungen enthalten (d.h. mit 12 oder noch weniger Öffnungen je 2,54 cm u. mit einem Flächengewicht von weniger als etwa 34 g/m2) werden keine sinnvollen Ergebnisse erhalten, weil dann das eine Klebeband durch die ganze Dicke des Nonwovens hindurch am anderen Klebeband festklebt.
Es werden Nonwovens aus einer Anzahl der obigen Beispiele sowie auch Papiere und ein handelsübliches, harzgebundenes Nonwoven untersucht.
Die bevorzugten Nonwovens gemäss der Erfindung weisen innere Bindungsfestigkeiten von mindestens 1,1 kg.cm auf, während besonders bevorzugte Nonwovens mit dem höchsten Zusammenhalt in trockenem Zustande innere Bindefestigkeiten von mindestens 2,1 kg.cm aufweisen.
Nachstehend sind typische Ergebnisse zusammengestellt:
Innere Nonwoven gemäss Beispiel Bindefestigkeit kg-em
1, erweicht 3,1
2, Produkt d 1,2
2, Produkt 1 2,3
7 1,5
8 2,6 12 4,4 Typische,in den Beispielen verwendete Kunstseide-Nonwovens 3,4 bis > 6,9 Handelsübliche, harzgebundene Nonwovens aus Kunstseide (Bindemittel in 1,6 mm breiten Bändern mit Mittelpunktsabständen von 6,3 mm über die ganze Breite des Nonwovens angeordnet) 0,7 bis 1,0 Als Ausgangsstoff für Beispiel 1 und 2 verwendetes Papier 0,14 bis 0,7
Absorbent water dispersible nonwovens and processes for their manufacture
The present invention relates to nonwovens which have dry strength and cohesion without binder or fusion bonds and contain 10-100% by weight of water-sensitive fibers and whose strength and durability are based, for example, on the mutual entanglement of the fibers.
Nonwovens whose strength is based on fiber entanglement are known from Belgian patent 673 199 and the invention relates to an improvement of the nonwovens described in this patent, according to which the nonwovens retain their strength even in the presence of urine and body fluids and can be dispersed in water. Such materials can be rinsed away after use.
The invention represents inexpensive. soft, absorbent materials are available which are easily disposed of in sewer systems by e.g. can be flushed down in the toilet bowl. They are well suited for hygienic uses, for example as diapers, bandages and panties, in which an absorbency for body fluids and easy disposal after a single use are desirable. A pleasing appearance and a soft hand are also required. The materials have sufficient strength and surface resistance for such uses.
The invention relates to nonwovens in which the water-sensitive fibers have a length of less than 7.6 cm and the water-insensitive fibers have a length of less than 1.3 cm, the nonwoven having a dry cohesion value (Ch dry) in the absence of binder or melt bonds ) of at least 0.2 and a wet cohesion value (Ch wet) of less than 0.3. with the proviso that the ratio
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is.
The nonwoven preferably has a weight of 10 to 170 g / m2 and in particular a wet tensile strength of less than 18 g / cm. According to a highly preferred embodiment, these nonwovens have an elongation at break in two mutually perpendicular directions of at least 20%, a wet cohesion value of less than 0.15, and they contain at least 40% by weight of water-sensitive fibers. According to a highly preferred embodiment of the invention, the nonwoven has an average tensile strength in synthetic urine of at least 9 g / cm, a dry cohesion value of at least 0.3, a wet cohesion value of not more than 0.15 and a dry / wet ratio of at least 2. Furthermore, the water-sensitive fibers should preferably have a titer between 0.5 and 15 den and a length between 0.6 and 5.1 cm.
The preferred water-sensitive fibers are those cellulose ester and cellulose ether fibers whose AOH compound (as defined below) is at least 3% soluble in water of 200 ° C. Two particularly preferred products consist either (a) practically only of water-sensitive fibers or (b) of several layers, of which the surface layer consists of at least 80% by weight of water-sensitive fibers and the middle layer of at least 70% by weight of water-sensitive fibers , while the total product consists of 30-90% by weight of water-sensitive cellulose fibers.
Another object of the present invention is a process for the production of the described nonwovens, wherein a water-insensitive fibers at most 1.3 cm long and at least 10% water-sensitive or water-sensitive fibers of less than 7.6 cm length are placed on an with openings The nonwoven provided on the carrier is hydraulically felted by means of fine columnar jets of a liquid inert to the fibers, which is impacted on the nonwoven with an energy flow of at least 9100 Joule / cm2 min, with the proviso that when water-sensitive fibers are used in the initial nonwoven the by the Y value.
that by the formula
Liquid volume (kg / min) X liquid speed (m / min)
Weight of the treated fiber fleece (kg / min) is calculated, certain extent of the treatment is between 9 X 10 and 7.6 X 106 and a liquid that de-swells the fibers is used, whereby when using fibers that can be made water-sensitive in the starting fleece, their transfer in water-sensitive fibers after hydraulic entanglement.
In a preferred embodiment of the method, fibers that can be made water-sensitive are used in the starting fleece, and they are converted into water-sensitive fibers by adding 100-300% by weight, calculated on the dry weight of these fibers, of a 17-30% solution to the hydraulically entangled nonwoven a monoamide of a dibasic acid and then heated to 165-2100C.
In a further preferred embodiment of the method, fibers which can be made water-sensitive are used in the starting nonwoven and they are converted into water-sensitive fibers by adding 60-160% by weight of the hydraulically entangled nonwoven, based on the dry weight of these fibers, phosphoric acid and urea in a weight ratio of 1: 3 to 1: 2 and then heated to 125 - 210 C.
The cohesion value (Ch) is a measure of the degree to which the nonwoven falls apart due to the fibers sliding along each other (in contrast to fiber breakage) when a long strip of the same is pulled apart; this size is therefore a measure of the mutual friction of the fibers, to which the non vioven owes its strength.
Nonwoven is a product with a drop, determined by a bending length of less than 3.0 cm in two mutually perpendicular directions, and an elongation at break of at least 9% in at least one direction.
Water-sensitive fibers are those which have a wet coefficient of sliding friction of less than 0.90 (preferably less than 0.70), which is determined on a nonwoven consisting essentially of salt-free fibers which are also insoluble in synthetic urine have to.
The fibers can be homogeneous, i. have a uniform chemical composition over their entire cross-section, or they can be heterogeneous in that they have an adherent coating or jacket made of a water-sensitive substance.
Synthetic urine is a saline solution that contains 10 g of table salt, 24 g of urea, 0.6 g of magnesium sulfate and 0.7 g of calcium acetate monohydrate per liter of solution in distilled water.
A wet cohesion value of less than about 0.30 is characteristic of fibers that are matted with one another, which in water disintegrate into small pieces under the influence of the relatively mild forces of the turbulent flow in a toilet bowl.
The preferred articles of the invention have wet cohesion values less than about 0.15.
This type of product can be washed away in the form of relatively large pieces (e.g. 33 cm X 43 cm) with reduced water turbulence without having to be immersed in water before being washed away.
Some water-sensitive fibers useful in the invention are known.
A simple and well-known way of producing such fibers is to modify cellulose. Suitable chemical reactions in which cellulose derivatives with the hydroxyl group are involved are described in the work Cellulose, Volume II, by Ott and Spurlin, pages 673-1026 (Interscience Publishers, Inc., New York, 1954), in which also water-soluble derivatives are specified. Oxycellulose can also be used for the purposes of the invention. Further products are described in the work A Survey of Soluble Chemically Modified Cotton Fieber by R. Reinhardt and colleagues in Textile Research Journal, Volume 27 (1957), pages 59-65.
The chemical modification of cellulose and other polymers is detailed in the work eChemical Reactions of Polymers by E.M. Fettes (Interscience Publishers, New York, 1964).
The reactions for converting cellulose into water-sensitive derivatives, such as esterification and etherification, can also be applied to other, non-cellulosic polymers which contain reactive hydroxyl groups in the chain.
Water-sensitive fibers can also be easily produced by hydrolysis of fibers made of polyvinyl acetate (resulting in polyvinyl alcohol fibers) or copolymers of vinyl acetate with monomers such as ethylene, vinyl chloride or methyl methacrylate.
The water-sensitive fibers are preferably chemically modified cellulose fibers which have a degree of substitution in the range from about 0.1 to 1.5 on their surface, according to the formula
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have, in which R is mainly a hydrocarbon group free of aliphatic unsaturated bonds, which can contain non-interfering hydrophobic substituents, ether oxygen bonds or ester oxygen bonds in the chain, while B a hydrophilic substituent and Y a hydrogen atom, an acid group with an ionizable hydrogen atom an oxygen atom is bonded, or a salt of a monovalent cation of such an acid, where the above general formula must meet the following conditions:
When Y is hydrogen and t is 0, R has fewer than 5 carbon atoms; when Y is hydrogen and t is 1, R has fewer than 8 carbon atoms; when Y is a salt and t is 0, R has fewer than 19 carbon atoms, but when Y is an acid and t is 0, R has fewer than 10 carbon atoms; q, r and s are 0 or 1, but when r = 1, q and s are also = 1; t has the value 0 or is an integer up to the number of replaceable hydrogen atoms in the radical R, and u has the value 1 or 2.
Suitable hydrophilic groups for the cellulose ether or cellulose ester derivatives are e.g. Sulfamyl, sulfonamide, phosphoramide, phosphonamide, hydroxyl, carbamyl, amino, lower alkylamino groups (the lower molecular weight groups having molecular weights less than about 80).
