DD298075A5

DD298075A5 - Faser mit erhoehter spezifischer pberflaeche, verfahren zu deren herstellung, aus derartigen fasern bestehende flockenmasse und verwendung der faser als absorptionsmaterial

Info

Publication number: DD298075A5
Application number: DD90344262A
Authority: DD
Inventors: Inger V Eriksson; Goeran E Annergren; Lars E R Wagberg
Original assignee: ��@��@��k��
Priority date: 1989-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1992-02-06
Also published as: WO1991005108A1; SE9002476D0; DK0493516T3; SE8903180D0; US5492759A; EP0493516A1; EP0493516B1; AU6505290A; DD298221A5; NZ235345A; SE9002476L; ES2052277T3; DE69007794T2; DE69007794D1; ATE103650T1; SE500858C2

Abstract

Fasern mit erhoehter spezifischer Oberflaeche und verbesserten Absorptionseigenschaften, vorzugsweise fuer die Verwendung in Form einer Flockenmasse in Absorptionsartikeln, wie Windeln bzw. Binden, Inkontinenzschutz, etc., bei denen die Fasern eine poroese Schicht aus hydrophilen Chemikalien, die an der Faseroberflaechen verankert ist, aufweisen; ein Verfahren zur Herstellung derartiger Fasern, deren Verwendung in Absorptionsartikeln und ein Absorptionsmaterial, das die Fasern umfaszt.

Description

werden die Fasern mit einem Afkalisiticat imprägniert und nach Entwässern werden die Fasern mit einer Aluminiumsalzlösungim Anschluß an die Einstellung des pH «uf einen Wert von höchstens 9 behandelt. Diese Behandlung führt zur Ausfällung von

Silicat auf den Faserwänden, die den Flüssigkeitstransport und die Flüssigkehsretention verbessert und auch beim Trocknen

einen Queilungszusammenbruch verhindert.

Die schwedische Patentanmeldung 9002475-3 der gleichen Anmelderin (interne Referenznummer 20677), eingereicht am 20. Juli

1990, beschreibt mit einer Aluminiumsalzlösung behandelt Fasern, wobei diese Fasern auch zu einem Material mit erhöhter

Absorptionsrate ohne Silicatzugabe führen, obgleich die Anwesenheit des Silicate eine gewisse weitere Verbesserung ergibt Die Behandlung wird bei vorgegebenen pH-Bereichen, nämlich bei pH = 5-11, vorzugsweise pH ** 8,5-9,5, insbesondere bei

pH - 9, durchgeführt

Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und den Unteransprüchen, wobei die Erfindung sich

auch auf ein Verfahren zur Herstellung der Fasern, definiert in Patentanspruch 1, die Verwendung der Fasern in einer

Flockenmasse zu Absorptionszwecken und einen derartige Fasern enthaltenden Sanitärartikel erstreckt. Somit wird bei Anwendung der Erfindung eine Zunahme der spezifischen Oberflache der Fasern, die insbesondere als Absorptionsmateriel für Sanitärartikel vorgesehen sind, erzielt, wobei diese erhöhte spezifische Oberflache zu einer merklich

verbesserten Absorptionsrate bzw. -geschwindigkeit und einem merklich verbesserten Flüseigkeitstransport des Fasermaterialsführt Im Anschluß an die Behandlung mit hydrophilen Chemikalien zeigt die Faseroberfläche eine relativ dünne, poröse Schicht,

d. h. eine Schicht mit einer Dicke von geringer als 2000 A.

Die poröse Schicht erhält man durch Behandlung (Imprägnierung) des Fasermaterials mit hydrophilen Chemikalien, wobei die Fasern entweder in trockenem oder feuchtem Zustand, entweder in Form einer entwässerten Fasermasse oder in Form einer Faser-Wasser-Suspension vorliegen. Dieses Behandlungsverfahren kann durchgeführt werden, indem man die Fasern in einem

der vorstehenden Zustände mit den hydrophilen Chemikalien in Kontakt bringt, z. B. durch Besprühen der Fasern in trockenemoder feuchtem Zustand, gegebenenfalls in geformtem oder gestaltetem Zustand, z. B. in Form einer Absorptionsschicht, miteiner Chemikalienlösung besprüht oder indem man die Chemikalien mit einer Faserdispersion mischt, wobei die Chemikalien infestem, kommerziell erhältlichem Zustand oder in Form einer Lösung zugeführt werden. Dieses Beimengungs- oder

Sprühverfahren kann mit Hilfe einer typischen Vorrichtung, die gewöhnlich bei dieser Technik eingesetzt wird, durchgeführt

werden.

Andere geeignete Behandlungsbedingungen sind übliche, und optimale Bedingungen können vom Fachmann einfach festgelegt

werden, z. B. Bedingungen hinsichtlich pH, Temperatur, Mischungsgeschwindigkeit, Chemikalienmengen,

Imprägnierungszeiten, etc. Die Wechselwirkung zwischen Fasern und Ausfällungschemikalien kann auf vielfältige Weise erreicht werden. Van der Waals- Wechselwirkung und/oder elektrostatische Wechselwirkung (einschließlich u. a. die Absorption der Ausfallungschemikalien auf

der Faseroberfläche) bestehen zwischen den Fasern und den Ausfällungschemikatien. Weiterhin findet eine Ausflockung/

Ausfällung allein oder in Kombination mit dem vorstehenden Wechselwirkungsphänomen statt. Dieses Ausflockungs/ Ausfällungsprodukt wird an die Faseroberfläche verankert, ein großer Anteil als Ergebnis der vorhandenen Oberflächenunregelmäßigkeiten. Die verwendeten, hydrophilen Chemikalien können auch als .Ausfällungschemikalien" angesehen werden, d. h. die poröse Schicht wird durch eine „Ausfällung" oder .Ausflockung" der Chemikalien gebildet, die, wenn sie an der Faseroberfläche durch

einen der vorstehenden Mechanismen verankert werden, die Oberflächenvergrößerung ergeben, welche zu der gewünschten

