DE10085257B3

DE10085257B3 - Biologisch abbaubare hydrophile Bindefasern

Info

Publication number: DE10085257B3
Application number: DE10085257.2T
Authority: DE
Inventors: Fu-Jya Daniel Tsai; Brigitte C. Wertheim
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: NatureWorks LLC
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: US6177193B1; DE10085257T1; BR0016013A; AR026670A1; GB0214165D0; MXPA02005413A; KR100697122B1; KR20020060769A; AU4307101A; GB2374077B; WO2001040553A3; GB2374077A; WO2001040553A2

Abstract

Bikomponenten-Bindefaser, die umfasst einen aliphatischen Polyester-Kern und eine aliphatische Polyester-Mischungs-Hülle, wobei der aliphatische Polyester-Kern Polylactid, ein Polybutylensuccinat-Polymer, ein Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, ein Polycaprolacton-Polymer, eine Mischung dieser Polymeren oder ein Copolymer dieser Polymeren umfasst, und die aliphatische Polyester-Mischung umfasst: a. ein aliphatisches Polyester-Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinat-Polymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, einem Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer dieser Polymeren, wobei das aliphatische Polyester-Polymer ein gewichtsmittleres Molekulargewicht aufweist, das zwischen 10 000 und 2 000 000 liegt und das aliphatische Polyester- Polymer in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 40 und weniger als 100 Gew.-% liegt; b. eine Multicarbonsäure mit einer Gesamtanzahl der Kohlenstoffatome von weniger als 30, wobei die Multicarbonsäure in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen mehr als 1 Gew.-% und 30 Gew.-% liegt; und c. ein Netzmittel, das ein hydrophiles-lipophiles Gleichgewichts-Verhältnis aufweist, das zwischen 10 und 40 liegt, in einer Gewichtsmenge, die mehr als 0,5 bis 25 Gew.-% beträgt, wobei alle Gewichtsprozentsätze bezogen sind auf die Gesamtgewichtsmenge von aliphatischem Polyester-Polymer, Multicarbonsäure und Netzmittel, die in der aliphatischen Polyester-Mischung enthalten sind; wobei die aliphatische Polyester-Mischung einen Wert für die scheinbare Viskosität bei einer Temperatur von 170°C und einer Scherrate von 1000 s–1 aufweist, der zwischen 5 und 200 Pascal·Sekunden liegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine biologisch abbaubare hydrophile Bindefaser bzw. Bindemittelfaser. Diese Fasern können hergestellt werden durch gemeinsames Verspinnen eines bei hoher Temperatur schmelzenden aliphatischen Polyester-Kernmaterials und eines hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischungs-Hüllenmaterials. Die hochbenetzbaren aliphatische Polyester-Mischung kann ein nicht-umgesetztes Gemisch aus einem aliphatischen Polyester-Polymeren, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinat-Polymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, einem Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer dieser Polymeren; einer Multicarbonsäure und einem Netzmittel umfassen. Die biologisch abbaubare hydrophile Bindefaser weist beträchtliche biologisch abbaubare Eigenschaften auf, und dennoch ist sie leicht verarbeitbar. Die biologisch abbaubare hydrophile Bindefaser kann in einem absorptionsfähigen Einweg-Produkt (wegwerfbaren Produkt) verwendet werden, das für die Absorption von Flüssigkeiten, beispielsweise Körperflüssigkeiten, bestimmt ist.
Hintergrund der Erfindung
Wegwerfbare absorptionsfähige Produkte (Einweg-Produkte) werden derzeit in großem Umfange für viele Anwendungszwecke verwendet. Sie haben beispielsweise auf den Gebieten der Kleinkind- und Kind-Pflege, der Windeln und Trainingshosen ganz allgemein absorptionsfähige Gegenstände bzw. Artikel aus wiederverwendbarem Gewebe ersetzt. Zu anderen typischen wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten gehören Frauenpflegeprodukte, wie z. B. Monatsbinden oder Tampons, Erwachsenen-Inkontinenzprodukte und Gesundheitspfleprodukte, wie z. B. chirurgische Umhänge oder Wundverbände. Ein typisches wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt umfasst allgemein eine Verbundstruktur, die eine Decklage (Oberseitenfolie), eine Rückseitenlage und einen zwischen der Decklage und der Rückseitenlage angeordnete absorptionsfähige Struktur umfasst. Diese Produkte weisen in der Regel irgendeinen Typ eines Befestigungssystems auf, um das Produkt an dem Körper des Trägers zu befestigen.
Wegwerfbare absorptionsfähige Produkte sind während ihrer Verwendung in der Regel einer oder mehreren Flüssigkeits-Belastungen, wie z. B. Wasser, Urin, Monatsblutungen oder Blut, ausgesetzt. Daher werden die äußeren Abdeck-Rückseitenmaterialien der wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkte in der Regel hergestellt aus Flüssigkeits-unlöslichen und Flüssigkeitsundurchlässigen Materialien, wie z. B. Polypropylen-Filmen, die eine ausreichende Festigkeit und Handhabbarkeit aufweisen, sodass das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt während der Verwendung durch einen Träger seine Integrität behält und die das Produkt verunreinigende (belastende) Flüssigkeit nicht austreten lässt.
Obgleich die derzeitigen wegwerfbaren Babywindeln und anderen wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkte allgemeine Akzeptanz in der Öffentlichkeit gefunden haben, müssen diese Produkte noch in spezifischen Bereichen verbessert werden. So kann es beispielsweise schwierig sein, viele wegwerfbare absorptionsfähige Produkte zu entsorgen. Beispielsweise führen Versuche, viele wegwerfbare absorptionsfähige Produkte in einer Toilette in das Abwasser-System hinunterzuspülen in der Regel dazu, dass die Toilette oder die Rohrleitungen, welche die Toilette mit dem Abwasser-System verbinden, blockiert werden. Insbesondere die äußeren Abdeckmaterialien, die in der Regel in den wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten verwendet werden, zerfallen im allgemeinen nicht oder werden nicht dispergiert, wenn sie in einer Toilette hinuntergespült werden, sodass das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt auf diese Weise nicht entsorgt werden kann. Wenn die äußeren Abdeckmaterialien sehr dünn gemacht werden, um die Gesamtmasse des wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkts zu verringern, um so die Wahrscheinlichkeit der Blockierung einer Toilette oder einer Abwasserleitung zu vermindern, dann weist das äußere Abdeckmaterial in der Regel keine ausreichende Festigkeit auf, um ein Zerreißen oder Aufreißen zu verhindern, wenn das äußere Abdeckmaterial den Belastungen des normalen Gebrauchs eines Trägers ausgesetzt ist.
Außerdem wird die Entsorgung von festem Abfallmaterial ein immer größeres Problem auf der gesamten Welt. Da die Deponien zunehmend voller werden, besteht ein steigender Bedarf zur Materialverminderung in wegwerfbaren Produkten, zur Einarbeitung von mehr recyclisierbaren und/oder abbaubaren Komponenten in wegwerfbare Produkte und zu einer solchen Gestaltung der Produkte, dass sie auf andere Weise als durch Ablagerung in Einrichtungen zur Beseitigung von festem Abfall, wie z. B. Deponien, entsorgt werden können.
Es besteht daher ein Bedarf für neue Materialien, die in wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten (Wegwerf- bzw. Einweg-Produkten) verwendet werden können, die allgemein ihre Integrität und Festigkeit während der Verwendung beibehalten, bei denen jedoch nach ihrer Verwendung die Materialien wirksamer entsorgt werden können. So kann das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt beispielsweise leicht und wirksam durch Kompostierung entsorgt werden. Alternativ kann das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt leicht und wirksam in ein flüssiges Abwasser-System entsorgt werden, in dem das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt abgebaut werden kann.