These groups also increase the water solubility of hydrocarbons when used as a substituent for a hydrogen atom.
Suitable acid groups for the cellulose ethers and esters are those groups in which the oxygen is directly bonded to carbon, sulfur or phosphorus (with molecular weights of less than about 100). These acidic groups have an ionization constant for the first hydrogen atom of less than 1 X 10-5.
The hydrophobic or non-interfering substituents are those groups which have hardly any influence on the water sensitivity of the cellulose compound, such as halogen atoms, nitrile and nitro groups, and which can be contained in the cellulose derivative to a limited extent as a result of the synthesis method used to produce the compound.
Suitable cellulose ethers are e.g. the lower alkyl ethers, such as methyl, ethyl, propyl ethers, and substituted ethers such as cyanoethyl, cyanomethyl, hydroxy ethyl, acrylamido, aminoethyl, dimethylaminoethyl, ethylaminoethyl, dinitromethyl ether and poly (ethylene oxide) - Links. Preferred cellulose ethers which contain acid groups are carboxymethyl, carboxyethyl, sulfoxyethyl, sulfoxybutyl, sulfatoethyl, phosphoropropyl, phosphatoethyl, malonic acid, carboxybenzyl and sulfoxybenzyl ethers.
Suitable cellulose esters are the lower alkyl esters, such as the esters of formic acid, acetic acid and propionic acid, and substituted esters, such as hydroxyacetate, hydroxybutyrate, x-hydroxydimethylpropionate and ethyl carbonate.
Preferred cellulose esters which contain an acid group are cellulose phosphate, cellulose sulfate, cellulose
The above ester and ether-forming groups can have a wide variety of other substituents.
The highest water sensitivity is observed for a given degree of substitution and a given compound in fibers which are produced by extrusion of a solution of the cellulose derivative in question. E.g. For the purposes of the invention, such extruded fibers made of cyanoethyl cellulose with a degree of substitution of 0.15 to 0.80, of hydroxyethyl cellulose with a degree of substitution of 0.1 to 0.9, and of sodium carboxymethyl cellulose with a degree of substitution of 0.1 to 0.3 are suitable and from sodium carboxy ethyl cellulose with a degree of substitution of 0.1 to 0.3. The production of these fibers is known per se.
Cyanomethylated fibers are e.g. described in French patent 1,346,262.
Suitable fibers made by chemically modifying cellulose fibers are e.g.
Sodium carboxymethyl cellulose with a degree of substitution of 0.2 to 0.4, sodium cellulose sulfate with a degree of substitution of 0.2 to 0.4, monosodium cellulose phosphate with a degree of substitution of 0.2 to 0.4 and sodium cellulose hemisuccinate with a degree of substitution of 0.2 to 0, 4th Fibers of this type generally require higher degrees of substitution than extruded fibers to achieve a given degree of water sensitivity. The ranges of degree of substitution given for the above sodium salts apply to completely neutralized derivatives. Partially neutralized or partially crosslinked (e.g. crosslinked by polyvalent cations) derivatives with a higher degree of substitution can also lead to the desired water sensitivity.
One way of defining suitable cellulose esters and ethers of the general formula Cellulose-O-A is to prepare the compound of the formula A-OH and examine its solubility. If the compound A-OH has a solubility of at least 3% in water at 200C. it is suitable for use as a water-sensitive fiber.
A can be an organic or inorganic molecule or a combined organic and inorganic molecule: cellulose ether A-OH solubility n-butyl n-butyl alcohol 7.9 cyanoethyl cyanoethyl alcohol aminobutyl 2-aminobutanol- (1) oo carboxypropyl a-hydroxybutyric acid> 20 cellulose ester cellulose propionate propionic acid Cellulose hemisuccinate Succinic acid 6.8 Cellulose phosphate Phosphoric acid Cellulose sulfate Sulfuric acid OO Potassium salt of potassium acid phthalate 10 Cellulose hemiphthalate sulfite, cellulose phosphite, cellulose borate, cellulose hemioxalate, cellulose hemimalonate, cellulose hemi-phthalate, cellulose hemi-phthalate.
The group A) y preferably contains an acidic group or consists entirely of an acidic group in the form of the free acid or partially or completely in the form of an alkali metal or ammonium salt.
Such groups include the -COOH, -PO (0lI) 2, -OP (OH) 2, -OSQOH, -SO2OH groups, the -OB (OH) 2 group bonded to a carbon atom, or groups such as the -PO groups (OH) 2, P (OH) 2 and -SO2OH, of which group A can consist completely, and which are bonded to the cellulose through an oxygen atom.
Another way in which water-sensitive fibers can be obtained is the hydrolysis of polymers with pendant ester, amide or nitrile groups to form carboxyl groups or amides.
Polymers and copolymers of acrylic acid nitrile, acrylic acid alkyl esters, methacrylic acid alkyl esters, acrylic acid amides and vinyl phosphonate are suitable for this purpose. The same types of polymers can also be prepared by subjecting acidic monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, styrene sulfonic acid or vinyl sulfonic acid to copolymerization with other monomers such as acrylonitrile, styrene, vinyl chloride or vinylidene chloride.
These monomer combinations and polymerization processes are known per se.
Another method is based on known water-soluble fibers and cross-links them through ionic bonds (e.g. through calcium ions or an acidic polymer) or through covalent bonds with bifunctional reactants (diamines, glycols and the like) or through the action of high-energy radiation (e.g. a 2 MEV- Radiation from an electron accelerator according to Vandegraaff). The water solubility of these fibers can also be decreased by increasing the molecular orientation, e.g. by further stretching. Such fibers are made of polyvinyl alcohol and the like.
Another method of making water-sensitive fibers is by binding acidic compounds to the fibers by irradiation according to US Pat. No. 2,999,056.
Many polycondensation products are known to be water-soluble, and these can also be used in the context of the invention if they meet the other requirements.
These polycondensation products can be crosslinked, on the one hand to reduce their solubility in water and, on the other hand, to still give them sufficient water sensitivity, or the polycondensation products can be produced in the form of mixed polycondensation products with monomers such as hexamethylene diamine and adipic acid, whereby water-sensitive polycondensation products are obtained directly.
Typical water-insensitive fibers are the commercial textile fibers such as cellulose synthetic silk, cotton, polyamide fibers, polyacrylic fibers or polyester fibers. Most advantageous are fibers with denier from 1 to 5; however, thinner fibers such as papermaking fibers or cotton linters can also be used. Preferably, the fibers are biodegradable since the products are intended to be dispersed in sewers. Cellulose fibers such as cotton or viscose rayon are particularly valuable.
To further explain the invention, reference is made to the drawings.
1 is a schematic view of an apparatus which can be used for producing the nonwovens according to the invention.
FIG. 2 is a schematic isometric view of an exemplary device for the continuous high-speed production of the nonwovens according to the invention.
3 is a photomicrograph at 10 times magnification of a typical part of a nonwoven produced according to Example 1 and shows its surface in direct illumination.
Fig. 4 is a photomicrograph at 10X magnification which corresponds to Fig. 3 but shows the undersurface of the nonwoven which is adjacent to the wire mesh carrier during manufacture.
Fig. 5 is a photomicrograph at 10 times magnification and shows a typical portion of a patterned nonwoven made of fibers entangled with one another, namely the top side thereof when directly illuminated.
Fig. 6 is a photomicrograph at 10X magnification corresponding to Fig. 5 showing the underside of the nonwoven.
3 to 6 explain products according to the invention, in which the fibers are held in place by random entanglement in a recurring pattern of ordered fiber groups which are arranged in parallel rows which in turn are connected to one another by fibers which are located between adjacent rows extend. In this way a cohesive structure is created. A wide variety of patterns can be produced, as described in Belgian patent 673 199. The product according to FIGS. 3 and 4 is produced on a woven wire mesh with a plain weave (24 X 24 meshes each 2.54 cm).
The product has ordered fiber groups. which are arranged in regular parallel rows, which extend in the two main directions of the nonwoven and are connected to one another by randomly matted fibers to form a network that has an ordered geometric pattern of openings. 4 shows groups of fibers which form rib-like projections on the surface of the nonwoven. In this embodiment, the ordered fiber groups each run between adjacent parallel wires of the wire mesh.
The product shown in Figures 5 and 6 is made on a grid of 1.02 mm thick parallel rods, twelve of which are spaced 2.54 cm apart. The recurring pattern of this product is characterized by groups of matted fibers that form a regular pattern of rib-like projections separated by recessed grooves running parallel to straight lines, the rib-forming groups being interconnected by rows of generally parallel fibers are connected, which form bridges under the grooves separating the ribs from each other and are matted together in adjacent groups.
A somewhat similar product can be made on a rectangular wire mesh that has 5 to 12 thick wires per 2.54 cm in one direction and about 3 to 5 times as many thinner wires per 2.54 cm in the other wire mesh direction.
Suitable products can also be made which do not have a recurring pattern of ordered fiber groups or openings and e.g. can be felt-like. Such products can be made on fine mesh wire nets with 205 or more meshes per cm.
The nonwovens of the present invention can be made by treating webs containing water-sensitive fibers with substantially columnar liquid jets (i.e. liquid jets with a total divergence of not more than 50).
The energy flow of the beam (EF) can be according to the equation
98 PG / A Joule / cm2 - min can be calculated, in which P is the pressure in kg / cm2 with which the liquid is sprayed out, G the mean flow volume of a liquid jet in 1 / min and A the cross-sectional area of a jet in cm2 at one point means immediately before it hits the fiber fleece. If the fiber fleece is removed, this area can be determined by taking photographs of the liquid jet or otherwise by using micrometer probes. Appropriate rays are obtained.
by forcing a suitable liquid under high pressure through narrow openings under such conditions that the emerging rays remain practically columnar at least until they hit the nonwoven fabric. The intensity of the rays is sufficient to firmly entangle the fibers in place.