Verbesserung der Absorptionseigenschaften führt. Somit ist unter „chemische Bindung" eine elektrostatische Bindung zwischen negativen Gruppen auf der Faser und dem

positiven Kation in der Ausfällungschemikalie oder, alternativ, van der Waals-Kräfte zu verstehen. Zur Erzielung eines„Oberflächenüberzugs" wird dieChemikalie auf die Fasern gesprüht und dort durch Trocknen verankert. Unter der Bezeichnung.Ausfällung" ist zu verstehen, daß eine lösliche Substanz als Ergebnis einer derartigen Konzentrationsveränderung der Lösung,daß das Löslichkertsprodukt überschritten wird, in einen festen Zustand übergeht Unter .Ausflockung" ist in diesem Fall eine

Agglomeration der sog. Mikroteilchen zu größeren Agglomeraten zu verstehen, die jedoch noch kolloidal stabil sind. Eine

zusätzliche Dostabilisierung kann bei diesem Prozeß stattfinden, bei der die ausgeflockten Mikroteilchen weiter destabilisiert undhiermit in einem nicht-kolloidalen, stabilen Zustand ausgefällt werden. Im vorliegenden Fall wird dieser letztgenannte Prozeß als

Koagulation bezeichnet. Es wird angenommen, daß diese letztgenannten Ausfällungsprodukte eine dichtere Struktur besitzen. Im vorliegenden Fall wird die Bezeichnung „Ausfällungschemikalie" als die relevanteste Bezeichnung für Chemikalien

angesehen, die zur Bindung des hydrophilen Komplexes an die Faseroberfläche eingesetzt werden und hiermit die vorstehendgenannte, poröse Schicht bilden. Es sei jedoch bemerkt, daß die Ausfällungschemikalie einen Teil des hydrophilen

Ausfällungsprodukts bilden kann. Der präzise Mechanismus der Verankerungsmechanismen, die bei der vorliegenden Erfindung eine Rolle spielen, wurde nicht

völlig ermittelt und man nimmt an, daß er für den durch die Erfindung erzielten Effekt nicht signifikant ist. Offensichtlich findenzahlreiche, verschiedene chemische und physikalische Prozesse statt.

Beispielsweise kann die Oberflächenbeschichtung durch Ausfällung und anschließende Koagulation der auf die Faseroberflachen aufgebrachte Ausfällungschemikalie hervorgerufen werden, wodurch eine poröse Schicht auf den Oberflächen gebildet wird. Somit spielen in diesem Fall zwei Mechanismen eine Rolle, erstens die Ausfällung mit der

anschließenden Agglomeration der Teilchen und zweitens die chemische Bindung der Chemikalie mit der Faseroberfläche. Die

Reihenfolge, in der diese Prozesse stattfinden, wurde nicht ermittelt. Die Bindung findet an den elektronegativen Gruppen an der Faseroberfläche, z.B. Hydroxyl-, Carboxyl- und Sulfonsäuregruppen,

statt Solche Gruppen trifft man z.B. beim Lignin, der Cellulose, der Hemicellulose und extraktiven Substanzen an.

Ein konkretes Beispiel einer Verankerungssituation kann z. B. die Bindung von Eisenionen oder Aluminiumionen an die Carboxylgruppe,-COOH, beispielsweise an der Hemicellulose, umfassen. Es ist gut bekannt, daß dieser Prozeß einen positiven Bereich auf der Faseroberfläche bilden kann, der seinerseits ein anionisches Ausfällungsprodukt binden kann. Es ist

wahrscheinlich, daß dies der Prozeß ist, der bei niedrigen pH-Werten stattfindet

Die Fasersuspension enthält normalerweise eine Anzahl verschiedener Substanzen, die teilweise dem bei der Herstel lung der Fasern verwendeten Material und teilweise den Additivmaterialien entstammen, z. B. kolloidale Materialien mit Teilchengrößen

in der Größenordnung von 0,01-5μίτι (10~^sm), wie Fettsäuren, Harzsäure, Sulfonate, verschiedene Arten der Hemicellulose,

Ligninfragmente, Wasserglas, anorganische Salze (z. B. Ca und Mg aus dem Verfahrenswasser) und kleine Fasern, sog. Feinanteile. Eine sehr geläufige Erklärung fur die beobachteten Reaktionen besteht einfach in einer lonen/lonen-Wechsehvirkung zwischen

entgegengesetzt geladenen Species. Bn Grund für die hohe Effektivität von mehrwertigen Kationen ist der Ober die sog. Schulze-

Hardy-Regel beschriebene Effekt, d.h. die Effektivität des Kations nimmt aus der Sicht der Koagulation mit (lonenwertigkeft)¹

oder (lonenwertigkerU*2u. Weiterhinicann die Ausfiltungschemikeüe zwei Fasern über elektrostatische Bindungen verknüpfenbzw. vernetzen. Diese Ausfällung wurde auch grundlegend in der Literatur beschrieben (J. Y. Buttere et al., Langmuir 1990,6,

Die Ausflockung des gelösten und kolloidalen Materials hängt somit vom pH und der lonenkonzentration ab und ist für Jede

spezielle Ausfällungschemikalie spezifisch.

Bei dem Ausftockungsprozeß wird wahrscheinlich eine voluminöse Flocke gebildet, die durch Ladungsneutralisation oder Brückenbildung zwischen verschiedenen Kolloiden zur Bildung eines Aggregats der in der Faserbreisuspension vorhandenen Kolloide führt und auf diese Weise diese Kolloide in die gebildete Flocke einschließt Eine chemische Ausfällung einer Verbindung findet statt, wenn das Produkt der molaren Konzentrationen der in der Verbindung vorhandenen Ionen das Löslichkeitsprodukt überschreitet. Der gebildete Komplex ist somit ein Metallhydroxidkomplex und auch ein Metalloxidkomplex. Entsprechend dem vorstehend

erwähnten Mechanismus kann auch eine Co-Praziphation stattfinden, bei der .fremde" Substanzen eingebaut werden.