Viele der handelsüblichen biologisch abbaubaren Polymeren sind aliphatische Polyester-Materialien. Obgleich Fasern, die aus aliphatischen Polyestern hergestellt sind, bereits bekannt sind, treten bei ihrer Verwendung Probleme auf. Insbesondere aliphatische Polyester-Polymere sind bekannt dafür, dass sie eine verhältnismäßig geringe Kristallisationsrate haben, verglichen beispielsweise mit Polyolefin-Polymeren, was häufig zu einer schlechten Verarbeitbarkeit der aliphatischen Polyester-Polymeren führt. Die meisten aliphatischen Polyester-Polymeren weisen auch viel niedrigere Schmelztemperaturen als Polyolefine auf und sind nach der thermischen Verarbeitung nur schwer ausreichend abzukühlen. Aliphatische Polyester-Polymere sind im allgemeinen an sich nicht benetzbare Materialien und es können Modifikationen für ihre Verwendung bei der Körperpflege erforderlich sein. Außerdem kann durch Verwendung von Verarbeitungszusätzen die biologische Abbaurate des ursprünglichen Materials verringert werden oder die Verarbeitungszusätze selbst können nicht biologisch abbaubar sein.
Es sind zwar abbaubare Monokomponenten-Fasern bereits bekannt, bei ihrer Verwendung treten jedoch Probleme auf. Insbesondere haben die bekannten abbaubaren Fasern in der Regel keine gute thermische Dimensionsbeständigkeit, sodass die Fasern in der Regel einer starken Wärmeschrumpfung unterliegen als Folge der Polymerketten-Relaxation während der Wärmebehandlungsverfahren stromabwärts, beispielsweise beim thermischen Binden oder Laminieren.
Obgleich bereits Fasern bekannt sind, die aus Poly(milchsäure)-Polymeren hergestellt sind, treten bei ihrer Verwendung Probleme auf. Insbesondere sind die Poly(milchsäure)-Polymeren bekannt dafür, dass sie eine verhältnismäßig niedrige Kristallisationsrate haben, verglichen beispielsweise mit Polyolefin-Polymeren, was häufig zu einer schlechten Verarbeitbarkeit der aliphatischen Polyester-Polymeren führt. Außerdem weisen die Poly(milchsäure)-Polymeren im allgemeinen keine gute thermische Dimensionsbeständigkeit auf. Die Poly(milchsäure)-Polymeren unterliegen in der Regel einer starken Wärmeschrumpfung als Folge der Relaxation der Polymerkette während der Wärmebehandlungsverfahren, die stromabwärts durchgeführt werden, beispielsweise beim thermischen Binden und Laminieren, wenn nicht eine zusätzliche Verfahrensstufe, wie z. B. ein Wärmefixieren, durchgeführt wird. Eine solche Wärmefixierungsstufe begrenzt im allgemeinen jedoch die Verwendung der Faser bei in situ-Vliesstoff-Herstellungsverfahren, beispielsweise bei Spunbond- und Meltblown-Verfahren, bei denen eine Wärmefixierung nur sehr schwer durchgeführt werden kann.
Außerdem gibt es bei der Herstellung von Vliesstoffen für die Anwendung bei der Körperpflege eine Reihe von wünschenswerten physikalischen Eigenschaften, welche die Funktionalität der fertigen Bahn verbessern. Zur Herstellung einer Bahn, die aus Stapelfasern besteht, wie z. B. einer im Luftstrom abgelagerten oder cardierten Bahn, muss eine der Faser-Komponenten eine Binde- bzw. Bindemittel-Faser sein. Um als Bindefaser wirksam zu fungieren, müssen die Fasern in der Regel zweckmäßig homogene Multikomponenten-Fasern mit einem signifikanten Unterschied, d. h. von mindestens 20%, in bezug auf die Schmelztemperatur zwischen den höher schmelzenden und den niedriger schmelzenden Komponenten sein. Diese Fasern können in vielen unterschiedlichen Konfigurationen vorliegen, beispielsweise in einer Seite-an-Seite-Anordnung oder in einer Hüllen-Kern-Anordnung.
Die Mehrzahl der in Körperpflege-Anwendungen verwendeten Materialien sind Polyolefine, die an sich hydrophobe Materialien sind. Um diese Materialien funktionell zu machen, sind zusätzliche Behandlungsstufen nach dem Spinnen erforderlich, beispielsweise eine Tensid-Behandlung. Diese zusätzlichen Stufen erhöhen die Kosten und es entsteht eine Lösung, die häufig nicht ausreicht, um optimale Flüssigkeitsrückhalte-Eigenschaften zu erzielen.
Für Körperpflege-Anwendungen sind eine der wichtigsten Eigenschaften von Faservlies-Bahnen und ihren Komponenten-Fasern ihre Benetzungs-Eigenschaften. Es ist wünschenswert, ein Material herzustellen, das stark hydrophob und dauerhaft benetzbar ist. Eine der Schwierigkeiten, die mit den derzeitigen Stapelfasern in Verbindung stehen, ist der Mangel an einer dauerhaften Benetzbarkeit. Polyolefine sind hydrophobe Materialien, die Tensid-Behandlungen unterzogen werden müssen, um sie benetzbar zu machen. Da sie nach dieser Behandlung nur schwach hydrophil sind, ist diese Benetzbarkeit nicht dauerhaft, da das Tensid die Neigung hat, während der nachfolgenden Benetzungen herausgewaschen zu werden.
Es besteht daher ein Bedarf für eine Bindefaser, die eine ausgezeichnete Benetzbarkeit und ausgezeichnete Bindungseigenschaften ergibt. Außerdem besteht ein Bedarf für eine Bindefaser, die biologisch abbaubar ist, während sie gleichzeitig auch diese verbesserten Benetzbarkeits- und Bindungseigenschaften aufweist.
JP 10-046462 A betrifft eine Bikomponentenfaser, mit einem Kern aus 100 Gew.-% eines Polybutylen-succinat-adipat-Copolymers und einem Mantel aus einer Mischung aus 60–100 Gew.-% Polybutylen-succinat-Copolymer und 0–40 Gew.-% Polybutylen-succinat-adipat-Copolymer.
DE 44 01 513 A1 betrifft Zweikomponenten-Schlingengarne. Solche Garne werden bevorzugt aus Polyester-Ausgangsmaterialien gebildet, wobei die Polyester-Ausgangsmaterialien durch Einkondensieren (d. h. Copolymerisation) von aliphatischen Dicarbonsäuren und Polyolen modifiziert sein können.
DE 698 21 381 T2 betrifft bioabbaubare thermoplastische Zusammensetzungen und deren Verwendung zur Herstellung von Mehrkomponentenfasern, d. h. Fasern aus einer thermoplastischen Zusammensetzung, die ein Gemisch von mehreren Materialien ist.
DE 697 11 235 T2 und WO 98/29585 A2 betreffen Mehrkomponentenfasern, umfassend ein nichtreagiertes Gemisch aus einem aliphatischen Polyester-Polymer als kontinuierliche Phase und Polyolefin-Mikrofasern als eine diskontinuierliche Phase.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher erwünscht, eine Bindefaser mit verbesserten Benetzbarkeits-Eigenschaften zur Verfügung zu stellen. Es ist außerdem erwünscht, eine Bindefaser mit verbesserten Bindungseigenschaften zur Verfügung zu stellen.
Es ist ferner erwünscht, eine Bindefaser zur Verfügung zu stellen, die biologisch abbaubar ist und gleichzeitig auch eine verbesserte Benetzbarkeit und verbesserte Bindungseigenschaften aufweist.
Es ist außerdem erwünscht, ein Verfahren zur Herstellung einer Bindefaser anzugeben, die biologisch abbaubar ist und gleichzeitig auch eine verbesserte Benetzbarkeit und verbesserte Bindungseigenschaften aufweist.
Es ist außerdem erwünscht, ein Faservlies-Material, das die Bindefaser enthält, zur Verfügung zu stellen, das biologisch abbaubar ist und gleichzeitig auch eine verbesserte Benetzbarkeit und verbesserte Bindungseigenschaften aufweist.
Es ist ferner erwünscht, ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt (Einweg- bzw. Wegwerfprodukt) bereitzustellen, das für die Absorption von Flüssigkeiten, wie z. B. Körperflüssigkeiten, verwendet werden kann, wobei dieses wegwerfbare absorptionsfähige Produkt dennoch Komponenten umfasst, die in der Umwelt leicht abbaubar sind.