In order to obtain nonwovens according to the invention, critical control of the extent of the treatment is necessary, taking into account the energy input by the liquid jets, the speed at which the nonwoven material advances under the liquid jets and the weight of the nonwoven material. The degree of treatment required is determined by the value Y, which is equal to the product of the weight of the liquid in kg / min and the speed of the liquid in m / min, divided by the weight of the treated fibrous material in kg / min. If the fiber fleece is treated several times, the value Y is the sum of the values calculated for each individual treatment. The weight amounts of the liquid used and the fiber material are determined for a certain period of time.
The liquid velocity is then calculated by dividing the kg of liquid per minute by the density of the liquid in kg / m3 and by the total area of the outlet opening or openings in m.
The rays must contain a de-swelling liquid in order to prevent the water-sensitive fibers from swelling during treatment, which could lead to damage. Various aqueous salt solutions are suitable for this, such as 17 to 20% sodium sulfate solution, 20 to 30% ammonium sulfate solution or 30% sodium citrate solution. Non-aqueous liquids can also be used.
Nonwovens according to the invention can also be produced from a fleece made of water-insensitive fibers by felting them together and then chemically modifying some or all of the fibers of this fleece so that they become water-sensitive.
Reactions suitable for this purpose are the reaction with chloroacetic acid and alkali to carboxymethyl cellulose, the reaction with alkali and ethylene oxide to form hydroxyethyl cellulose, the reaction with alkali and acrylic acid amide or acrylic acid nitride to form carboxyethyl cellulose, the reaction with phosphoric acid and urea to form acidic cellulose phosphate, the reaction with succinamic acid to form succinic acid Cellulose hemisuccinate, the reaction with urea and sulfuric acid (or sulfamic acid) to cellulose sulfate and the like. Such reactions can be carried out well with regenerated cellulose such as rayon rayon; In the case of cotton, it may be necessary to first break it down, mercerize it or use more severe reaction conditions.
Other reactions are suitable for making water sensitive fibers from non-cellulosic fibers such as e.g. the hydrolysis of polyvinyl acetate fibers to polyvinyl alcohol, the hydrolysis of crosslinked polyvinyl alcohol fibers, the hydrolysis of polyacrylic fibers, the application of the reactions described above for viscose rayon to non-cellulose fibers which have hydroxyl groups, such as copolymers containing vinyl alcohol units, and the like.
The so modified nonwoven fabric is then usually subjected to treatment to remove the reactants and by-products. When choosing the treatment, the water sensitivity of the modified fibers must be taken into account. If the water sensitivity of the modified fibers is due to a non-ionic chemical group such as cyanoethyl group, hydroxyl group, etc., treatment with an organic liquid such as alcohol or acetone can be used; but it is preferably carried out with a fairly concentrated solution of a neutral salt.
If the water sensitivity of the modified fibers is due to an ionized chemical group such as a weak acid, another cleaning treatment can be used. When the fiber is in the acid form, as in the acid form of carboxymethyl cellulose, it is inert to water. In some acid reactions, the fibers are obtained in the free acid form and such fibers can be washed with water.
Other implementations, e.g. Can be done with alkali supply the salt of the acid, and the fibers can be treated with a strong acid such as sulfuric acid.
treated and then washed with water. The purified acid forms of the fibers are then converted to the salt form by neutralization with a mild alkali, preferably with a buffered solution in the presence of a relatively concentrated salt solution, or in a non-aqueous medium.
The modified nonwoven can be washed with a buffered solution of the correct pH and concentrated saline to obtain the desired salt form.
The preferred methods are as follows: (a) The treatment of fiber webs made of regenerated cellulose with an aqueous solution containing about 5 to 30% by weight (preferably 8 to 20% by weight) sodium chloroacetate and about 2 to 10% by weight % (preferably 2 to 5% by weight) alkali metal hydroxide contains up to an absorption of about 2 to 4% by weight and subsequent drying of the nonwoven fabric at about 100 to 1800C for a period of about 0.1 to 5 minutes . This usually gives a degree of substitution of about 0.2 to 0.4.
The nonwoven modified in this way then has to be post-treated to remove the excess alkali hydroxide so that the etherified fibers remain in the NaCMC form.
(b) allowing an amic acid to act on the nonwoven fabric made of regenerated cellulose and bringing about the reaction by heating.
The amic acid is expediently used in the form of a 17 to 30% strength aqueous solution up to an absorption of about 1 to 3% by weight. This uptake area can be increased depending on the particular combination of cellulosic fibers, amic acid, catalyst and reaction temperature.
A catalyst or reaction accelerator such as sulfamic acid, p-toluenesulfonic acid, zinc chloride, magnesium chloride or the like can be used in amounts of 0.1 to 10% by weight, based on the amic acid.
It has proven to be expedient to then heat the fiber fleece to about 165 to 210 ° C. for 1 to 3 minutes.
The fibers obtained in this way are relatively indifferent to water, so that the excess reactants and by-products can be washed out of them with water without damage.
(c) Treating a regenerated cellulose nonwoven fabric with phosphoric acid and urea in amounts of about 0.6 to 1.6% by weight of the dry fibers, the phosphoric acid and urea being applied in the form of an aqueous solution that is about 15 to Contains 90% water, and in which the weight ratio of the acid. calculated as H3PO., to urea in the range from 1: 3 to 1: 2. The impregnated nonwoven is then heated to 125 to 210 ° C. until the cellulose fibers have reached a degree of substitution in the range from about 0.2 to 0.4. The modified nonwoven fabric can be cleaned by washing with water and then converted into the water-sensitive form by at least partial neutralization with a weakly alkaline, buffered solution which contains a salt with a de-swelling effect, such as sodium sulfate.
The energy expended to produce a given nonwoven with a single pass of the fiber fleece under several equal jets of liquid can be calculated in calories / g according to the following equation:
E1 = 2.34 (YPG / sb) kcal / g where:
Y = the number of liquid jets per cm
Treatment width,
P = the overpressure in kg / cm2 at which the liquid is sprayed out,
G = the mean volumetric flow of a single jet of liquid in 1 / min, s = the speed of passage of the fiber web under the jets in m / min and b = the weight of the nonwoven produced in
If the treatment takes place in several rounds,
the total energy expended for the treatment of the fiber fleece is equal to the sum of the values calculated according to the above equation for each single passage under the liquid jets. The value for G in the above equation can be determined by measuring the flow rate.
The treatment energy should preferably be at least 0.14 kcal / g.
The starting web can be prepared by known methods, e.g. by carding, random laying, deposition from the air or according to the papermaking technique. The fibers can be arranged randomly or in any degree of alignment with one another. You can use several layers of the same or different composition or orientation. If the fleece is made from dry fibers, the fibers of the fiber fleece thus obtained, which are intended to be water-sensitive, can be up to about 76 mm long. Preferably the starting web is made on the paper machine, e.g. a Fourdrinier machine, made from a slurry of water-sensitive fibers with titers from 1 to 15 denier and staple lengths from 6.3 to 51 mm.
Conventional textile fibers with titers of 1 to 5 den and staple lengths of 3.2 to 12.6 mm can be added to the slurry as water-insensitive fibers.
Slurries of staple fibers longer than 6.3 mm are easily processed on a drum-type paper machine such as the Rotoformer (manufactured by Sandy Hill Corporation, Hudson Falls, New York, USA). The textile fibers in the slurry can be replaced in whole or in part by the conventional short wood pulp fibers.
If a papermaking method is used to make the nonwoven fabric, a slurry of 0.1-0.40 weight percent fibers is suitable, unless the fibers are less than 30 weight percent water sensitive fibers. Slurries containing a high percentage of water-insensitive fibers, e.g. 90% by weight of conventional textile fibers containing are made with densities of about 0.03 to 0.09% by weight of fibers. The slurry is fed to the headbox of the paper machine and diluted with approximately the same volume of water on its way. A double headbox. fed with two differently composed slurries can be used to produce a laminated first layer.
From the headbox, the slurry is deposited onto the wire mesh of the paper machine to form a fiber layer.
While the fibers are conveyed on the wire mesh of the machine, the liquid runs out of them, which is supported by the usual suction cups. The partially dehydrated fiber layer is sprayed with a 17 to 20% aqueous sodium sulfate solution or some other deswelling agent in order to remove swelling from the strongly water-absorbing fibers in the layer.
The layer can e.g. from rows of nozzles spaced 0.61, 0.92 and 1.45 meters from the breast roll of the machine, using 4.9 liters of deswelling agent per minute.
The de-swollen layer passes from the vacuum couch roll to a press section, where water and excess salt are removed. The layer can then be dried on rollers heated to 1200C and stored for the subsequent treatment. However, the moist layer can also be fed directly to the liquid treatment carried out with liquid jets of high energy in order to obtain nonwovens according to the invention.
A relatively simple device for treating the fiber layers with practically columnar jets under the required high pressure is shown in FIG. 1 of the Luxembourg patent specification 46 703 and is described in detail in this specification. The hydraulic high-pressure pump 3 is fed with liquid at a pressure of approximately 4.93 kg / cm2 through valve 1 and line 2. The pump can be a double-acting single-piston pump which is actuated by air from line 4 via a pressure control valve 5.