In einem konkreten Fall, bei dem Aluminiumchlorid als Ausfällungschemikalie eingesetzt wird und die Fasersuspension Cellulosefasern enthält, deren Absorptionseigenschaften verbessert werden sollten, kann der Mechanismus, durch den die

poröse Schicht ausgefällt und verankert wird, durch das folgende Modell erklärt werden.

Es können zwei Austauschmechanismen zwischen Aluminiumchlorid und Cellulosefasern stattfinden, erstens ein Ionenaustausch der Aluminiumionen mit der Carboxylgruppe auf den Fasern assoziierten Kationen und zweitens die Bildung

von Aluminiumflocken. Der wechselseitige Umfang oder die wechselseitige Größenordnung dieser beiden Mechanismen hängt

u. a. von dem Neutralisationsgrad des Aluminiumchlorids ab. Der Austausch zwischen Aluminiumionen und Hydroxylionenführt zur Bildung von elektrisch geladenen Hydroxylaluminium-Polymeren. Die hohe elektrische Ladung dieser komplexen

Aluminiumverbindungen begünstigt die Koagulation von negativen Teilchen. Polyaluminiumionen scheinen effektiver zu wirken als normale Aluminiumionen. Die Erklärung hierfür kann möglicherweise

ihre hohe lonenladung sein, die gemäß der erwähnten Schulze-Hardy-Regel die Ursache dafür ist, daß Gegenionen hoher

Wertigkeit (sog. CCC-Werte) zu sehr geringen kritischen Koagulationskonzentrationen führen. Da die Ladung für Polyaluminiumlösungen sehr hoch ist, würde dies die besseren Eigenschaften derartiger Lösungen im Vergleich zu typischen Aluminiumionen erklären. Der Aluminiumsilicat-Komplex ist bei basischen pH-Werten negativ geladen und bindet somit

verschiedene Kationen als Gegenionen.

Die Verankerung der porösen Schicht kann auch durch Zugabe nativer, z. B. kationischer Stärkederivate, kationischer Galactomannanderivate und/oder synthetischer Polymerer verbessert werden. Unter den Begriff .synthetische Polymere" fallend, können die folgenden Chemikalien angesehen werden.

(A) Kettenreaktionspolymere werden aus Monomeren des Typs der Ethylacrylate mit quarternären Ammoniumsalzen als Endgruppen gebildet.

(B) Modifizierte Polyacrylamide, bei denen das Polyacrylamid mit HCHO und Dimethylamin umgesetzt ist.

(C) Polydiallyldialkyl-ammoniumhalogenide.

(D) Kationische Amidamine.

(E) Kondensationsprodukte zwischen Dicyanodiamid, Formaldehyd und einem Ammoniumsalz.

(F) Reaktionsprodukte zwischen Epichlorhydrin oder Polyepichlorhydrin und Ammoniak, Aminen.

(G) Polymere, gebildet durch Reaktion zwischen Aminen und Dihaloalkanen. (H) Polymere, gebildet durch Polymerisation von Ethylenimin.

(I) Polymere, gebildet durch Polymerisation von N-fDialkyl-aminoalkyO-acryl-amid-Monomeren.

(J) Natürliche Polymere, wie in .Industrial Gums", R. L Whistler, Academic Press, New York, London 1959, spezifiziert.

Es ist wesentlich, daß die zwischen der porösen, hydrophilen Schicht und der Faseroberfläche gebildete Bindung ausreichend

stark ist, um allen weiteren denkbaren Formen der Behandlung zu widerstehen, denen die Fasern ausgesetzt werden können,beispielsweise der Zerfaserung bzw. Mahlung der Pulpe bzw. des Faserbreis, dem Lufttransport und anderen in Verbindung mitder Umwandlung angewandten Verfahren.

Die an der Faseroberfläche verankerte, poröse Schicht besteht überwiegend aus Ausfällungschemikalien, obgleich die Schicht

auch beispielsweise ein Co-Präzipitat von Kolloiden aus der umschließenden, wäßrigen Umgebung enthalten kann. Die

Ausfällungschemikalien bestehen aus hydrophilen, positiven, anorganischen Ionen, die z. B. in Form von Salzen, Hydroxiden

oder Oxiden zugeführt werden und die sich z. B. an Hydroxyl-, Carboxyl- und/oder Sulfonsäuregruppen auf der Faseroberflächebinden.

Die positiven, anorganischen Ionen sind vorzugsweise Alkalimetalle und Erdalkalimetalle und Al³⁺, Fe³⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺ oder Cu²⁺. Die poröse Schicht kann auch Mischungen dieser Ionen einschließen. Sulfat, Chlorid, Carbonat, Phosphat und/oder Hydroxid werden bevorzugt als negative Ionen in den Salzen dieser anorganischen Ionen verwendet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Alkalimetallionen in Form von Natriummetasilicat und das Erdalkalimetall in Form von Calciumsulfat, Calciumcarbonat oder Calciumchlorid, gegebenenfalls in Gegenwart von Kohlendioxid, eingebracht. Kalk, Ca(OH)₂ oder CaO wird auch als oberflächenvergrößernde Chemikalie wirken, wenn es auf der Oberfläche der Fasern ausgefällt wird. Aluminiumionen werden vorzugsweise in Form von Poly-(aluminiumchlorid) oder Poly-(aluminiumsulfat), Aluminiumphosphat oder Natriumaluminat zugeführt. Mischungen dieser Verbindungen können

ebenfalls verwendet werden. Die Eisenionen werden bevorzugt in polymerer Form, z. B. Poly-(eisensulfat) oder PoIy-(eisenchlorid), zugeführt.