Diese Wünsche werden erfüllt durch die vorliegende Erfindung, die eine Bindefaser zur Verfügung stellt, die biologisch abbaubar ist, während sie gleichzeitig auch eine verbesserte Benetzbarkeit und verbesserte Bindungseigenschaften aufweist und dennoch leicht hergestellt und leicht zu den gewünschten Faservlies-Endstrukturen verarbeitet werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Bikomponenten-Bindefaser wie in Anspruch 1 definiert. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Bikomponenten-Bindefaser.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bikomponenten-Bindefaser, die ein hochschmelzendes aliphatisches Polyester-Kernmaterial mit einer hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung umfasst.
Erfindungsgemäß umfasst eine solche hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung eine Mischung aus einem aliphatischen Polyester-Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinat-Polymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, einem Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer dieser Polymeren; eine Multicarbonsäure, wobei die Multicarbonsäure insgesamt weniger als 30 Kohlenstoffatome aufweist; und einem Benetzungsmittel (Netzmittel), das ein hydrophiles-lipophiles Gleichgewichts-Verhältnis zwischen 10 und 40 aufweist, wobei die thermoplastische Zusammensetzung die gewünschten Eigenschaften besitzt.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vliesstoff-Struktur, welche die hier beschriebene Bikomponenten-Bindefaser umfasst.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt, das die hier beschriebene Bikomponenten-Bindefaser enthält.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine biologisch abbaubare Bindefaser (Bindemittelfaser), die umfasst ein hochschmelzendes aliphatisches Polyester-Kernmaterial mit einem umgebenden Hüllenmaterial, das eine hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung umfasst. Die hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung ist eine thermoplastische Zusammensetzung.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck ”thermoplastisch” ist ein Material zu verstehen, das weich wird, wenn es Wärme ausgesetzt wird, und das in seinen ursprünglichen Zustand wieder zurückkehrt, wenn es auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Es wurde gefunden, dass durch Verwendung einer nicht-umgesetzten Mischung der hier beschriebenen Komponenten eine Bindefaser (Bindemittelfaser) hergestellt werden kann, wobei diese Bindefaser im wesentlichen biologisch abbaubar ist, aber dennoch leicht verarbeitet werden kann zu Vliesstoff-Strukturen, die wirksame mechanische Faser-Eigenschaften aufweisen.
Die Bindefaser umfasst eine Bikomponenten-Faser, die ein hochschmelzendes aliphatischen Polyester-Kernmaterial mit einem hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischungshüllenmaterial umfasst. Die hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung ist eine thermoplastische Zusammensetzung, die eine erste Komponente, eine zweite Komponente und eine dritte Komponente umfasst.
Die erste Komponente in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung ist ein aliphatisches Polyester-Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinat-Polymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, einem Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer dieser Polymeren.
Ein Polybutylensuccinat-Polymer wird im allgemeinen hergestellt durch Kondensationspolymerisation eines Glycols und einer Dicarbonsäure oder eines Säureanhydrids derselben. Ein Polybutylensuccinat-Polymer kann entweder ein lineares Polymer oder ein langkettiges verzweigtes Polymer sein. Ein langkettiges verzweigtes Polybutylensuccinat-Polymer wird im allgemeinen hergestellt durch Verwendung einer zusätzlichen polyfunktionellen Komponente, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus trifunktionellen oder tetrafunktionellen Polyolen, Oxycarbonsäuren und polybasischen Carbonsäuren. Polybutylensuccinat-Polymere sind im Stand der Technik allgemein bekannt und beispielsweise beschrieben in der Europäischen Patentanmeldung 0 569 153 A2 der Firma Showa Highpolymer Co., Ltd., Tokyo, Japan.
Ein Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer wird im allgemeinen hergestellt durch Polymerisation mindestens eines Alkylglycols mit mehr als einer aliphatischen multifunktionellen Säure. Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymere sind im Stand der Technik ebenfalls bekannt.
Zu Beispielen für Polybutylensuccinat-Polymere und Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymere, die für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, gehören eine Vielzahl von Polybutylensuccinat-Polymeren und Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymeren, die von der Firma Showa Highpolymer Co., Ltd., Tokyo, Japan, unter der Bezeichnung BIONOLLE^TM 1020 Polybutylensuccinat-Polymer oder BIONOLLE^TM 3020 Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer erhältlich sind, die im wesentlichen lineare Polymere darstellen. Diese Materialien sind dafür bekannt, dass sie im wesentlichen biologisch abbaubar sind.
Ein Polycaprolacton-Polymer wird im allgemeinen hergestellt durch Polymerisation von ε-Caprolacton. Zu Beispielen für Polycaprolacton-Polymere, die für erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, gehören eine Vielzahl von Polycaprolacton-Polymeren, die erhältlich sind von der Firma Union Carbide Corporation, Somerset, New Jersey, unter der Bezeichnung TONE^TM Polymer P767E und TONE^TM Polymer P787 Polycaprolacton-Polymere. Diese Materialien sind dafür bekannt, dass sie im wesentlichen biologisch abbaubar sind.
Das aliphatische Polyester-Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinat-Polymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, einem Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer dieser Polymeren, ist in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung in einer wirksamen Menge enthalten, so dass Bindefasern mit den gewünschten Eigenschaften erhalten werden. Das aliphatische Polyester-Polymer liegt in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vor, die zwischen 40 und weniger als 100 Gew.-%, zweckmäßig zwischen 50 und 95 Gew.-%, in geeigneter Weise zwischen 60 und 90 Gew.-%, in besonders geeigneter Weise zwischen 60 und 80 Gew.-% und am zweckmäßigsten zwischen 70 und 75 Gew.-% liegt, wobei alle Gewichtsprozentsätze auf das Gesamtgewicht von aliphatischem Polyester-Polymer, Multicarbonsäure und Benetzungsmittel, die in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung vorliegen, bezogen sind.
Das aliphatische Polyester-Polymer weist ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts auf, das bewirkt, dass die hochbenetzbare aliphatischen Polyester-Mischung die gewünschte Schmelzfestigkeit, mechanische Faserfestigkeit und die gewünschten Faser-Spinneigenschaften aufweist. Wenn das Gewichtsmittel des Molekulargewichtes eines aliphatischen Polyester-Polymers zu hoch ist, bedeutet dies im allgemeinen, dass die Polymerketten stark verfilzt sind, was zu einer dieses aliphatische Polyester-Polymer enthaltenden thermoplastischen Zusammensetzung führen kann, die schwer zu verarbeiten ist. Wenn umgekehrt das Gewichtsmittel des Molekulargewichtes eines aliphatischen Polyester-Polymers zu niedrig ist, bedeutet dies, dass die Polymerketten nicht ausreichend verfilzt sind, was zu einer das allphatische Polyester-Polymer enthaltenden hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung führen kann, die eine verhältnismäßig geringe Schmelzfestigkeit aufweist, wodurch die Hochgeschwindigkeits-Verarbeitung sehr schwierig wird. Die für die erfindungsgemäße Verwendung geeigneten aliphatischen Polyester-Polymeren weisen somit ein Gewichtsmittel der Molekulargewichte auf, das zwischen 10 000 und 2 000 000, zweckmäßig zwischen 50 000 und 400 000 und am zweckmäßigsten zwischen 100 000 und 300 000, liegt. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts für Polymere oder Polymermischungen kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren bestimmt werden.