The air exits the pump through line 6. Liquid at the desired pressure is expelled from the pump through line 7. The hydraulic accumulator 8 is connected to the high-pressure liquid line 7. The memory has the task of compensating for the pressure fluctuations coming from the pump.
The memory is divided into the two chambers 9 and 10 by a flexible membrane 11. The chamber
10 is filled with nitrogen, the pressure of which is JS to 2 /; of the desired working pressure of the liquid, and the chamber 9 is then filled with liquid by the pump 3. From the nitrogen bomb 14 provided with the control valve 15, the nitrogen is supplied through line 12 and valve 13. The nitrogen pressure can be vented from the system through valve 16. The liquid under the desired pressure is conveyed through the valve 17 and line 18 to the distributor line 19 which feeds the nozzles 20.
Fine, practically columnar liquid jets 21 emerge from the nozzles 20 and impinge on the fiber fleece 22, which is deposited on the patterning element 23 through which openings are made.
The jets are guided over the fiber fleece by moving the patterning element 23 and / or the distribution line 19 so that the fibers are felted under the high energy flow in the surface to be treated to form a patterned nonwoven. Preferably, generally the starting nonwoven fabric is treated by moving the patterning member 23 under a number of fine, practically columnar jets spaced across the width of the nonwoven fabric to be treated. For faster, continuous production of the felted nonwovens, rows of such spaced-apart beams can be used. Such rows can run perpendicularly or at any other angle to the conveying direction of the fiber fleece and can be arranged in such a way that they oscillate back and forth so that the treatment is more uniform.
Rays with a progressively increasing energy flow can be made to strike the fiber fleece as it passes under the rows of rays.
The jets of liquid can be rotated or oscillated during the production of the patterned nonwovens, the flow of the jets can be continuous or pulsating, and the jets can be directed perpendicular or at any other angle to the plane of the nonwoven, provided that they are directed onto the fibers a sufficiently high energy.
A device for the continuous treatment of fiber webs for felting the fibers into the nonwovens according to the invention is shown in FIG. 2, for example. The fiber fleece 29 on the patterning member 30 through which openings are provided is continuously fed to the moving carrier tape 31 made of flexible, perforated material, such as wire mesh. The carrier tape is supported by two or more rollers 32 and 33 which are provided with drive elements (not shown) and which continuously convey the tape forward. Above the conveyor belt are six rows of nozzle manifolds from which the liquid jets 34 impinge on the nonwoven fabric at successive locations as it advances on the carrier belt. The fiber fleece first runs under the nozzle manifold lines 35 and 36, which are adjustably attached.
The nozzle manifolds 37, 38, 39 and 40 are adjustably attached to the frame 41. One end of the frame is movably supported in the stationary bearing 42. The other end of the frame rests on the oscillator 43, so that the frame moves back and forth over the non-woven fabric, whereby a more even treatment is achieved.
As in FIG. 1, high pressure fluid is supplied to the nozzle manifold lines through line 18. Each distribution line is connected to line 18 by a separate line which includes flexible hose 44, needle valve 45 for regulating pressure, manometer 46 and filter 47 which protects the valve from foreign matter. The conditions can easily be set so that the most varied of starting fiber webs receive the desired treatment.
The pattern produced by the hydraulic entanglement depends on the design of the patterning organ through which openings are made. The expression of an organ interspersed with openings includes sieves, wire nets, perforated or grooved plates or the like, on which the fiber fleece rests during hydraulic entanglement and which, as a result of their perforations and / or
or their surface outline affect the displacement of the fibers to a pattern under the action of the liquid jets. The organ penetrated by openings can have a flat or uneven surface or a combination of both types of surfaces.
Suitable organs penetrated by openings are e.g. Wire nets with plain weave with 3 to 80 wires each 2.54cm and wire diameters of 0.127 to 1.02mm, which have an open area of about 10 to 98%. Such wire nets generally give the pattern shown in FIG.
Wire nets with a body tie or a four-string double body tie can also be used.
An aggregate of a grid of parallel bars and an adjacent grid can also be used as the organ penetrated by openings, the bars in each grid being oriented so that they are not parallel to the bars in the other grid. Nonwovens made on such supports are shown in FIGS. 5 and 6.
The nonwovens according to the invention can be further processed and modified in many ways. They can be colored, printed and produced in a wide variety of patterns.
In addition to the use of simple nonwovens according to the invention for hygienic purposes, various combinations are also possible. The nonwoven can e.g. be used for certain purposes as a cover for a highly absorbent pad.
Papers made by the deposition of fibers on a moving wire mesh, e.g. in the Fourdrinier machine, usually exhibit different properties in the continuous direction (i.e. in the machine direction of the paper machine), also referred to as the machine direction (MR), and in the transverse cross direction (QR). These terms are applied in the same way to nonwovens made by passing a long nonwoven fabric under a one-way (MR) hydraulic entangling unit. Hand-made sheets of paper usually have very similar properties in the two perpendicular directions and the direction is not indicated.
The tensile strength and elongation at break are determined with the Instron tester at a distance of 51 cm between the gripping jaws and an elongation rate of 50% / min. The results of Examples 1 to 6 are determined on 12.6 mm wide strips, the other results on 2.54 cm wide strips. In some cases, the tensile strength determined during the cohesion test is used to calculate tensile strength. Such values are then denoted by c. All tensile strength values are normalized to g / cm width. All three methods give roughly the same results.
The samples are soaked in distilled water at room temperature for 5 minutes. then clamped in the tester and torn in open air to determine wet tensile strength.
The Cohesion Value (Ch) is a measure of the degree to which the fibers tore rather than slide apart when a long strip of the nonwoven is pulled apart.
This test measures the tensile strength of a long nonwoven strip and divides this value by the tensile strength determined on the same strip at length zero (when the gripper jaws of the Instron tester touch each other). Of course, when determining the strip / tear strength at zero length, no fiber slippage can occur, and therefore the maximum tear strength of the strip is obtained in this determination. Therefore, the maximum cohesion value (Ch) is 1. and lower Ch values are caused by mutual sliding of the fibers.
A wet cohesion value less than about 0.3 is required for the nonwovens to have the requisite dispersibility and a dry cohesion value of at least 0.2 is required for the nonwovens to have sufficient strength in use.
Samples of salt-free nonwovens are cut into 4.1 cm wide strips. The strips are then cut into adjacent samples 5 and 2.5 cm in length, respectively. The longer sample is torn at a distance of 3.8 cm between the rubber-coated jaws of the <Instron)> tester. The shorter sample will tear at zero jaw spacing. The cohesion value (Ch) is the tensile strength of the longer sample divided by the tensile strength of the shorter sample. The mean of at least 3 pairs of such tear tests in each direction of the nonwoven is given in the examples as Ch.
For wet cohesion values, the sample clamped in the jaws of the <(Instron)> tester is immersed in a bath of distilled water for at least 1 minute prior to testing, and the tear test is performed in the bath. All samples are stretched at a rate of 12.6 mm / min.
Salt-free nonwovens for the determination of the cohesion value are produced by extraction with a solution of 60% by volume of methanol and 40% by volume of water.
100 g of the sample of the nonwoven are divided into 4 parts of 25 g each, poured into 1500 ml of the solution, then worked gently to ensure saturation, soaked for 15 minutes and then gently pressed between extinguishers. This process is repeated (usually three times) with fresh solution until the solution remains clear. Then the four parts of the sample receive three further treatments at the same time and finally a final treatment with 100% methanol.
The deleted samples are opened and air dried. Avoid twisting or pulling the nonwoven during these treatments.
The coefficient of sliding friction (f) (or kinetic friction) is the ratio of the force (F) required to pull one surface over the other to the force applied perpendicular to the surfaces in contact (N).
A 5.1 X 15.3 cm piece of the examined, practically salt-free (extracted to remove salt) nonwoven is placed on the horizontal bottom of a metal container with the longer side in the sliding direction, and one end is attached by a heavy metal block Recorded on the spot. A second, 2.5 X 7.6 cm piece of the same nonwoven is wrapped around a sled so that the bottom, front and back of the sled are coated with a nonwoven layer and the top with 1 to 2 nonwoven layers. A 5 g brass weight is placed on top of the nonwoven.
The slide consists of a 25 X 25 X 1.6 mm block of polymethacrylic acid methyl ester with an outer layer of tarpaulin (with the rough side facing outwards), which is glued to the plastic by means of double-sided adhesive tape. A thread is attached to each side of the front yoke-shaped end of the carriage. The container is slowly filled to a depth of about 8 mm with a 0.1% aqueous saline solution, the carriage, nonwoven and weight are placed on the lower nonwoven layer and the thread attached to the yoke is placed under a roller in the The container is guided upwards to the sliding jaw of the In siron testing device. The test device is now set in motion so that the slide is pulled forward at a speed of 5.0 cm / min.
This sliding process continues for 90 seconds. The mean value is taken from the graphically recorded force from the 30th second to the end of the test and recorded as F. The force N is the sum of the sled weight (1.75 g dry), the nonwoven weight (usually about 0.15 g) and the 5.0 g weight, minus the buoyancy of the solution. The solution covers the slide completely and approximately 50% of the weight placed on it. (Total effective force N = 5.6 g.)
The above conditions should be kept, since f varies with N.
Changes in the pattern or structure of the nonwoven have little effect on the sliding friction when the nonwoven is essentially flat.
The flex length is half the length of a strip of the sample that flexes 450 under its own weight. This value is determined on a 2.54 x 15.2 cm sample using the flexural drop stiffness tester (manufactured by Fabric Development Tests, Brooklyn 32, New York, USA). The method used to determine the bending length corresponds to ASTM test standard D 1388-55T. Unless otherwise stated, the results refer to QR values.