Die resultierende, oberflächenvergrößernde Wirkung wird erhöht, und man erhält eine sich anschließende Verbesserung der Absorptionseigenschaften, wenn die Verankerung in Gegenwart von Silicat entweder unter Zugabe von Silicat in einer separaten

lmprfgnierungsstufe oder mit Hilfe eines bereits anwesenden Silicate, ζ. B. in einer von der Bleichstufe zurückgebliebenen, wäßrigen CeKulosefaserlösung, durchgeführt wird.

Die Fasern ihrerseits können verschiedenen Ursprungs sein und CeIIulosefasern, z. B. chemi-mechanische (CTMP) oder chemische Pulpe- bzw. Breifasern oder Reyonfasern, umfassen. Die Fasern können auch aus synthetischen Fasern, z. B. Polypropylen-, Polyester-und PolyvmyMkoholf asern, bestehen. Die Fasern können auch natürlichen Ursprungs sein, z. B. Gras, Weißmoos (White moss) oder Torf entstammen. Man kann auch Fasermischungen verwenden sowohl in der der Oberflächenvergrößerungs-Behandkmg unterworfenen Fasersuspension als auch in der für Absoriszwecke vorgesehenen Flockenmasse, teilweise als Fasermischung in dem tatsachlichen Absorptionskörper selbst und teilweise in verschiedenen Schichten, die den Absorptionskörper bilden. Weiterhin können die behandelten Fasern mit unbehandeftan Fasern oder deren Schichten gemischt werden, wobei auch sog. Superabsorptionsmittel in das Absorptionsmaterial eingeschlossen werden können.

Die mit Hilfe des vorstehenden Verfahrens an der Faseroberfliche verankerte, poröse Schicht kann somit eine verbesserte Absorptionsrate aufgrund der erhöhten spezifischen Oberfläche der Faser ergeben. Nachstehend findet sich eine Tabelle, die die Beziehung zwischen der spezifischen Oberfläche und der Absorptionsrate zeigt, wobei diese Beziehung auch in der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben wird.

Tabelle I

Beziehung zwischen der spezifischen Oberfläche und der Absorptionsrate

Probe	Spezifische Oberfläche	Absorptionsrate
	mVg	ml/sec
1	3,580	4,100
2	1,210	1,100
3	4,280	4,020
4	1,170	0,060
5	1,040	1,880
6	1,350	3,350
7	1,040	1,980
8	0,0810	0,890
9	6,440	5,220
10	1,070	3,430
11	1,030	2,990
12	0,860	2,770
13	1,030	1,840
14	1,460	1,230
15	0,970	1,700
16	2,390	3,400
17	1,430	2,100
18	1,470	3,280
19	3,510	3,880
20	4,650	4,320
21	0,870	1,880
22	1,080	2,240
23	0,249	0,01
24	2,307	0,650
25	2,644	0,510

Anmerkung: Die spezifische Oberfläche wird nach der BET-Methode gemessen und die Absorptionsrate gemäß .The Porous Plate Testing Apparatus" (Textile Res. J., Seiten 356-366,1967, Burgeni und Kapur: .Capillary Sorption Equilibria in Fiber Masses'), ermittelt.

Somit besitzt im Anschluß an das Aufbringen der porösen Schicht die spezifische Oberfläche der behandelten Faser Werte von zumindest 1,2 m²/g, insbesondere zumindest 1,6m²/g und vorzugsweise zumindest 2,1 mVg, um die gewünschte Verbesserung der Absorptionseigenschaften zu ergeben. Die spezifische Oberfläche wird nach der BET-Methode bestimmt und der Wert der nichtbehandelten Cellulosefasern beträgt z. B. etwa 1 m²/g, wohingegen der Wert derartiger Fasern nach der Behandlung 3 bis 7 mVg beträgt.

Es wurde auch gefunden, daß der Kontaktwinkel der porösen Schicht, gemessen an komprimierten Lagen des Fasermaterials, auch ein Faktor ist, der die Beziehung zu der Absorptionsrate ausdrückt. Somit sollte der Kontaktwinkel höchstens 70°, insbesondere höchstens 65" und vorzugsweise höchstens 60°, betragen. Die folgende Tabelle zeigt die Beziehung zwischen der Absorptionsrate und dem Kontaktwinkel (siehe Tabelle II).

Tabellen Beziehung zwischen der Absorptionsrate und dem Kontaktwinkel

Absorptionsrate	Kontaktwinkel
(ml/sec)	O
0,29	65,5
0,42	63,8
0,71	68,5
0,25	72,5
1,29	65,0
2,08	42,6
2,09	60,6
3,04	55,8
1,52	50,7
1,59	60,5

Die an die Faseroberfläche verankerte Schicht soll porös sein, wobei die Porosität als die Luftvolumenverteilung in dem porösen Material definiert ist Die Porosität wird durch das Verhältnis des Luftvolumens zu dem Volumen der gesamten Masse des Materials bestimmt und liegt somit zwischen 0 bis 1. Die Porosität ist dimensionslos. Andere Größen, die für poröses Material von Bedeutung sind, sind z. B. Porenvolumen, Porendurchmesser und Porenfläche. Die erfindungsgemäß auf den Fasern gebildete, poröse Schicht zeigt einen hohen Prozentanteil Poren mit geringem Durchmesser, wodurch sich insgesamt eine hohe spezifische Oberfläche ergibt. Der überwiegende Anteil der Poren besitzt Durchmesser von geringer als 500 A, insbesondere geringer als 300 A und vorzugsweise geringer als 200 A.

Eine Reihe von Messungen des Porendurchmessers, des Porenvolumens bzw. der Porenfläche wurde an dem Aluminiumkomplex, der erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzt wird, durchgeführt. Die Ergebnisse finden sich in der folgenden Tabelle III.