Es ist außerdem erwünscht, dass das aliphatische Polyester-Polymer eine Polydispersitäts-Indexzahl aufweist, die bewirkt, dass die hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung die gewünschte Schmelzfestigkeit, mechanische Faserfestigkeit und die gewünschten Faser-Spinneigenschaften aufweist. Unter dem hier verwendeten Ausdruck ”Polydispersitäts-Index” ist die Zahl bzw. der Wert zu verstehen, die (der) erhalten wird durch Dividieren des Gewichtsmittels des Molekulargewichtes eines Polymers durch das Zahlenmittel des Molekulargewichtes des Polymers. Das Zahlenmittel des Molekulargewichtes für Polymere oder Polymermischungen kann nach dem Fachmann allgemein bekannten Verfahren bestimmt werden. Wenn die Polydispersitäts-Indexzahl eines aliphatisches Polyester-Polymers zu hoch ist, kann es im allgemeinen schwierig sein, eine hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung, die das aliphatischen Polyester-Polymer enthält, zu verarbeiten wegen der ungleichmäßigen Verarbeitungs-Eigenschaften, die durch Polymer-Segmente hervorgerufen werden, die Polymere mit niedrigem Molekulargewicht umfassen, die während des Verspinnens niedrigere Schmelzfestigkeits-Eigenschaften aufweisen. Es ist daher wünschenswert, dass das aliphatische Polyester-Polymer eine Polydispesitäts-Indexzahl aufweist, die zweckmäßig zwischen 1 und 15, besonders zweckmäßig zwischen 1 und 4 und am zweckmäßigsten zwischen 1 und 3 liegt.
Im allgemeinen ist es erwünscht, dass das aliphatische Polyester-Polymer schmelzverarbeitbar ist. Es ist deshalb erwünscht, dass das aliphatische Polyester-Polymer eine Schmelzflussrate aufweist, die zweckmäßig zwischen 1 und 200 g/10 min, vorteilhaft zwischen 10 und 100 g/10 min, besonders zweckmäßig zwischen 20 und 40 g/10 min liegt. Die Schmelzflussrate eines Materials kann beispielsweise nach dem ASTM-Testverfahren D1238-E, auf dessen Inhalt hier Bezug genommen wird, bestimmt werden.
Erfindungsgemäß ist es erwünscht, dass das aliphatische Polyester-Polymer im wesentlichen biologisch abbaubar ist. Dies führt dazu, dass das Vliesstoff-Material, das die Bindefaser umfasst, im wesentlichen abbaubar ist, wenn es in die Umwelt entsorgt und Luft und/oder Wasser ausgesetzt wird. Unter dem hier verwendeten Ausdruck ”biologisch abbaubar” ist zu verstehen, dass ein solches Material durch Einwirkung der in der Natur vorkommenden Mikroorganismen, wie z. B. Bakterien, Pilzen und Algen, abgebaut wird. Die biologische Abbaubarkeit eines Materials kann unter Anwendung des ASTM-Testverfahrens 5338.92 oder des ISO CD-Testverfahrens 14855, auf deren Inhalt hier jeweils Bezug genommen wird, bestimmt werden. Bei einer speziellen Ausführungsform kann die biologische Abbaubarkeit eines Materials unter Anwendung eines modifizierten ASTM-Testverfahrens 5338.92 bestimmt werden, bei dem Testkammern bei einer konstanten Temperatur von etwa 58°C während des Tests gehalten werden, anstatt ein steigendes Temperaturprofil anzuwenden.
Erfindungsgemäß ist es auch erwünscht, dass das aliphatische Polyester-Polymer im wesentlichen kompostierbar ist. Infolgedessen wird das Vliesstoff-Material, das eine Bindefaser mit dem aliphatischen Polyester-Polymer enthält, im wesentlichen kompostierbar sein, wenn es in die Umwelt entsorgt und Luft und/oder Wasser ausgesetzt wird. Unter dem hier verwendeten Ausdruck ”kompostierbar” ist zu verstehen, dass ein Material an einer Kompostier-Stelle biologisch zersetzt werden kann, sodass das Material visuell nicht mehr erkennbar ist, und zerlegt wird zu Kohlendioxid, Wasser, anorganischen Verbindungen und einer Biomasse mit einer Geschwindigkeit, die mit den bekannten kompostierbaren Materialien übereinstimmt.
Die zweite Komponente in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung ist eine Multicarbonsäure. Eine Multicarbonsäure ist eine Säure, die zwei oder mehr Carbonsäuregruppen enthält. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Multicarbonsäure linear ist. Geeignet für die erfindungsgemäße Verwendung sind Dicarbonsäuren, die zwei Carbonsäuregruppen enthalten. Im allgemeinen ist es erwünscht, dass die Multicarbonsäure eine Gesamtanzahl von Kohlenstoffatomen aufweist, die nicht zu groß ist, weil dann die Kristallisationskinetik, d. h. die Geschwindigkeit der Kristallisation einer Faser oder einer Vliesstoff-Struktur, die aus der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung hergestellt ist, niedriger (langsamer) sein könnte als gewünscht. Die Multicarbonsäure weist eine Gesamtanzahl der Kohlenstoffatome auf, die weniger als 30, vorteilhaft 4 bis 30, zweckmäßig 5 bis 20 und besonders zweckmäßig 6 bis 10 beträgt. Zu geeigneten Multicarbonsäuren gehören Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und Mischungen dieser Säuren.
Die Multicarbonsäure liegt in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung in einer Menge vor, die bewirkt, dass die thermoplastische Zusammensetzung die gewünschten Eigenschaften aufweist. Die Multicarbonsäure liegt in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vor, die zwischen 1 und 30 Gew.-% liegt, zweckmäßig zwischen 5 und 25 Gew.-%, besonders zweckmäßig zwischen 5 und 20 Gew.-% und am zweckmäßigsten zwischen 5 und 15 Gew.-%, wobei alle Gewichtsprozentsätze auf das Gesamtgewicht von aliphatischem Polyester-Polymer, Multicarbonsäure und Benetzungsmittel, die in der thermoplastischen Zusammensetzung enthalten sind, bezogen ist.
Damit eine hochbenetzbare aliphatischen Polyester-Mischung erfindungsgemäß verwendbar ist und zu einem Vliesstoff-Material verarbeitbar ist, das die gewünschten Eigenschaften aufweist, ist es erfindungsgemäß, wie gefunden wurde, im allgemeinen erwünscht, dass die Multicarbonsäure während der thermischen Verarbeitung der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung vorteilhaft in einem flüssigen Zustand vorliegt, dass während der Abkühlung der verarbeiteten hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung die Multicarbonsäure jedoch in einen festen Zustand übergeht oder kristallisiert, bevor das aliphatische Polyester-Polymer in einen festen Zustand übergeht oder kristallisiert.
Es wird angenommen, dass in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung die Multicarbonsäure zwei wichtige, jedoch unterschiedliche Funktionen erfüllt. Erstens wird angenommen, dass dann, wenn die hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung in einem geschmolzenen Zustand vorliegt, die Multicarbonsäure als Prozess-Schmiermittel oder Weichmacher fungiert, das die Verarbeitung der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung erleichtert bei gleichzeitiger Erhöhung der Flexibilität und Zähigkeit eines Vliesstoff-Materials durch interne Modifikation des aliphatischen Polyester-Polymers. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Multicarbonsäure die sekundären Valenzbindungen, welche die aliphatischen Polyester-Polymerketten zusammenhalten, durch Multicarbonsäurealiphatische Polyester-Polymer-Valenzbindungen ersetzt, wodurch die Bewegung der Polymerketten-Segmente erleichtert wird. Durch diesen Effekt wird das Drehmoment, das benötigt wird, um einen Extruder zu drehen, im allgemeinen dramatisch verringert, verglichen mit der Verarbeitung des aliphatischen Polyester-Polymers allein. Außerdem wird die Verarbeitungs-Temperatur, die erforderlich ist, um die hochbenetzbare aiphatische Polyester-Mischung zu dem Faservlies-Material zu verspinnen, im allgemeinen dramatisch verringert, wodurch die Gefahr eines thermischen Abbaus des aliphatischen Polyester-Polymers vermindert wird, während gleichzeitig auch das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Abkühlung, die für das hergestellte Vliesstoff-Material erforderlich ist, verringert werden. Zweitens wird angenommen, dass dann, wenn das Vliesstoff-Material abgekühlt wird und von seinem flüssigen Zustand oder geschmolzenen Zustand in einen Feststoff übergeht, die Multicarbonsäure als Keimbildner fungiert. Aliphatische Polyester-Polymere sind bekannt dafür, dass sie eine sehr niedrige Kristallisations-Geschwindigkeit aufweisen. Üblicherweise gibt es zwei Hauptwege, um dieses Problem zu lösen. Einer besteht darin, das Abkühlungs-Temperaturprofil zu ändern, um die Kristallisationskinetik zu maximieren, während der andere darin besteht, einen Keimbildner zuzusetzen, um die Stellen und den Grad der Kristallisation zu erhöhen.