The weight of the nonwovens is given in g / m2 and relates to the weight of the fibers minus the amount by weight of water-soluble impurities.
The properties, for which the test methods in question are given below, show the technical progress achieved by the nonwovens according to the invention.
The dispersibility is determined in a 250 mole filter flask, which has a side arm at the bottom of its conical wall and contains a magnetic stir bar. The rod is 3.8 cm long and 8 mm thick, weighs 11.73 g and is rotated at 500 rpm. The flask is filled with water. A 7.6 x 7.6 cm sample is folded in half and placed under the surface of the water (on the upper side arm). Tap water at 250.degree. C. is run in through the tube at the bottom of the flask at a rate of 0.70 l / min for 2 minutes. The liquid flowing out of the upper side arm is filtered and the residue is dried to constant weight at 1000C. This gives the weight of the dispersed fibers.
After the experiment, the contents of the filter flask are filtered and dried to give the weight of the undispersed fibers. The percent dispersibility is equal to one hundred times the weight of the fibers dispersed divided by the total weight of the fibers recovered.
Ordinary toilet paper has a dispersibility of 7%.
The flushability of a sample is determined by throwing a 25 X 66 cm sample, which has been folded up to 25 X 33 cm, into the basin of a household toilet (model F2122 from American Radiator and Standard Sanitary Corporation, New York), whereupon the Toilet is flushed.
The discharge from the toilet is led through a 71 cm long glass tube with a clear width of 10.8 cm, which contains an artificial obstacle. The obstacle consists of standardized, flattened expanded metal with 1.27 cm wide perforations, which has been shaped into a 30.5 cm long and 10.8 cm wide cylinder and is equipped with 41 randomly distributed inner protrusions, which are produced by adding 0 , Makes 63 to 1.9 cm long parallel pairs of cuts about 0.75 cm apart and bends the cut parts so that they are perpendicular to the cylinder walls. Flushing the toilet produces a flow of around 20 liters of water in 7 to 8 seconds. The toilet is flushed three times for each sample. The percentage of the sample that passes the hooks in the glass tube is determined and recorded after each rinse.
A sample is designated as flushable if at least 60% of the sample flows past the hook after flushing twice. In the case of the preferred products, at least 85% of the sample is passed past the hook after rinsing twice.
It was found that the samples of Examples 1 to 6 classified as flushable after the above test have a dispersibility of at least 20% (in 2 minutes) or require less than 20 minutes to fully disperse in the small-scale dispersibility test. The preferred products have a dispersibility of at least 40%.
The test for loose fibers is a measure of the cohesion of the nonwoven and is carried out by running over a wet sample of the nonwoven (9.8
X 12 cm), which is located on a glass plate, passes once a rubber roller whose surface is the same as the surface of the sample. The fibers adhering to the roller are collected, washed with acetone, dried and weighed. Before the experiment, the sample is thoroughly moistened with excess distilled water, covered with 2 paper towels and extinguished by gently moving the above-mentioned roller over the paper towels.
Nonwovens that have no fibers at all will lose about 0.12 g (or 14% of the original 0.86 g sample) on this test. The preferred nonwovens according to the invention show no weight loss in this test. Commercially usable nonwovens can show a weight loss of up to 8%. Nonwovens that show less than about 10% weight loss are considered contiguous.
In the following examples, all solutions, unless otherwise stated, are aqueous solutions and the percentages are by weight. The mesh size of the sieves or wire nets is given in meshes per 2.54 cm and, unless otherwise noted, is the same in both directions, i.e. the wire nets are square-meshed. The amount of liquid in the nonwovens is characterized by the uptake, which relates to grams of liquid in the nonwoven per gram of the original dry nonwoven.
Example I.
There are cyanoethyl cellulose fibers with a cyano degree of substitution of 0.4, a titer of 2 den and a staple length of 12.6 mm. Then a mixture of 80 parts of these fibers (based on the dry weight of the water-insoluble fibers) and 20 parts of viscose rayon with a staple length of 6.3 mm and a titer of 1.5 denier per fiber is added to water at 300C in the pulp chest and good stirred to obtain a uniform slurry containing 0.24% fibers. This slurry is diluted to a consistency of 0.12% and fed to the headbox of a Fourdrinier machine. The wire mesh is 79 cm wide, consists of wires 0.19 mm in diameter and has a mesh size of 70 X 52 / 2.54 cm.
The fiber layer, which has been partially freed from liquid by dripping off, and which contains swollen cyanoethyl cellulose fibers, is sprayed with a 20% aqueous sodium sulfate solution at 40 ° C. at a distance of 0.61, 0.92 and 1.45 m from the breast roller. The nozzles feed this solution at a rate of 4.9 l / min. The salt solution de-swells the fibers. The wet paper is conveyed from the couch roll to a press section, where it is pressed and then dried on rolls heated to 1200C. The dry layer (A) has a weight (based on the water-insoluble fibers) of 53 g / m2.
Using the same method, but without spraying the salt solution, a second layer (B) with a weight of 27 g / m2 is made from a mixture of 10% of the above-mentioned cyanoethylcellulose staple fibers and 90% viscose rayon staple fibers. Immediately before entering the headbox, the stock consistency in the stock chest is reduced from 0.06% to 0.02%.
A fiber aggregate from layer (A) with layer (B) as the cover layer is continuously fed to a conveyor belt made of wire mesh with a mesh size of 24 × 24 per 2.54 cm and a wire diameter of 0.51 mm, which moves at a speed of 1.8 m / min moved.
The fiber aggregate on the wire mesh is hydraulically felted by blasting a 20% aqueous sodium sulfate solution of 500C, which is ejected from a single row of 0.127 mm wide nozzles, which are arranged at a center distance of 0.63 mm from each other on a 0.30 mm thick plate attached to the manifold. The distance between the nozzles and the fibers is 2.54 cm and the pressure on the salt solution in the distribution line is 21 kg / cm2. Both ends of the horizontal distribution line are set into oscillation by eccentrics, which rotate at 9 to 10 revolutions per second with an eccentricity of 12.6 mm in diameter.
At the applied pressure, 75 kg of solution per minute are sprayed onto the 68 cm wide fibrous material layer from the 1080 nozzles of the 68.5 cm long nozzle row. The total weight of the double fiber layer that passes under the liquid jets in 1 minute is 0.10 kg. The Y value is therefore 3.3 X 106 m / min.
When the saline solution is replaced with water, the paper is washed away and / or partially driven through the wire mesh.
The cohesive fiber fleece produced in this way is pressed between blotting paper under a pressure of 102 kg / cm. Parts of the pressed products (with about 50 to 60% solids content), which are about 25.4 X 66 cm in size, are dried and softened by circulating them in a household tumble dryer at 450 ° C. with 4 baseballs 9.7 cm in diameter.
Drying without softening gives a stiff, board-like sheet with poor drape and unaesthetic appearance.
The dry, softened product is a nonwoven that adheres together and consists of two intimately connected layers. It has the appearance u. the feel of soft tissue. 3 is a photomicrograph, enlarged ten times, of the surface of this nonwoven facing the liquid jets.
The softened nonwoven has a weight of 88 g / m2, contains 12.5% sodium sulfate, 41.1% cyanoethyl cellulose and 46.4% viscose rayon and has a density of 0.138 g / cm3. The parameters of the products corrected on a salt-free basis are given below:
For use as a diaper, the nonwoven is folded up to double its thickness in such a way that the areas rich in cellulose synthetic silk come to lie on the outside. The diaper is then pinned around the child in the usual manner. The Winkel absorbs all urine from a 6 month old child for a period of 4 hours (i.e. 75 g urine).
Even under these extreme conditions, the diaper remains adherent, does not tear at the needles, does not leave any loose fibers on the skin and does not cause any irritation. The dirty diaper is thrown into a toilet bowl and washed away. This product is completely biodegradable, so there are no sewage problems.
The same nonwoven can also be used as a water washable hygienic garment and has a tensile strength in synthetic urine greater than 9 g / cm.
Example 2
This example explains the influence of variables in the hydraulic entanglement stage.
According to Example 1, two individual layers of cyanoethyl cellulose fibers and viscose rayon staple fibers are produced. One layer contains 70% cyano ethyl cellulose fibers and has a nominal weight per unit area of 40 g / m2; the other layer contains 10% cyanoethyl cellulose fibers and has a nominal weight per unit area of 26 g / m2.
A series of nonwovens is produced by hydraulically felting a top layer rich in viscose rayon fibers with a layer rich in cyanoethyl cellulose fibers under various conditions.
All products contain an average of 46.5% cyano ethyl cellulose fibers.
The products (a) to (i) are produced with a nozzle unit in which 540 nozzles with a diameter of 0.127 mm are arranged at regular intervals in a single 68.5 cm long row. The products (j) to (m) are produced with a nozzle assembly in which 1080 nozzles with a diameter of 0.127 mm are arranged in a single 68.5 cm long row. For both types of products, the pattern wire mesh and conditions of Example 1 are used, but the pressures are varied from 14 to 35 kg / cm2 to achieve different total flow rates (W) and the feed rate (V.S) is also modified. The entangling conditions and the properties of the products are shown in Table I.