Tabelle III Beziehung zwischen Porendurchmesser, Porenvolumen und Porenfläche

Porendurchmesser	Porenvolumen	Porenfläche
A	mmVg	m²/g
2650-1840	0,092	0,002
1 840-1 703	0,228	0,005
1 703-1482	0,336	0,009
1 482-1213	0,328	0,010
1213- 931	0,779	0,030
931- 737	0,680	0,034
838- 576	0,581	0,037
576- 497	0,411	0,031
497- 450	0,259	0,022
450- 406	0,285	0,027
406- 341	0,427	0,047
341- 293	0,347	0,044
293- 256	0,313	0,046
256- 228	0,319	0,053
228- 204	0,302	0,056
204- 171	0,420	0,091
171- 148	0,432	0,110
148- 122	0,716	0,216
122- 103	0,660	0,239
103- 83	0,087	0,480
83- 68	1,115	0,605
68- 57	0,903	0,586
57- 49	0,746	0,565
49- 43	0,589	0,514
43- 38	0,464	0,461
38- 34	0,648	0.728
34- 30	0,087	0,110

Ein hpher Prozentanteil der Poren in dem Alumtniumkomplex besitzt Größen im Bereich von 34 bis 125 A. Die untersuchte Faser hat eine spezifische Oberfläche von 5,5 m²/g. Die gesamte Oberfläche der Poren, die kleiner als 125 Ä sind, beträgt etwa 4,5 m²/g. Der nichtbehandelte CTMP besitzt so wenig Poren in diesem Bereich, daß er unterhalb der Nachweisgrenze der zur Bestimmung der Porosität verwendeten Methode liegt

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1 Eine CTMP-Masse wurde mit Poly-(eisensulfat) (Kemira) in solcher Menge, daft der Eisengehalt 2% betrug, 10 min imprägniert. Der pH wurde während des Imprägnierungsverfahrens auf 7 eingestellt Die Absorptionsrate und die Absorptionskapazität wurden gemäß .Th* Porous Plate Testing Apparatur* (siehe Textile Res. J. Seiten 356-366,1967, Burgeni und Kapur ,Capillary Sorption Equilibria in Fiber Mass") bestimmt. Die spezifische Oberfläche

wurde nach der BET-Methode bestimmt.

Man erhielt die folgenden Ergebnisse:	Absorptions kapazität (ml/g)	Spezifische Oberfläche (mVg)
Absorptions rate (ml/sec)	9,46 9,44	1,06 2,52
Bezug 2,61 Probe 3,82

Beispiel 2

Eine CTMP-Fasermasse wurde mit 2,3%igem Natriumetsilicat 30min imprägniert. Die Fasermasse wurde entwässert und hiernach mit Poly-(aluminiumchlorid) (2 % Aluminium) 30 min imprägniert Der pH wurde auf pH = 9 während des Imprägnierverfahrens eingestellt Die Fasermasse wurde wiederum nach dem Imprägnierverfahren entwässert. Die Absorptionsrate und die spezifische Oberfläche wurden nach den in Beispiel 1 angegebenen Methoden bestimmt, und man erhielt die folgenden Ergebnisse:

Aluminium Absorptionsrate Spezifische Oberfläche {%) (ml/sec) (mVg)

0 2,77 0,86 0,05 2,99 1,03 0,4 3,26 1,07 2 4Д6 6^44

Beispiel 3 Eine CTMP-Fasermasse wurde mit Natriummetasilicat (EKA als Chemikalienlieferant), 2%, während 30min imprägniert. Die Absorptionsrate und die spezifische Oberfläche wurden nach den in Beispiel 1 angegebenen Methoden bestimmt, und man

erhielt die folgenden Ergebnisse:

Absorptionsrate Spezifische Oberfläche (ml/sec) (mVg)

Bezug 1,88 0,98

Probe 2,25 1,20

Beispiel 4 Eine CTMP-Fasermasse wurde mit 2%igem Natriummetasilicat 10min imprägniert wonach die Fasermasse entwässert wurde. Die entwässerte Fasermasse wurde dann mit Poly-(aluminiumchlorid) mit einem Gehalt von 2% Aluminium 10 min imprägniert,

wobei der pH auf 9 eingestellt wurde. Die Fasermasse wurde dann entwässert

Die Absorptionsrate und die spezifische Oberfläche wurden nach den in Beispiel 1 angegebenen Methoden bestimmt, und man

erhielt die folgenden Ergebnisse:

Absorptionsrate Spezifische Oberfläche

(ml/sec) (m²/g)

Bezug 1,93 1,07

Probe 4,59 4,70

Beispiel 5

Eine CTMP-Fasermasse wurde mit Poly-(aluminiumchlorid) (2% Aluminium) 10min imprägniert Der pH der Fasermassensuspension wurde auf pH 9 eingestellt. Die Fasermasse wurde nach dem Imprägnierungsverfahren entwässert. Die Absorptionsrate und die spezifische Oberfläche wurden nach den in Beispiel 1 angegebenen Methoden bestimmt, und man erhielt die folgenden Ergebnisse:

Absorptionsrate Spezifische Oberfläche

(ml/sec) (mVg)

Bezug 1,28 0,98

Probe 3,23 1,31

Nach dem Bleichen der Fasermasse fand man, daß die Fasermasse Restmengen an Silicat enthielt Beispiele

Man gab CaCO₃ in einer Menge von 3% Ca zu einer wäßrigen Suspension von CTMP-Fasern, während man auf den pH auf 7 einstellte. Die Fasermasse wurde in anderer Hinsicht in der in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen Weise behandelt, wodurch man zu einer zufriedenstellenden Zunahme der spezifischen Oberfläche und hiermit zu einer späteren Zunahme der Absorptionsrate gelangte.