Das Verfahren zum Abkühlen eines extrudierten Polymers auf Umgebungstemperatur wird in der Regel durchgeführt durch Blasen von Luft mit Umgebungstemperatur oder mit einer Temperatur unterhalb Umgebungstemperatur über das extrudierte Polymer. Ein solches Verfahren kann als Abschreckung oder Superkühlung bezeichnet werden, weil die Temperaturänderung in der Regel mehr als 100°C und meisten mehr als 150°C über einen verhältnismäßig kurzen Zeitraum (Sekunden) beträgt. Durch Herabsetzung der Schmelzviskosität eines Polymers, kann ein solches Polymer im allgemeinen erfolgreich bei niedrigeren Temperaturen extrudiert werden. Dies führt im allgemeinen zu einer Verringerung der Temperaturänderung, die beim Abkühlen erforderlich ist, sodass sie vorzugsweise weniger als 150°C und in einigen Fällen weniger als 100°C beträgt. Das weitere Anpassen bei diesem allgemeinen Verfahren an das ideale Abkühlungs-Temperaturprofil, welches das einzige Verfahren zur Maximierung der Kristallisationskinetik von aliphatischen Polyestern in einem realen Herstellungsverfahren sein soll, ist sehr schwierig wegen der extremen Abkühlung, die innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne erforderlich ist. Es können Standard-Abkühlungsverfahren in Kombination mit einem zweiten Modifikationsverfahren angewendet werden. Das traditionelle zweite Verfahren besteht darin, einen Keimbildner, beispielsweise Feststoffteilchen, im Gemisch mit einer thermoplastischen Zusammensetzung vorzusehen, die Stellen für die Initiierung der Kristallisation während der Abschreckung bereitstellen. Diese festen Keimbildner agglomerieren jedoch im allgemeinen sehr leicht in der thermoplastischen Zusammensetzung, was dann zu einer Blockierung der Filter und Spinnlöcher während des Verspinnens führen kann. Außerdem erreicht der Keimbildungs-Effekt dieser festen Keimbildner in der Regel einen Spitzenwert bei Zugabewerten von 1% dieser festen Keimbildner. Diese beiden Faktoren verringern im allgemeinen die Fähigkeit oder den Wunsch, diese festen Keimbildner in hohen Gewichtsprozentsätzen der thermoplastischen Zusammensetzung zuzusetzen. Bei der Verarbeitung d er hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung wurde jedoch gefunden, dass die Multicarbonsäure während des Extrusions-Verfahrens im allgemeinen in einem flüssigen Zustand vorliegt, wobei die Multicarbonsäure als Weichmacher fungiert, während gleichzeitig die Multicarbonsäure noch in der Lage ist, während der Abkühlung vor dem aliphatischen Polyester zu erstarren oder zu kristallisieren, wobei die Multicarbonsäure als Keimbildner fungiert. Es wird angenommen, dass beim Abkühlen aus der homogenen Schmelze die Multicarbonsaure relativ schneller und vollständiger erstarrt oder kristallisiert, unmittelbar nachdem sie unter ihren Schmelzpunkt absinkt, da sie ein verhältnismäßig kleines Molekül ist. So hat beispielsweise Adipinsäure eine Schmelztemperatur von 162°C und eine Kristallisations-Temperatur von 145°C.
Das aliphatische Polyester-Polymer, das ein Makromolekül ist, weist eine verhältnismäßig sehr langsame Kristallisations-Geschwindigkeit auf, was bedeutet, dass es beim Abkühlen im allgemeinen langsamer und bei einer niedrigeren Temperatur als seiner Schmelztemperatur fest wird oder kristallisiert. Während dieser Abkühlung beginnt dann die Multicarbonsäure vor dem aliphatischen Polyester-Polymer zu kristallisieren und sie fungiert allgemein als feste Keimbildungszentren bei der Abkühlen der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung.
Eine weitere Hauptschwierigkeit, die bei der thermischen Verarbeitung von aliphatischen Polyester-Polymeren zu Bindefasern auftritt, ist die klebrige Natur dieser Polymeren. Versuche, die Fasern auszuziehen (zu verstrecken), entweder mechanisch oder durch ein Luftauszieh-Verfahren, führen häufig zur Aggregation der Fasern zu einer festen Masse. Es ist allgemein bekannt, dass die Zugabe eines festen Füllstoffs in den meisten Fällen bewirkt, dass die Klebrigkeit einer Polymerschmelze abnimmt. Die Verwendung eines festen Füllstoffs kann jedoch problematisch sein bei der Anwendung auf einen Vliesstoff, bei dem ein Polymer durch ein Loch mit einem sehr kleinen Durchmesser extrudiert wird. Dies ist der Grund dafür, warum die Füllstoff-Teilchen dazu neigen, die Spinndüsenlöcher und die Filtersiebe zu verstopfen, wodurch das Faserspinnverfahren unterbrochen wird. Erfindungsgemäß bleibt dagegen die Multicarbonsäure im allgemeinen während des Extrusionsverfahrens eine Flüssigkeit, erstarrt dann jedoch nahezu sofort während des Abschreckungs-Verfahrens. Die Multicarbonsäure ist somit wirksam als fester Füllstoff, der die Gesamt-Kristallinität des Systems verbessert und die Klebrigkeit der Fasern vermindert und Probleme während des Ausziehens, wie z. B. eine Faser-Aggregation, eliminiert.
Es ist erwünscht, dass die Multicarbonsäure einen hohen Grad der chemischen Kompatibilität mit dem aliphatischen Polyester-Polymeren aufweist, mit dem die Multicarbonsäure gemischt wird. Obgleich der Stand der Technik allgemein gezeigt hat, dass eine Polylactid-Adipinsäure-Mischung hergestellt werden kann, wurde erfindungsgemäß ein neuartiges Merkmal gefunden. Eine Polylactid-Adipinsäure-Mischung kann im allgemeinen nur mit einer verhältnismäßig kleinen Menge eines Benetzungsmittels, beispielsweise weniger als 2 Gew.-% Benetzungsmittel, und auch dann nur unter extremen Schwierigkeiten gemischt werden. Es wurde gefunden, dass Polybutylensuccinat, Polybutylensuccinat-co-adipat und Polycaprolacton sehr kompatibel sind mit großen Mengen sowohl an Multicarbonsäure als auch an Netzmittel (Benetzungsmittel). Der Grund dafür ist, wie angenommen wird, zurückzuführen auf die chemische Struktur der aliphatischen Polyester-Polymeren. Ein Polylactid-Polymer weist eine verhältnismäßig voluminöse chemische Struktur auf ohne lineare Abschnitte, die länger als CH₂ sind. Das heißt mit anderen Worten, jedes CH₂-Segment ist mit Kohlenstoffatomen verbunden, die entweder ein Sauerstoffatom oder eine andere Seitenkette tragen. Eine Multicarbonsäure wie Adipinsäure kann sich somit nicht selbst ausrichten in der Nähe des Polylactid-Polymer-Grundgerüsts. Im Falle von Polybutylensuccinat und Polybutylensuccinat-co-adipat weist das Polymer-Grundgerüst die wiederkehrenden Einheiten (CH₂)₂ und (CH₂)₄ innerhalb seiner Struktur auf. Polycaprolacton weist die wiederkehrende Einheit (CH₂)₅ auf. Diese verhältnismäßig langen, offenen, linearen Abschnitte, die durch Sauerstoffatome und voluminöse Seitenketten nicht behindert sind, richten sich gut aus mit einer geeigneten Multicarbonsäure wie Adipinsäure, die ebenfalls eine (CH₂)₄-Einheit aufweist, sodass ein sehr enger Kontakt zwischen der Multicarbonsäure und den geeigneten aliphatischen Polyester-Polymer-Molekülen möglich ist. Diese ausgezeichnete Kompatibilität zwischen der Multicarbonsäure und dem aliphatischen Polyester-Polymer in diesen Spezialfällen macht es, wie gefunden wurde, verhältnismäßig leicht, ein Benetzungsmittel, die dritte erfindungsgemäße Komponente, einzuarbeiten. Eine solche geeignete Kompatibilität zeigt sich in der Leichtigkeit der Compoundierung und der Faser- oder Vliesstoff-Herstellung aus Mischungen, die Polybutylensuccinat, Polybutylensuccinat-co-adipat, Polycaprolacton oder eine Mischung oder ein Copolymer dieser Polymeren zusammen mit geeigneten Multicarbonsäuren und Benetzungsmitteln enthalten. Die Verarbeitbarkeit dieser Mischungen ist ausgezeichnet, während im Falle eines Polylactid-Multicarbonsäure-Systems ein Benetzungsmittel im allgemeinen nicht leicht der Mischung einverleibt werden kann.