Properties Not softened Softened
MR QR MR QR Dry tensile strength, g / cm 800 250 460 290 Elongation dry at break,% 5 38 28 27 Wet tensile strength, g / cm 7.0 5.0 5.4 4.8 Elongation wet at break,% 31 36 26 26 bending length, cm 3.8 2.8 2.0 1.4 Dispersibility,% 48 54 Flushability first rinse 50 100 Second rinse 100 Cohesion value - dry / wet 0.46 / 0.08 f (wet) cyanoethyl cellulose fibers) 0.46 TABLE I Product abcdefghijklm Hydraulic felting conditions W , kg / min 36 36 36 36 46 46 46 66 66 62 76 89 85 Va, m / min 1.83 1.53 1.22 0.92 1.83 1.53 1.22 1.83 0.92 1.53 1.83 1.22 0.92 Y, m / min x 10e 2.0 2.3 2.8 3.8 3.1 3.8 4.8 6.3 13 3.4 4.2 8.5 11 Cohesion value Ch dry> 0.2 0.46 0.39 0.20> 0.2 0.27> 0.2 0.30 * 0.24 0.44 0.55 0.49 * Ch wet 0.13 0, 06 0.06 0.07 0.12 0.11 <0.15 0.49 0.05 0.10 0.44 0.74 Dry tear strength,
g / cm machine direction 160 120 270 250 270 230 380 410 590 200 360 470 610 cross direction 130 300 180 62 150 250 290 250 230 180 210 270 380 mean wet tensile strength, g / cm 2.9 4.8 4.8 5.7 5 , 4 5.9 7.2 21 38 7.0 1.6 48 59 Elongation at break,% cross direction 25 32 40 30 34 28 46 44 37 33 36 40 45 Machine direction 14 16 21 29 29 23 33 29 32 27 28 37 26 Flushability Washed away after the second rinse,% 100 100 100 100 100 - 100 50 55 100 90 40 50 Dispersibility,% 54 50 48 46 48 40 63 24 8 50 32 11 21 * Estimated
Products (a) to (g), (j) and (k) are nonwovens according to the invention whose dry tear strength is sufficient for the intended use (sticking) and whose wet tear strength is so low that the nonwovens can be easily rinsed away, but on the other hand in Body fluids are high enough
so that the products have bending lengths of 1.1 to 1.8 cm and are soft to the touch. These nonwovens have densities of 0.113 to 0.150 g / cm3, based on the thickness determined using the Ames thickness gauge.
Example 3
The fibers of Example 1 are used to build a nonwoven fabric from two layers of the fibers described below, using a double-layer headbox and the method of Example 1.
Fiber layer CNÄC *, rayon, weight per unit area, gims bottom 10 90 30.5 top 100 0 44 mean value 64 36 74.6 * cyanoethyl cellulose
Parts of the fleece are treated with liquid jets of a 20% strength aqueous sodium sulfate solution at various pressures and speeds according to the method described in Example 1. however, using a nozzle unit with 280 nozzles, each 0.127 mm in diameter, which are arranged at regular intervals in a single 35.7 cm long row. In this case, the patterning organ interspersed with openings is a wire mesh with a mesh size of 20 × 20 each 2.54 cm and a wire diameter of 0.635 mm. The side of the fleece rich in artificial silk faces the jets of liquid.
The pressures are in the range from 3.5 to 35 kg / cm2.
The feed speed (V) is 1.83 m / min for products (a), (b) and (c) and 0.61 m / min for product (d). The total flow rate (W) of the liquid jets and the calculated Y values and the properties of the products are given in Table II.
TABLE II Product a b c d Entangling Conditions
W, kg / min 11 14 24 35
Y, m / min X 10 0.6 0.9 2.8 17 Cohesion value dry> 0.2> 0.2 0.65 0.56 wet <0.15 0.08 0.61 Dry tear strength, g / cm
Machine direction 710 860 610 860
Cross direction 160 89 470 410 Dry breaking elongation,%
Machine direction 9 11 28 30
Cross direction 3 19 28 43 Average wet tensile strength, g / cm 1.9 0.49 4.5 41 Dispersibility,% 69 79 67 8
All nonwovens have a Ch value (dry) greater than 0.2 and a Ch value (wet) less than 0.15 and a bending length of less than 3 cm.
All water-sensitive fibers have an f (wet) value less than 0.70.
The product (c) is the preferred nonwoven according to the invention. It has the appearance, feel and elongation at break of a fabric. When checked for loose fibers, it does not lose any loose fibers.
The product (a) has the appearance of the original, untreated fiber fleece without patterning and even without embossing. When testing for loose fibers, the product loses more than 8% of its weight.
The product (b) somewhat resembles a fabric; however, the pattern is not as clear and uniform as in the product (c). This nonwoven loses about 8% of its original dry weight when tested for loose fibers.
The product (d) has the appearance and feel of a fabric; however, the fibers are so firmly entangled together. that it cannot be washed away.
The products (a) to (d) have a length of less than 3 cm.
Example 4
This example explains the use of highly water-absorbing fibers made from different types of cellulose ethers to produce the nonwovens.
Ordinary wood pulp boards are immersed in 18% sodium hydroxide solution at 27.50C for 45 minutes. The alkali cellulose sheets are pressed to a press weight ratio of 3: 1, shredded and stored at OOC.
0.45 kg of this alkali cellulose are kept for 27 hours at 26C and then placed in a 5 liter bar from which the air is then evacuated.
In the course of 90 minutes, 53 g of ethylene oxide are added while the baratte is kept rotating in a horizontal position in a 250 ° C. water bath. The baratte is then flushed out with nitrogen and the hydroxyethyl cellulose produced is removed and dissolved in dilute aqueous sodium hydroxide solution from 0 to 100 ° C. to form a solution that contains 6% cellulose ether and 7% sodium hydroxide solution. The solution is frozen at - 300C, then warmed to room temperature and filtered. The filtered solution is spun through a spinneret with 504 spinning orifices, each 0.076 mm in diameter, into a coagulating bath (12% sulfuric acid and 18% sodium sulfate) and the yarn is neutralized.
The dry yarn has a titer of 2.6 denier per filament, a dry tensile strength of 0.98 g / denier, a dry elongation at break of 9.8% (all values converted to a salt-free basis) and a degree of hydroxyethyl substitution of 0.61.
Cyanoethyl cellulose fibers are produced as for Example 1, with the difference that the modified viscose solution is aged for 3 days at 250 ° C. and then spun, whereupon the filaments are neutralized as described above. The fibers are washed with hot distilled water at 700C, de-swollen with acetone and dried at 1000C. The fibers have a degree of substitution in carboxyethyl groups of 0.13 and a degree of substitution in cyanoethyl groups of 0.04.
According to another method, cyanoethyl cellulose fibers can be produced as follows: A solution of cyanoethyl cellulose is prepared according to British patent 633 807 by adding acrylonitrile to conventional viscose. The solution is spun into fibers which are then neutralized as described above.
The fibers have the following typical characteristics, calculated on the weight of the water-insoluble fibers: Titer 2 the absorption capacity for water at 250 ° C. 19.1 g / g absorption capacity for urine at 250 ° C. 14.0 g / g nitrogen 3.4% by weight carboxyl groups 0.4% by weight cyanoethyl substitution 0.45 carboxyethyl substitution 0.015
All of the cellulose ether fibers described above are cut to staple lengths of 12.6 mm, and hand-scooped leaves are made from aqueous slurries of the fibers in a hand-made vat measuring 20 × 20 cm.
In each case, the hand-scooped leaf and sieve are removed from the hand-vat, the fibers are deswollen by wetting with 18% aqueous sodium sulfate solution for a period of one minute, and the leaf is then dried. In this way the following sheets are made; the specified weight amounts and percentages relate to the content of water-insoluble fibers: Sheet (a):
68 g / m2 hydroxyethyl cellulose fibers and 61%
Viscose rayon fibers, 0.6 cm long; Sheet (b):
49 g / m2 100% hydroxyethyl cellulose fibers; Sheet (c):
49 g / m2 100% carboxyethyl cellulose fibers; Sheet (d):
49 g / m2 100% cyanoethyl cellulose fibers.
The sheet (a) is hydraulically matted according to Example 1 with columnar jets of a 20% strength aqueous sodium sulfate solution. The sheet (b) is covered with a layer B according to Example 1, which consists of 10% cyanoethyl cellulose fibers and 90% viscose rayon fibers, and the laminate obtained in this way is hydraulically felted as described above, the laminate (bB) being formed . Laminates (c-B) and (d-13) are made in a similar manner. The treatment conditions are varied in the range of Y values from 2.0 × 10 6 to 6.1 × 10 g m / min, with different structural properties being achieved.
The products are dried and softened according to Example 1. All products have dry tensile strengths of at least 320 g / cm and dry breaking elongations of at least 38%. The other properties are shown in Table III.
All nonwovens have dry cohesion values of more than 0.2 and wet cohesion values of less than 0.15 as well as bending lengths of less than 3 cm. All water-sensitive fibers have an f-value (wet) of less than 0.70.
TABLE III Product mean total wet tensile strength, dry elongation, dispersibility, setting glcm a 390/0 HÄC * 2.1 38 100 bB 64% HÄC * 8.5 46 74 cB 64% CbÄC ** 55 40 dB 64% CNÄC *** 11.0 52 56 * hydroxyethyl cellulose s * carboxyethyl cellulose *** cyanoethyl cellulose
Example 5
The fibers used are cyanoethyl cellulose fibers with a length of 12.6 mm and a titer of less than 5 denier, which contain 43.9% Na2SO4 and, according to the analysis, 3.5% nitrogen (on a salt-free basis) and 0.5% COOH groups (on a salt-free basis) contain a degree of cyanoethyl substitution of 0.465,
and 6.3 mm long viscose rayon staple fibers with a denier of 1.5 denier are used. The cyanoethyl cellulose fibers have an f-value (wet) of less than 0.70.