Beispiel 7

Aus Polyesterfasern (duPont, OACRON D 343 N5D) bestehende, synthetische Fasern mit einer Länge von 6mm wurden mit einem Aluminiumsilicat-Komptex imprägniert. Bei einem Versuch wurden die Fasern allein mit Poly-(aluminiumchlorid) (2% Aluminium) imprägniert, während bei dem anderen Versuch die Polyesterfasern zuerst mit Natriummetasilicat (2%) während 10min imprägniert wurden, wonach man die Fasern mit Poly-(aluminiumchlorid) (2% Aluminium) unter Einstellung des pH-Wertes auf 9 imprägnierte.

Die Absorptionsrate und spezifische Oberfläche wurden nach der in Beispiel 1 angegebenen Methode bestimmt. Man erhielt die folgenden Ergebnisse:

Natrium- Aluminium- Absorptions- Absorptions- Spez. metasilicat Konzentration rate kapazität Oberfläche (%) (%) (ml/sec) (ml/g) (m'/g)

Bezug 0 0 0,01 0,18 0,25 Probe 0 2 0,65 10,19 2,31 Probe 2 2 0^51 10,03 2/54

Beispiel 8 Eine getrocknete, gebleichte CTMP-Fasermasse wurde mit einem kationischen Polymeren, bestehend aus DADMAC von Dow Chemicals, in einer Menge von tOOuÄq/g imprägniert. Die Imprägnierungsdauer betrug etwa 30 min. Im Anschluß an die Imprägnierung wurde die Fasermasse entwässert und hiernach mit 6% Natriummetasilicat unter Einstellung des pH-Wertes auf

9 imprägniert. Die Fasermasse wurde dann entwässert und getrocknet.

Die Absorptionsrate und die spezifische Oberfläche wurden entsprechend Beispiel 1 bestimmt, und man erhielt die folgenden Ergebnisse:

Absorptions- Gesamt- Spezifische rate absorption Oberfläche (ml/sec) (ml/g) (m²/g)

Bezug 1,90 9,39 1,09

Probe 3^20 9ДИ 1^51

Beispiel 9 Eine nicht getrocknete, ungebleichte CTMP-Fasermasse wurde mit einem kationischen Polymeren, bestehend aus DADMAC der Dow Chemicals, in einer Menge von 100uÄq/g imprägniert. Die Imprägnierungsdauer betrug etwa 30min. Im Anschluß an die Imprägnierung wurde die Fasermasse entwässert und hiernach mit 6% Natriummetasilicat unter Einstellung des pH-Wertes auf

9 imprägniert. Die Fasermasse wurde dann entwässert und getrocknet.

Die Absorptionsrate und die spezifische Oberfläche wurden entsprechend Beispiel 1 bestimmt, und man erhielt die folgenden Ergebnisse: Spezifische Gesamtabsorption Oberfläche Rate Absorption Oberfläche

(ml/sec) (ml/g) (m²/g)

Bezug 1,08 10,00 0,89

Probe 3,38 10,01 1,40

Beispiel 10 Eine nicht getrocknete, gebleichte CTMP-Fasermasse wurde mit einem kationischen Polymeren, bestehend aus DADMAC der Dow Chemicals, in einer Menge von 100uÄq/g imprägniert. Die Imprägnierungsdauer betrug etwa 30 min. Nach der Imprägnierung wurde die Fasermasse entwässert und hiernach mit 6% Natriummetasilicat imprägniert und der pH auf 9

eingestellt. Die Fasermasse wurde dann entwässert und getrocknet.

In einem weiteren Versuch wurde die Fasermasse lediglich mit Natriummetasilicat und in einem anderen Versuch nur mit

kationischem Polymer behandelt

Die Absorptionsrate und die spezifische Oberfläche wurden gemäß Beispiel 1 bestimmt, und man erhielt die folgenden Ergebnisse:

	Natrium-	Kationisches	Absorptions	Spezifische
	metasilicat	Polymer	rate	OberfHche
			(ml/sec)	Im¹Zg)
Bezug	—	—	1,59	1,08
Probe	+	—	2,25	1,21
Probe	—	+	1,26	1,00
Probe	+	+	3,71	241

Bemerkung:

— - nicht vorhanden; + « vorhanden

Aus den obigen Beispielen 1 bis 10ist ersichtlich, daß eine Zunahme der spezifischen Oberfläche und eine spätere Zunahme der Absorptionsrate mit Fasern wechselweise verschiedener Art, die für die Verwendung primär als Rockenmasse zu Absorptionszwecken vorgesehen sind, erzielt wird, wenn die Fasern mit hydrophilen Chemikalien behandelt werden, wobei die Chemikalien an die Faseroberfläche in Form einer porösen Schicht verankert werden. Insbesondere aus den Beispielen 8 bis 10 geht hervor, daß eine Verankerung der Schicht an die Faseroberfläche durch Zugabe von Polymeren, entweder synthetischen oder nativen Polymeren, verbessert werden kann.

Die erfindungsgemäßen Fasern wurden auch hinsichtlich ihrer Wirkungsweise bei Sanitärprodukten untersucht. Solche Produkte umfassen einen Absorptionskörper, bestehend aus einer Flockenmasse, der dem Produkt Volumen, Formstabilität und Saugfähigkeit in Verbindung mit der Fähigkeit, eine bestimmte Flüssigkeitsmenge zu enthalten (zu speichern), verleihen soll. Sogenannte Super-Absorptionsmittel können zugegeben werden, um das Speicherungsvermögen im Hinblick auf Flüssigkeiten des Absorptionskörpers zu verbessern, wobei die Wirkung derartiger Super-Absorptionsmittel darin besteht, die Flüssigkeit einzulagern und auch die Flüssigkeit unter Druck zurückzuhalten.