Getrennt oder im Gemisch miteinander sind ein Polybutylensuccinat-Polymer, ein Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, ein Polycaprolacton-Polymer, eine Mischung dieser Polymeren oder ein Copolymer dieser Polymeren im allgemeinen hydrophob. Da es erwünscht ist, dass die Bindefasern, die aus der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung hergestellt werden, im allgemeinen hydrophil sind, wurde gefunden, dass es erforderlich ist, eine weitere Komponente in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung zu verwenden, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Daher enthält die hochbenetzbaren aliphatische Polyester-Mischung vorzugsweise ein Netzmittel (Benetzungsmittel).
Die dritte Komponente in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung ist somit ein Netzmittel (Benetzungsmittel) für das Polybutylensuccinat-Polymer, Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, Polycaprolacton-Polymer, eine Mischung dieser Polymeren und/oder ein Copolymer dieser Polymeren. Für die erfindungsgemäße Verwendung geeignete Netzmittel umfassen im allgemeinen einen hydrophilen Abschnitt, der allgemein kompatibel ist mit dem hydrophilen Abschnitt des Polybutylensuccinat-Polymers, Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymers, des Polycaprolacton-Polymers, einer Mischung dieser Polymeren oder eines Copolymers dieser Polymeren, und einen hydrophoben Abschnitt, der im allgemeinen kompatibel ist mit dem hydrophoben Abschnitt des Polybutylensuccinat-Polymers, des Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymers, des Polycaprolacton-Polymers, einer Mischung dieser Polymeren oder eines Copolymers dieser Polymeren. Diese hydrophilen und hydrophoben Abschnitte des Netzmittels liegen im allgemeinen in getrennten Blöcken vor, sodass die gesamte Netzmittel-Struktur die eines Di-Blocks oder eines Random-Blocks sein kann. Ein Netzmittel mit einer Schmelztemperatur unterhalb oder nur geringfügig oberhalb derjenigen des aliphatischen Polyester-Polymers ist bevorzugt, sodass während des Abschreckungs-Verfahrens das Netzmittel flüssig bleibt, nachdem das aliphatische Polyester-Polymer kristallisiert ist. Dies bewirkt im allgemeinen, dass das Netzmittel an die Oberfläche der hergestellt Faserstruktur wandert, wodurch die Benetzungs-Eigenschaften und die Verarbeitung der Faserstruktur verbessert werden. Es ist dann allgemein erwünscht, dass das Netzmittel als Tensid in einer Bindefaser dient, die aus der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung hergestellt wird durch Modifizieren des Kontaktwinkels von Wasser in der Luft an der verarbeiteten Faser. Der hydrophobe Abschnitt des Netzmittels kann sein ein Polyolefin wie Polyethylen oder Polypropylen. Der hydrophile Abschnitt des Netzmittels kann Ethylenoxid, Ethoxylate, Glycole, Alkohole oder Kombinationen davon enthalten. Zu Beispielen für geeignete Netzmittel gehören UNITHOX^® 480 und UNITHOX^® 750, ethoxylierte Alkohole, oder UNICID^TM Säureamidethoxylate, alle erhältlich von der Firma Petrolite Corporation, Tulsa, Oklahoma.
Zu anderen geeigneten Tensiden gehören beispielsweise eine oder mehrere der folgenden:

a. Tenside, die bestehen aus Silicon-Glycol-Copolymeren wie D193 und D1315 Silicon-Glycol-Copolymere, die erhältlich sind von der Firma Dow Corning Corporation, Midland, Michigan;
b. ethoxylierte Alkohole wie GENAPOL^TM 24-L-60, GENAPOL^TM 24-L-92 oder GENAPOL^TM 24-L-98N ethoxylierte Alkohole, die erhalten werden können von der Firma Hoechst Celanese Corp., Charlotte, Noth Carolina.
c. Tenside, bestehend aus ethoylierten Mono- und Digylceriden wie MAZOL^TM 80 MGK, ethoxylierte Diglyceride, die erhältlich sind von der Firma PPG Industries, Inc., Gurnee, Illinois;
d. Tenside, die bestehen aus carboxylierten Alkoholethoxylaten wie SANDOPAN^TM DTC, SANDOPAN^TM KST oder SANDOPAN^TM DTC-100 carboxylierte Alkoholethoxylate, die erhalten werden können von der Firma Sandoz Chemical Corp.;
e. ethoxylierte Fettsäureester, z. B. TRYLON^TM 5906 und TRYLON^TM 5909 ethoxylierte Fettsäureester, die erhalten werden können von der Firma Henkel Corp./Emery Grp., Cincinatti, Ohio.

Im allgemeinen ist es erwünscht, dass das Netzmittel ein Gewichtsmittel des Molekulargewichtes aufweist, das bewirkt, dass die hochbenetzbare aliphatischen Polyester-Mischung die gewünschte Schmelzfestigkeit, die gewünschte mechanische Faserfestigkeit und die gewünschten Faserspinneigenschaften aufweist.
Wenn das Gewichtsmittel des Molekulargewichtes eines Netzmittels zu hoch ist, lässt sich das Netzmittel nicht gut mischen mit den anderen Komponenten in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung, weil die Viskosität des Netzmittels so hoch ist, dass es nicht die für das Vermischen erforderliche Mobilität aufweist. Wenn umgekehrt das Gewichtsmittel des Molekulargewichtes des Netzmittels zu niedrig ist, bedeutet dies, dass das Netzmittel sich mit den anderen Komponenten im allgemeinen nicht gut mischt und eine derart niedrige Viskosität aufweist, dass es Verarbeitungs-Probleme verursacht. Die für die erfindungsgemäße Verwendung geeigneten Netzmittel weisen somit Gewichtsmittel der Molekulargewichte auf, die vorteilhaft zwischen 1000 und 100 000, zweckmäßig zwischen 1000 und 50 000 und besonders zweckmäßig zwischen 1000 und 10 000 liegen. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts eines Netzmittels kann bestimmt werden unter Anwendung von Verfahren, wie sie dem Fachmann bekannt sind.
Es ist im allgemeinen erwünscht, dass das Netzmittel ein wirksames hydrophiles-lipophiles Gleichgewichts-Verhältnis (HLB-Verhältnis) aufweist. Das HLB-Verhältnis eines Materials beschreibt das relative Verhältnis der Hydrophilie des Materials. Das HLB-Verhältnis wird errechnet als Gewichtsmittel des Molekulargewichts des hydrophilen Anteils, dividiert durch das Gewichtsmittel des gesamten Molekulargewichts des Materials, wobei der dabei erhaltene Wert dann mit 20 multipliziert wird. Wenn der Wert für das HLB-Verhältnis zu niedrig ist, ergibt das Netzmittel im allgemeinen nicht die gewünschte Verbesserung in bezug auf die Hydrophilie. Wenn umgekehrt der Wert für das HLB-Verhältnis zu hoch ist, lässt sich das Netzmittel im allgemeinen nicht mit der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung mischen wegen der chemischen Inkompatibilität und der Unterschiede in bezug auf die Viskositäten mit den übrigen Komponenten. Die erfindungsgemäß verwendaren Netzmittel weisen somit HLB-Verhältniswerte auf, die in vorteilhafter Weise zwischen 10 und 40, zweckmäßig zwischen 10 und 20 und besonders zweckmäßig zwischen 12 und 16, liegen. Der Wert für das HLB-Verhältnis für ein spezielles Netzmittel ist im allgemeinen bekannt und oder kann aus einer Vielzahl von bekannten technischen Literaturstellen entnommen werden.