Hand-scooped sheets with various compositions and a nonwoven fabric which has a surface weight of 51 g / m 2 on a salt-free basis are produced from aqueous slurries of the above fibers. The leaves are de-swollen in 20% sodium sulphate solution, pressed between couch rolls and dried between polyamide fabric and blotting paper in a sheet dryer at 100 ° C.
All sheets are hydraulically matted by passing each sheet on a wire netting (mesh size 24 x 24 per 2.54 cm) at a feed rate of 0.92 m / min with jets of 20% aqueous sodium sulfate vibrating back and forth. The 100% viscose rayon leaves use water as a matting liquid. The jets of liquid are generated by a perforated plate which has a single, 35.7 cm long row of venturi-like shaped openings 0.177 mm in diameter, 20 of which each have a length of 2.54 cm. The perforated plate is attached to a distribution line and is 2.54 cm above the hand-scooped leaf.
The matted leaves are erased with blotting paper, then dried and softened over the course of 25 minutes by tumbling them in a household viaduct dryer at 600 ° C. with 3 baseballs 9.7 cm in diameter.
The physical properties obtained for various Y values (by changing the pressure of the entangling fluid) are shown in Table IV. All samples have a dry elongation at break of 20 to 56% and a bending length of less than 3 cm.
Products a, b and c are examples of unsuccessful attempts to make usable, flushable products from 100% viscose rayon. Water pressures of 7, 10.5 and 14kg / cm2 are used.
A combination of a dry tensile strength of at least 54 g / cm with a wet tensile strength of less than 18 g / cm is not available. At higher Y values, as are necessary to increase the dry tear strength of the product, the nonwovens cannot be flushed away due to the simultaneous higher wet tear strength and lower dispersibility.
The products f, h, j, 1, m, n, o and p are examples of nonwovens according to the invention and have dry cohesion values of more than 0.2 and wet cohesion values of less than 0.15.
Products g, i and k are excessively strongly felted and consequently have wet tensile strengths of more than 18 g / cm and dispersibility values of less than 15, so that they cannot be described as flushable. They therefore do not belong to the nonwovens according to the invention.
As you can see, the conditions under which the hydraulic entanglement is carried out are extremely critical. especially with the lowest cyanoethyl cellulose contents. The results listed in the table and results obtained with other (not specified) Y values can be expressed by the following equation: Yrns., I = i <3.4 + (% cellulose ether) 1/2
The maximum Y values for 10% and 100% cellulose ethers are therefore approximately 4.8 and 7.6 × 10 6, respectively. This relationship is only applicable to the preferred mixtures of cyanoethyl cellulose fibers and viscose rayon fibers.
TABLE IV Product Y CNAC * Tensile strength, glcm dispersing weight, g / cms dry wet bark,% a 2.1 0 21 16 32 31 b 3.3 0 29 24 16 33 c 4.5 0 5 36 d 2.1 5 57 8.3 48 40 e 2.4 5 73 10 38 36 f 3.8 10 110 11 48 54 g 5.8 10 250 23 6 54 h 3.8 15 100 12 39 51 i 5.8 15 180 28 8 39 j 3.8 20 130 16 54 54 k 5.8 20 230 20 7 47
1 3.8 50 290 9.2 58 74 m 5.8 50 180 14 31 74 n 3.8 75 410 8.0 62 90 o 5.8 75 170 10 29 90 p 3.8 100 350 11 56 93 * Cyanoethyl cellulose
Example 6
This example illustrates the use of high absorbency non-cellulosic fibers to make soft, water-dispersible nonwovens.
A solution of 99% hydrolyzed polyvinyl alcohol of high viscosity in dimethyl sulfoxide is spun in a manner known per se from a spinneret into an atmosphere kept at a high temperature for the purpose of evaporation of the solvent. The dried filaments are wound up and later stretched 1.5 times, crimped in a stuffer box and cut into staple fibers 6.3 mm in length. The polyvinyl alcohol fibers have an absorption capacity of 13 g / g in water of 370C and an absorption capacity of 9.6 g / g in urine.
The polyvinyl alcohol staple fibers are mixed with the same weight of 6.3 mm long viscose synthetic silk stapal fibers. The fiber mixture is slurried in ice water and processed into a hand-scooped leaf in a hand-made vat according to Noble and Wood. The heavily swollen leaf is covered with a protective sieve and left to swell in 20% sodium sulfate solution.
The wet, de-swollen mixed fiber fleece is transferred to a woven wire mesh (mesh size 24 × 24 2.54 cm each; wire diameter 0.51 mm). The fibers are hydraulically felted with the aid of jets of 20% sodium sulfate solution at 50 ° C., which is fed under a pressure of 14 kg / cm2 to a nozzle unit consisting of 560 nozzles arranged at regular intervals in a row of 35.7 cm in length each 0.127 mm in diameter. The wet fiber fleece is pressed between bleached sulfite pulp blotting sheets and dried by being tumbled for 15 minutes at 320 ° C. in a tumble dryer with a 9.7 cm diameter baseball.
The finished soft nonwoven has the following characteristics:
Weight (g / m2 insoluble fibers) 64
Dry tear strength, g / cm 61
Dry elongation at break,% 62
Wet tensile strength, g / cm 5.0
Wet elongation at break,% 34
Dispersibility,% 49
Bending length, cm 1.18
Ch wet 0.1 Cn dry> 0.2
7 wet <0.70
Example 7
A nonwoven with a basis weight of 41 g / m2 is produced by placing a random fiber web of 19 mm long viscose artificial silk fibers with a titer of 1.5 on a sieve with a mesh size of 24 / 2.54 cm at a speed of 4.6 m / min is passed under 3 rows of water jets which are ejected from nozzles which consist of an upper cylindrical section 0.13 mm in diameter and a lower, frustoconical outlet section and are arranged at such intervals,
that there are 40 nozzles over a length of 2.54 cm. The liquid pressure with which the liquid is fed to the nozzles is 23, 35 or 42 kg / cm2. The nozzles are located 12 mm above the fiber fleece. The rayon fleece has a dry cohesion value of 0.35 and a wet cohesion value of 0.71 and at this point in time is not a nonwoven according to the invention.
This rayon fleece is passed through a container which contains a solution of 50% urea and 18% orthophosphoric acid at room temperature. The fiber fleece is then squeezed between rubber-coated rollers to an absorption of 2.0 g / g. The wet fiber fleece is continuously fed through a commercially available hot air oven (Benz), where it is exposed to the action of jets of air arranged opposite one another at 1,640 ° C. for a period of 91 seconds. The fleece is then wound up at a speed of 1.9 m / min.
The heat-treated non-woven fabric (made of acid cellulose phosphate) is then washed on a wire mesh by passing it through under jets of tap water, after which the excess water is squeezed off between nip rollers. The wet nonwoven fabric is then passed through blasting a solution which contains 17% Na2SO4, 3% NaHPO4 and 1% sodium hexametaphosphate and is adjusted to a pH of 6.0, whereupon the excess solution is again removed between nip rollers.
The wet, modified non-woven fabric (made from sodium cellulose phosphate) is passed through an oven where it is exposed to air at 34 to 40 ° C, which emerges from pairs of opposing slits arranged transversely to the direction of travel of the non-woven fabric, so that the non-woven fabric is between two opposing air currents flutter back and forth. The dry fiber fleece is then softened by first passing it between a pair of rollers with interlocking grooved rollers, the grooves of which run in the feed direction of the fiber fleece, and then between three pairs of rollers made of intermeshing grooved rollers, in which the grooves run perpendicular to the feed direction of the fiber fleece. All rollers are set to a pressure of 0.645 kg per cm of width. The softening treatment is repeated two more times.
The dry cohesion value of the nonwoven is 0.29, the wet cohesion value 0.04.
Pieces of this nonwoven in diaper size can be flushed away. The properties are shown in Table V.
Example 8
This example illustrates the use of sodium cellulose hemisuccinate.
The rayon fleece according to Example 7 is passed through a container which contains a 600 ° C. solution of 30% succinamic acid and 0.60% sulfamic acid, and then squeezed between rollers up to a take-up of 2.0 to 2.1. The wet nonwoven fabric is continuously fed through an air circulating oven maintained at 2050C at such a rate that the dwell time in the oven is 95 seconds.
The cellulose hemisuccinate web is washed by passing it through a container of soft water; then it is squeezed off, neutralized and bleached in another container at room temperature with a solution that contains 3% Na2HPO4, 17% Na5SO4 and 0.5% KHSOs and is adjusted to a pH of 8.5 to 9.0. The fleece made of sodium cellulose hemisuccinate is squeezed off and dried in circulating air at room temperature.
Diapers made from this nonwoven are tested on small children and show excellent cohesion and complete flushability when used. The results can be found in Table V.
Example 9
This example illustrates the use of sodium cellulose sulfate fiber.
A fiber fleece with a weight per unit area of 44 g / m2 is made from a random fiber web of 19 mm long, crimped viscose rayon fibers with a titer of 1.5 using the device according to Example 7 and the feed rate specified in Example 7 at pressures of 21, 35, 56 or 56 kg / cm2 for the 4 rows of nozzles.