Ein Problem bei der Verwendung von Super-Absorptionsmitteln besteht jedoch darin, daß ein hoher Gehalt an Super-Absorptionsmittel zu Blockierungseffekten führen kann, die die Dispersion der Flüssigkeit in dem Absorptionskörper behindern. Gegenwärtige Produkte dieser Art enthatten normalerweise etwa 10 bis 30% Super-Absorptionsmittel. Man kann verbesserte Eigenschaften, insbesondere höhere Absorptionsraten und eine verbesserte Flüssigkeitsdispersion in dem peripheren Bereich des Produkts, erhalten, wenn die Super-Absorptionsmittel mit einer erfindungsgemäßen Faser ganz oder teilweise ersetzt oder ergänzt werden.

Die Menge der erfindungsgemäß Aluminiumsalz-imprägnierten Faser stellt 10 bis 100%, berechnet auf das Gewicht des Absorptionsmaterials, dar.

Flüssigkeitsausbreitung in der X-, Y- und Z-Richtung

Es wurde ein kleiner Versuch durchgeführt, in dem .Salsorb 84" (Super-Absorptionsmittel der Allied Colloids Ltd.) mit Fasermasse, bestehend aus erfindungsgemäßen Fasern, gemischt wurde. Man stellte gemäß einer von J.W. Brill, «New Scandinavian Fluff Test Methods", Tappi Journal, Band 66, Nr. 11,1983, entwickelten Methode Probenkörper her. In diesem Fall wurden 20% Super-Absorptionsmittel mit der Fasermasse vermischt. Die Probenkörper wurden in einem Dispersionsmeßgerät für die Absorption in X-, Y- und Z-Richtung untersucht. Die verwendete Vorrichtung war ein Dispersionsmeßgerät, hergestellt von Holger Hollmark bei STR, Stockholm (SCAN P 39 X, Holger Hollmark und Per-Olof Bethge, «Water Absorption Rate and Capacity"). Die Ergebnisse und Daten finden sich in der folgenden Tabelle.

Die erfindungsgemäße Fasermasse dispergiert die Flüssigkeit selbst mit diesen hohen Super-Absorptionsmischungen rascher in den vorstehenden drei Richtungen als herkömmliche CTMP.

Tabelle IV Absorptionszeit, bestimmt in einem Dispersionsmeßgerät

Absorptionszeit(en) X-Richtung Y-Richtung Z-Richtung

Bezug 7,17 8,41 5,37

(20%.Salsorb 84")

Probe 5J3S 5ДЭ 3^46

Die Flüssigkeitsdispersion in horizontaler Richtung wird eindeutig verbessert.

Die verbesserte Fähigkeit der Fasern, sowohl horizontal als auch vertikal zu dispergieren, bleibt sogar in Gegenwart von Super-Absorptionsmitteln erhalten.

Claims

1. Fasern mit erhöhter spezifischer Oberfläche, vorzugsweise in Form von Flocken, für die Verwendung in Absorptionsartikeln, wie Windeln bzw. Binden, Inkontinenzschutz etc., dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, an ihrer Oberfläche verankert, eine poröse Schicht aufweisen, die hydrophile Chemikalien umfaßt.

2. Fasern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Cellulosefasern, synthetischen Fasern oder natürlichen Fasern oder einer Mischung von zwei oder mehreren Typen derartiger Fasern bestehen.

3. Fasern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Behandlung die spezifische Oberfläche der Fasern mindestens 1,2 m²/g, vorzugsweise mindestens 1,6m²/g, insbesondere mindestens 2,1 m²/g, beträgt.

4. Fasern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile, poröse Schicht einen Kontaktwinkel von höchstens 70°, insbesondere höchstens 65°, vorzugsweise höchstens 60°, besitzt.

5. Fasern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile, poröse, chemische Schicht an die Faseroberfläche durch chemische Bindungen verankert wird, um in den Fasern zu trocknen, und/oder sich an diese Oberflächen als Ergebnis von Unregelmäßigkeiten hierin gebunden hat, während die Fasern sich in feuchtem oder trockenem Zustand oder in Form einer wäßrigen Suspension, gegebenenfalls in Anwesenheit kationischer Polymerer, befinden.

6. Fasern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophilen Chemikalien aus Verbindungen positiver, organischer Ionen bestehen.

7. Fasern gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven Ionen Alkalimetallionen oder Erdalkalimetallionen oder Al³⁺-, Fe³⁺-, Fe²⁺-, Mn²⁺-lonen oder Cu²⁺-lonen und Mg²⁺ oder Mischungen von zwei oder mehreren dieser Ionen sind und daß die Verbindungen der Ionen aus Salzen, z. B. Sulfat, Chlorid, Carbonat, Phosphat und/oder Hydroxid, bestehen.

8. Fasern gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalimetallionen in Form von Natriummetasilicat zugeführt werden.

9. Fasern gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdalkalimetallionen in Form von Calciumsulfat, Calciumcarbonat oder Calciumchlorid, gegebenenfalls unter Zusatz von CO₂, oder in Form von Kalk, d. h. Ca(OH)₂ oder CaO, zugeführt werden.

10. Fasern gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumionen in Form von Poly-(aluminiumchlorid) oder Poly-(aluminiumsulfat) oder Aluminiumphosphat oder Natriumaluminat zugeführt werden.

11. Fasern gemäß den Ansprüchen 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenionen in Form von Poly(eisensulfat) oder Poly-(eisenchlorid) zugeführt werden.

12. Fasern gemäß den Ansprüchen 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht der hydrophilen Chemikalien an die Fasern in Gegenwart von Silicat verankert wird.