Es ist im allgemeinen erwünscht, dass der hydrophobe Anteil des Netzmittels eine lineare Kohlenwasserstoffkette ist, die (CH₂)_n enthält, wobei n vorzugsweise für die Zahl 4 oder eine höhere Zahl steht. Dieser hydrophobe lineare Kohlenwasserstoff-Anteil ist im allgemeinen sehr kompatibel mit ähnlichen Abschnitten in dem Polybutylensuccinat-, Polybutylensuccinat-co-adipat- und Polycaprolacton-Polymeren sowie vielen Multicarbonsäuren wie Adipinsäure. Durch Ausnutzung dieser Strukturähnlichkeiten bindet sich die hydrophoben Abschnitte des Netzmittels sehr eng an das aliphatische Polyester-Polymer, während die hydrophilen Abschnitte aus der Oberfläche einer hergestellten Bindefaser herausragen können. Die allgemeine Folge dieses Phänomens ist eine verhältnismäßig große Abnahme des fortschreitenden Kontaktwinkels, die bei dem hergestellten Vliesstoff-Material auftritt. Zu Beispielen für geeignete Netzmittel gehören UNITHOX^® 480 und UNITHOX^® 750 ethoxylierte Alkohole, erhältlich von der Firma Petrolite Corporation, Tulsa, Oklahoma. Diese Netzmittel weisen eine durchschnittliche lineare Kohlenwasserstoff-Kettenlänge zwischen 26 und 50 Kohlenstoffatomen auf. Wenn der hydrophobe Abschnitt des Netzmittels zu voluminös ist, wie z. B. mit Phenylringen oder voluminösen Seitenketten, lässt sich ein solches Netzmittel im allgemeinen nicht gut in die hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung einarbeiten. Anstatt dass die hydrophoben Abschnitte des Netzmittels an die aliphatischen Polyester-Polymer-Moleküle gebunden werden, wobei die hydrophilen Abschnitte des Netzmittels frei herausragen, schwimmen die gesamten Moleküle des Netzmittels frei in der Mischung umher und werden in der Mischung eingeschlossen. Dies zeigt sich an einem hohen fortschreitenden Kontaktwinkel und einem verhältnismäßig niedrigen rückläufigen Kontaktwinkel, was anzeigt, dass die hydrophilen Ketten sich nicht auf der Oberfläche befinden. Nach der Aufnahme einer Flüssigkeit kann das Netzmittel an die Oberfläche wandern, was zu einem niedrigen rückläufigen Kontaktwinkel führt. Dies zeigt sich eindeutig bei der Verwendung von IGEPAL^TM RC-630, einem ethoxylierten Alkylphenol-Tensid, das erhältlich ist von der Firma Rhone-Poulenc, Cranbury, NJ.IGEPAL^TM RC-630, ein ethoxyliertes Alkylphenol, weist eine voluminöse Phenylgruppe auf, die seine Kompatibilität mit aliphatischen Polyester-Polymeren einschränkt, was sich zeigt an dem hohen fortschreitenden Kontaktwinkel und an dem niedrigen rückläufigen Kontaktwinkel einer Mischung aus einem aliphatischen Polyester-Polymer und dem IGEPAL^TM RC-630 ethoxylierten Alkylphenol.
Es ist im allgemeinen erwünscht, dass das Netzmittel in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung in einer Menge vorliegt, die bewirkt, dass die hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung die gewünschten Eigenschaften, wie z. B. die gewünschten Kontaktwinkelwerte, aufweist. Im allgemeinen kann zu viel Netzmittel zu Verarbeitungs-Problemen der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung oder schließlich zu einer hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung führen, die nicht die gewünschten Eigenschaften aufweist, wie z. B. die gewünschten fortschreitenden und rückläufigen Kontaktwinkelwerte. Das Netzmittel liegt in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vor, die mehr als 0,5 bis 25 Gew.-% beträgt, vorteilhaft zwischen 0,5 und 20 Gew.-%, zweckmäßig zwischen 1 und 20 Gew.-% und besonders zweckmäßig zwischen 1 und 10 Gew.-% liegt, wobei alle Gewichtsprozentsätze bezogen sind auf die Gesamtgewichtsmenge von Polybutylensuccinat-Polymer, Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, Polycaprolacton-Polymer und einer Mischung dieser Polymeren oder eines Copolymers dieser Polymeren, Multicarbonsäure und Netzmittel, die in der thermoplastischen Zusammensetzung enthalten sind.
Obgleich die Hauptkomponenten der erfindungsgemäß verwendeten hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung vorstehend beschrieben worden sind, ist diese hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung darauf nicht beschränkt und sie kann auch andere (weitere) Komponenten enthalten, welche die gewünschten Eigenschaften der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung nicht nachteilig beeinflussen. Zu beispielhaften Materialien, die als zusätzliche Komponenten verwendet werden können, gehören Pigmente, Antioxidantien, Stabilisatoren, Tenside, Wachse, Fließ-Promotoren, feste Lösungsmittel, Weichmacher, Keimbildner, teilchenförmige Materialien und andere Materialien, die zugesetzt werden, um die Verarbeitbarkeit der thermoplastischen Zusammensetzung zu verbessern. Wenn solche zusätzlichen Komponenten in einer hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung enthalten sind, ist es im allgemeinen erwünscht, dass diese zusätzlichen Komponenten in einer Menge verwendet werden, die vorteilhaft weniger als 10 Gew.-%, besonders vorteilhaft weniger als 5 Gew.-% und zweckmäßig weniger als 1 Gew.-% beträgt, wobei alle Gewichtsprozentsätze bezogen sind das Gesamtgewicht der Menge an aliphatischem Polyester-Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinat-Polymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, einem Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer dieser Polymeren; einer Multicarbonsäure und eines Netzmittels, die in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung enthalten sind.
Die erfindungsgemäß verwendete hochbenetzbare aliphatischen Polyester-Mischung ist im allgemeinen die resultierende Morphologie einer Mischung aus dem aliphatischen Polyester-Polymer, der Multicarbonsäure, dem Netzmittel und gegebenenfalls irgendwelchen zusätzlichen Komponenten. Um die gewünschten Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung zu erzielen, ist es wichtig, wie gefunden wurde, dass das aliphatische Polyester-Polymer, die Multicarbonsäure und das Netzmittel im wesentlichen nicht miteinander reagieren, sodass kein Copolymer gebildet wird, das im wesentlichen jeweils das aliphatische Polyester-Polymer, die Multicarbonsäure und/oder das Netzmittel umfasst. Daher bleiben das aliphatische Polyester-Polymer, die Multicarbonsäure und das Netzmittel jeweils getrennte Komponenten der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung.
Das aliphatische Polyester-Polymer, die Multicarbonsäure und das Netzmittel bilden im allgemeinen jeweils getrennte Regionen oder Domänen innerhalb einer hergestellten Mischung, welche die hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung bildet. Je nach den relativen Mengen, in denen das aliphatische Polyester-Polymer, die Multicarbonsäure und das Netzmittel jeweils verwendet werden, kann jedoch eine im wesentlichen kontinuierliche Phase aus dem Polymer gebildet werden, das in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung in einer verhältnismäßig größeren Menge vorliegt. Dagegen können sich dann, wenn das Polymer in der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung in einer verhältnismäßig geringeren Menge vorliegt, Bereiche oder Domänen innerhalb der kontinuierlichen Phase des vorherrschenderen Polymers bilden, wobei die kontinuierliche Phase aus dem vorherrschenderen Polymer das weniger vorherrschende Polymer innerhalb seiner Struktur einschließt. Unter dem hier verwendeten Ausdruck ”einschließen” und verwandten Ausdrücken ist zu verstehen, dass das die kontinuierliche Phase aus dem vorherrschenderen Polymer die getrennten Regionen oder Domänen des weniger vorherrschenden Polymers einschließen oder umgeben.