The rayon fleece is treated for 2 minutes in a 50 C warm solution of 300 g urea, 100 g 99% sulfuric acid and 75 g water. Then it is squeezed to an intake of 3.2 and heated in an oven to 1690C for 3 minutes. The heated fiber fleece is neutralized with a solution containing 17% NazSO4 and 3% Na2HPO4 and adjusted to a pH value of 8.5, squeezed off to an absorption of 1 g / g and dried. The nonwoven can be flushed away. The properties are shown in Table V.
Example 10
This example illustrates the use of sodium carboxymethyl cellulose fibers.
A fiber fleece with a basis weight of 27 g / m2 is made from 39 mm long viscose artificial silk fibers with a titer of 1.5 with the aid of the device described in Example 7 with the exception that two further rows of nozzles are added, which at pressures of 14 kg / cm2 or 21 kg / cm2. The fleece has a dry cohesion value of 0.74 and a wet cohesion value of 0.96.
The fiber fleece is chemically modified by continuously passing it through a bath containing 2.1% NaOH and 15.8% sodium chloroacetate, squeezing it to an absorption of 1.1 g / g, heating it in an air oven to 140 ° C. for 18 seconds, in 5 % sulfuric acid is acidified to form carboxymethyl cellulose, washed with water and converted into the sodium salt in a bath which contains 2% Na2HPO4 and 8.5% Na2SO4 and is adjusted to a pH of 8.5. This nonwoven (A) is dried at 40.degree. C. in a circulating dryer with baseballs 9.7 cm in diameter.
Sanitary napkins are made by wrapping a 64 X 17.8 cm piece of the nonwoven around a core so that the nonwoven overlaps at the bottom of the napkin, and the overlapping areas are then glued on with small dots of a water soluble adhesive. The core consists of wood fluff wrapped in crepe paper. The crepe paper has a coating of a fluoroalkyl polymethacrylate on the sides and bottom, which serves as a liquid barrier layer. The sanitary napkins are used and then washed away. The great majority of sanitary towels (223 out of 230) can be rinsed away with a single rinse with water; the remaining seven require two rinses.
A second nonwoven (B) with a basis weight of 42 g / m2, a dry cohesion value of 0.66 and a wet cohesion value of 0.78 is produced as described above, with the difference that the feed speed is below the values indicated by 21, 35, 42, 49 or 63 kg / cm2 liquid pressure operated nozzles is 6.4 m / min. The nonwoven fabric is then chemically modified as described above, with the difference that the reagent solution contains 2.22% NaOH and 18.4% sodium chloroacetate and a solution is used as the last solution used to convert it into the salt. which contains 1% Na2HPO4 and 4.25% Na2SO4 and is adjusted to a pH value of 8.5.
Diapers are made by putting a layer of the nonwoven described above, a wood fluff layer, a crepe paper padding, a wood fluff layer and finally another layer of the nomvoven onto one another. For a medium-sized diaper, a nonwoven piece measuring 28 x 35 cm and cores made of wood fluff and crepe paper measuring 12.7 x 30 cm are used. The two nonwoven layers are glued together around the edges of the core with 3 mm dots of a water-soluble adhesive which are spaced 5 cm apart.
The diapers are tested on small children and retain their cohesion when used; After use, all diapers can be easily rinsed away in household toilets.
The properties of these nonwovens are given in Table V.
Example 11
This example explains the production of an unpatterned nonwoven according to the invention.
A fiber fleece with a basis weight of 88 g / m2 is produced according to Example 7 from the viscose artificial silk fibers described there with a single row of nozzles, a wire mesh with 150 meshes per 2.54 cm and 37% open area being used as a carrier, which the fiber fleece with a Speed of 3.7 m / min under the row of vibrating nozzles so that the web runs once under nozzles, which are operated at a pressure of 14, 35, 70 or
84 kg / cm2 can be actuated. The non-perforated fiber fleece is smooth and resembles a felt with weak grooves.
Part of the dry fleece is immersed in a solution of 50% urea and 18% orthophosphoric acid for 2 minutes, allowed to drain and squeezed off until an absorption of 1.6 to 1.7 is reached. The wet nonwoven fabric is heated in an air oven to 160 ° C. for 4 minutes. The fleece is then washed in an aqueous solution containing 5% sulfuric acid and 17% sodium sulfate, allowed to run off, squeezed off and adjusted to a pH of 8.4 in an aqueous solution containing 4% Na2HPO4 and 17% Na2SO4 is converted to sodium cellulose phosphate.
The fleece is then allowed to run off again, squeezed off and dried in the air.
A medium-sized diaper is made from the nonwoven. The diaper tears in two after being immersed ten times in the basin of a toilet, and 85% of the diaper is flushed past the hook of the drain pipe after three flushes. The properties of this nonwoven can also be found in Table V.
Example 12
This example illustrates the use of a heterogeneous, water-sensitive fiber.
A nonwoven fabric with a basis weight of 27 g / m 2 is produced from a random fiber web of 12.6 mm long viscose rayon fibers with a titer of 1.5 den with the device and according to the method of Example 7, but using 4 rows of nozzles with Pressures of 21, 28, 35 or 35 kg / cm2 can be operated.
The dry fiber fleece is placed in a solution of 70% by volume of water and 30% by volume of N-dimethylformamide for 1 minute and then squeezed off until an absorption of 1 g / g is reached. The wet fleece is placed in a 0.25N solution of SO2 in N-dimethylformamide at room temperature for 1 minute and squeezed off again until an absorption of 1 g / g is reached. The fleece is then treated in aqueous sulfuric acid for 1 minute, squeezed off, treated for 1 minute in an aqueous solution that contains 17% Na, SO4 and 3% Na2 HPO4 and is adjusted to a pH of 8.5, squeezed off again and air dried. Fibers made of cellulose (viscose rayon) with an outer sheath made of sodium cellulose sulfate are obtained.
A 44 X 33 cm piece of this nonwoven is soaked in synthetic urine and rinsed twice with water, whereupon it can be rinsed away 100%. The nonwoven has the properties given in Table V. The mean degree of substitution of the artificial silk core and the modified coat is 0.008.
Example 13
This example explains that the nonwovens according to the invention have a stronger internal bond strength than those known hitherto.
The internal bond strength test, which was originally intended to measure the internal bond strength of paper, is also suitable for measuring the vertical entanglement component through the entire thickness of the nonwoven.
Basically, this test is to determine the force required to tear the sample as the flat surfaces of the sample are placed and held between two pieces of adhesive tape.
As expected, a laminate easily breaks down into its individual layers (low internal bond strength), while products that are held together by a vertical fiber component require higher forces to tear because the vertical fibers have to be torn.
The internal bond strength of nonwovens is determined on the tester called the Internal Bond Tester (Model B, manufactured by Sisalkraft-Scott Co. of Providence, RI, USA) by measuring the force required to place a sample in its Shear off the main plane with the help of a pendulum loaded with weights. The sample is attached to a lower, fixed steel plate and to an upper, at right-angled impact rod (which is hit by the pendulum) by means of double-sided adhesive tape.
TABLE V Example 7 8 9 10 (a) 10 (b) 11 12 Degree of substitution 0.26-0.30 0.30 0.28 0.17 Cohesion value Ch dry 0.29 0.42 0.59 0.66 0, 77 0.69 0.32 C} i wet 0.04 0.04 0.27 0.11 0.10 0.14 0.06 Tear strength machine direction / cross direction, g / cm dry 1100/460 680/490 480/360 730/500 1200/540 c1200 / 1600 c430 / 180 wet 3.2 / 2.0 * 2.6 / 18 11 / 4.8 0.29 / 0.28 2.9 / 0.9 * 0.18 / 0.27 0.17 / 0.17 wet S.U. ** 137/68 80/65 41 36/20 80/70 25 (medium) (medium) elongation at dryness,%
Machine direction 12 27 32 28 20 39 32
Cross direction 72 44 36 77 77 28 36 Weight, g / cm2 78 52 52 41 62 110 34 f,
wet 0.72 <0.70 <0.70 <0.70 0.31 <0.70 - <0.70 * tap water ** synthetic urine The bending length for all nonwovens is less than 3 cm.
The areas of the steel plate, the baton, the nonwoven and the adhesive tape are 2.54 cm X 2.54 cm. The test device has a clamping device for the simultaneous application of five samples at a standardized pressure. The five samples are tested in the machine direction and the cross direction and the value reported is the mean. The nonwoven should be in a salt-free state, as it is obtained by extraction for the determination of the cohesion value. Pressures of 14 kg / cm2 are used, although lower pressures may be required with very thin and porous samples to prevent. that the top tape comes into contact with the bottom tape.
With nonwovens that contain coarse openings (i.e. with 12 or fewer openings per 2.54 cm and with a basis weight of less than about 34 g / m2), no meaningful results are obtained, because then one adhesive tape through the entire thickness of the Nonwovens stuck to the other adhesive tape through.
Nonwovens from a number of the above examples as well as papers and a commercially available, resin-bonded nonwoven are examined.
The preferred nonwovens according to the invention have internal bond strengths of at least 1.1 kg.cm, while particularly preferred nonwovens with the highest cohesion in the dry state have internal bond strengths of at least 2.1 kg.cm.
Typical results are summarized below:
Inner nonwovens according to the example, bond strength kg-em
1, softened 3.1
2, product d 1.2
2, product 1 2.3
7 1.5
8 2.6 12 4.4 Typical rayon nonwovens used in the examples 3.4 to> 6.9 Commercially available, resin-bonded rayon nonwovens (binders in 1.6 mm wide ribbons with center-to-center spacings of 6.3 mm over the entire length Width of the nonwoven arranged) 0.7 to 1.0 Paper used as starting material for Examples 1 and 2 0.14 to 0.7