13. Verfahren zur Herstellung von Fasern mit verbesserter spezifischer Oberfläche gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasern, gegebenenfalls in wäßriger Suspension, mit hydrophilen Chemikalien derart behandelt, daß auf die Faseroberflächen eine poröse Schicht aufgebracht wird, die diese Chemikalien umfaßt, wobei diese Schicht an die Faseroberflächen durch chemische Bindungen, Oberflächenbeschichtung oder Ausflockung verankert wird, während die Fasern sich in feuchtem oder trockenem Zustand, gegebenenfalls in Anwesenheit von Polymeren, befinden.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern behandelt werden, indem man diese mit den Chemikalien durch Besprühen der trockenen oder feuchten Fasern mit einer wäßrigen Lösung dieser Chemikalien in Kontakt bringt.

15. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern behandelt werden, indem man sie mit den Chemikalien durch Versetzen einer wäßrigen Suspension der Fasern mit den Chemikalien in trockenem Zustand oder in Form einer wäßrigen Lösung unter anschließendem Mischen in Kontakt bringt.

16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß man die behandelten Fasern trocknet.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Cellulosefasern, synthetischen Fasern oder natürlichen Fasern oder einer Mischung von zwei oder mehreren Typen derartiger Fasern bestehen.

18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet daß im Anschluß an die Behandlung die spezifische Oberfläche der Fasern mindestens 1,2m²/g, insbesondere mindestens 1,6m²/g, vorzugsweise mindestens 2,1 mVg, beträgt.

19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile, poröse Schicht einen Kontaktwinkel von höchstens 70°, insbesondere höchstens 65°, vorzugsweise höchstens 60^е, besitzt.

20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile Chemikalie aus Verbindungen positiver, anorganischer Ionen besteht

21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen Alkalimetallionen oder Erdalkalimetallionen oder Al³⁺-, Fe³⁺-, Fe²⁺-, Mn²⁺-lonen oderCu^J+-tonen und Mg²⁺ oder Mischungen von zwei oder mehreren dieser Ionen sind, und daß die Verbindungen dieser Ionen aus Salzen, z. B. Sulfat, Chlorid, Carbonat, Phosphat und/oder Hydroxid, bestehen.

22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalimetallionen in Form von Natriummetasilicat zugegeben werden.

23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdalkalimetallionen in Form von Calciumcarbonat oder Calciumchlorid, gegebenenfalls unter Zusatz von CO₂, oder in Form von Kalk, d. h. Ca(OH)₂ oder CaO, zugegeben werden.

24. Verfahren gemäß den Ansprüchen 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumionen in Form von Poly-(atuminiumchlorid) oder Poly-(aluminiumsulfat) oder Aluminiumphosphat oder Natriumaluminat zugegeben werden.

25. Verfahren gemäß den Ansprüchen 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenionen in Form von Poly-(eisensulfat) oder Poly-(eisenchlorid) zugegeben werden.

26. Verfahren gemäß den Ansprüchen 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit den hydrophilen Chemikalien in Gegenwart von Silicat durchgeführt wird.

27. Absorptionsmaterial für die Verwendung in Sanitärartikeln, wie Windeln bzw. Binden, Inkontinenzschutz etc., dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit einer porösen, hydrophilen Schicht versehene Fasern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 in Form einer Rockenmasse, gegebenenfalls in Form einer Flockenmasse, bestehend aus einer Mischung der behandelten Fasern und nichtbehandelten Fasern, oder in Form einer Flockenmasse, überschichtet mit einer Flockenmasse, bestehend aus nichtbehandelten Fasern, gegebenenfalls in Kombination mit Super-Absorptionsmitteln, umfaßt.

28. Absorptionsmaterial gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schicht bildenden Fasern in einer Menge entsprechend 10 bis 100%, berechnet auf das Gewicht des Absorptionsmaterials, vorliegen.

29. Verwendung der Fasern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 als Flüssigkeitsabsorptionsmaterial in Form einer Flockenmasse oder in Mischung mit nichtbehandelten Fasern oder beschichtet mit einer Flockenmasse von nichtbehandelten Fasern, gegebenenfalls in Kombination mit Super-Absorptionsmitteln, für Artikel, bei denen gute Saugfähigkeit gegenüber Flüssigkeiten und gute Flüssigkeitsdispersions-oder-Verteilungseigenschaften erforderlich sind, wie sanitäre Artikel, z. B. Windeln bzw. Binden, Inkontinenzschutz etc., und Trockentücher und dergl.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Absorptionsmaterialien und insbesondere ein Absorptionsmaterial für die Verwendung bei der Herstellung von sanitären Artikeln, wie Windeln bzw. Binden, Inkontinenz-Schutz, TrockentOchern und dergl., wobei das Absorptionsmaterial derartiger Artikel Fasern mit erhöhter spezifischer Oberfläche und hiermit einer hohen Absorptionsrate enthält. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung dieser Fasern, deren Verwendung In Form einer Rockenmasse oder in Mischung mit unbehandelten Fasern in Form einer Flockenmasse, um eine verbesserte Absorption zu erzielen.

Ein allgemein bekanntes Problem auf dem Gebiet der Herstellung von Absorptionsmaterial zur Verwendung vorzugsweise bei der Herstellung von Sanitärartikeln, wie Windeln bzw. Binden, Inkontinenz-Schutz u.a., besteht in der Erzielung optimaler Absorptionsraten und Dispersions- oder Verteilungseigenschaften hinsichtlich Absorption und Dispersion von Flüssigkeiten in dem Fasermaterial der Rockenmasse.

Die frühere schwedische Patentanmeldung 8903180-1 auf Basis derer die Konventionspriorität für die vorliegende Patentansammlung beansprucht ist, beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Cellulosefasern zu Absorptionszwecken, bei dem die Absorptionseigenschaften eines Fasermaterials auf Cellulosebasis verbessert werden, indem man in situ Silicat auf die Faserwände ausfällt, wobei diese Ausfällung in einem Zwei-Stufen-Verfahren durchgeführt wird. Bei der ersten dieser Stufen