Der zweite Teil der erfindungsgemäßen Bikomponenten-Bindefaser umfasst ein hochschmelzendes aliphatisches Polyester-Kernmaterial. Dieses hochschmelzende aliphatische Polyester-Kernmaterial sollte ein biologisch abbaubares Material sein. Erfindungsgemäße Kernmaterialien sind Polylactid, PLA und diejenigen aliphatischen Polyester-Materialien, wie sie als erste Komponente der weiter oben diskutierten hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung verwendet werden. PLA liegt in zwei unterschiedlichen optisch aktiven Formen, den L- und D-Isomeren, vor. Ein Polylactid, das zu 100% aus L-PLA besteht, hat eine Schmelztemperatur von 175°C. Durch Einstellung des L:D-Verhältnisses kann die Schmelztemperatur herabgesetzt werden.
Für die vorliegende Erfindung ist es erwünscht, dass die Schmelztemperatur des Kernmaterials um mindestens 20°C höher ist als beim Hüllenmaterial, das die weiter oben diskutierte hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung umfasst. Das Kernmaterial sollte einen Schmelzpunkt von mindestens 125°C haben. Der Bereich der verfügbaren Schmelztemperaturen von PLA erlaubt eine breitere Auswahl von Materialien, um zu gewährleisten, dass ein ausreichender Abstand zwischen den Schmelztemperaturen der Hülle und des Kerns erzielt wird, während gleichzeitig die Anforderungen in bezug auf Funktionalität und biologische Abbaubarkeit erfüllt sind.
Zur Herstellung einer Bahn, die aus Stapelfasern besteht, beispielsweise einer im Luftstrom abgelagerten oder cardierten Bahn, muss eine der Faser-Komponenten eine Bindefaser sein. Diese Fasern können in Form von vielen unterschiedlichen Konfigurationen, beispielsweise als Seite-an-Seite- oder Hüllen-Kern-Konfiguration, hergestellt werden.
Bei einer Ausführungsform einer Bikomponenten-Bindefaser wird die erfindungsgemäß verwendete Faser nach dem trockenen Vermischen des aliphatischen Polyester-Polymers, der Multicarbonsäure und des Netzmittels zur Bildung einer trockenen Mischung der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung diese trockene Mischung der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung vorteilhaft bewegt, gerührt oder anderweitig durchmischt zur Bildung einer einheitlichen Mischung aus dem aliphatischen Polyester-Polymer, der Multicarbonsäure und dem Netzmittel, sodass eine im wesentlichen homogene trockene Mischung gebildet wird. Die trockene Mischung kann dann beispielsweise in einem Extruder in der Schmelze gemischt werden, um eine wirksame gleichmäßige Durchmischung des aliphatischen Poylester-Polymers, der Multicarbonsäure und des Netzmittels zu erzielen, sodass eine im wesentlichen homogene geschmolzene Mischung gebildet wird. Die im wesentlichen homogene geschmolzene Mischung kann dann abgekühlt und pelletisiert werden. Alternativ kann die im wesentlichen homogene geschmolzene Mischung direkt in einen Spinn-Pack oder in eine andere Einrichtung zur Bildung der Bindefaser überführt werden.
Alternative Verfahren zum Vermischen der Komponenten umfassen die Zugabe der Multicarbonsäure und des Netzmittels zu dem aliphatischen Polyester-Polymeren in beispielsweise einem Extruder, der dazu verwendet wird, die Komponenten miteinander zu mischen. Außerdem ist es auch möglich, zuerst alle Komponenten gemeinsam gleichzeitig in einer Schmelze miteinander zu mischen. Andere Verfahren zum Vermischen der Komponenten sind ebenfalls möglich und für den Fachmann auf diesem Gebiet leicht ersichtlich. Um zu bestimmen, ob das aliphatische Polyester-Polymer, die Multicarbonsäure und das Netzmittel im wesentlichen nicht-umgesetzt verbleiben, ist es möglich, Verfahren anzuwenden, wie z. B. die kernmagnetische Resonanz- und Infrarot-Analyse, um die chemischen Eigenschaften der fertigen thermoplastischen Zusammensetzung zu bewerten.
Typische Bedingungen für die thermische Verarbeitung der verschiedenen Komponenten umfassen eine Scherrate, die vorteilhaft zwischen 100 s^–1 und 50 000 s^–1, besonders vorteilhaft zwischen 500 s^–1 und 5000 s^–1, zweckmäßig zwischen 1000 und 3000 s^–1 und am zweckmäßigsten bei 1000 s^–1 liegt. Typische Bedingungen für die thermische Verarbeitung der Komponenten umfassen auch die Anwendung einer Temperatur, die vorteilhaft zwischen 50 und 500°C, besonders vorteilhaftzwischen 75 und 300°C und zweckmäßig zwischen 100 und 250°C, liegt.
Wenn einmal das hochschmelzende aliphatischen Polyester-Kernmaterial und das hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischungs-Hüllenmaterial ausgewählt und geformt worden sind, können diese Materialieln durch gemeinsames Verspinnen der beiden Materialien zu den Bindefasern geformt werden. Nach dem Spinnen der Fasern können sie ausgezogen, zerschnitten und/oder gekräuselt werden zur Herstellung von hydrophilen Stapelfasern. Diese Fasern können dann in einer Bonded-Carded-Bahn oder in einem Luftablagerungs-Verfahren verwendet werden zur Herstellung von Vliesstoff-Materialien, die dann in wegwerfbaren Kleidern (Einweg-Kleidern) verwendet werden. Die Herstellung von Bikomponenten-Fasern erfolgt in einem Doppelextruder-Spinnsystem. Jede Komponente wird in einen Einzel- oder Doppelschnecken-Extruder eingeführt, der zur Bildung einer Schmelze erhitzt wird, und zu einer Spinndüse transportiert. Der Aufbau der Spinndüse bestimmt die Endgestalt der Fasern. Das geschmolzene Polymer, das durch die Spinndüse extrudiert wird, wird durch Umgebungsluft oder durch Subumgebungsluft abgekühlt, bis es einen festen Zustand erreicht hat. Die festen Fasern werden dann auf irgendeine verfügbare Weise, beispielsweise durch eine Godet-Walze ausgezogen. Ab diesem Zeitpunkt kann jedes Standard-Schneide-, -Kräusel-, -Auszieh- oder -Faserbehandlungs-Verfahren angewendet werden.
Der hier verwendete Ausdruck ”hydrophob” bezieht sich auf ein Material mit einem Kontaktwinkel von Wasser in Luft von mindestens 90°. Dagegen bezieht sich der hier verwendete Ausdruck ”hydrophil” auf ein Material mit einem Kontaktwinkel von Wasser in Luft von weniger als 90°. Handelsübliche Körperpflegeprodukte erfordern im allgemeinen jedoch Kontaktwinkel, die signifikant unter 90° liegen, um die gewünschten Flüssigkeitstransport-Eigenschaften zu erzielen. Um die für Körperpflegeprodukte erwünschten schnellen Aufnahme- und Benetzungs-Eigenschaften zu erzielen, soll der Kontaktwinkel von Wasser in Luft im allgemeinen auf unter 70° fallen. Je niedriger der Kontaktwinkel ist, umso besser ist im allgemeinen die Benetzbarkeit. Für die Anwendungszwecke werden Kontaktwinkel-Messungen durchgeführt, wie in dem weiter unten beschriebenen Testverfahrens-Abschnitt angegeben. Der generelle Begriff Kontaktwinkel und ihre Messung sind im Stand der Technik allgemein bekannt, beispielsweise aus Robert J. Good und Robert J. Stromberg, Ed., in ”Surface and Colloid Science – Experimental Methods”, Band II, Plenum Press, 1979.
Die erfindungsgemäßen resultierenden Bindefasern sollen eine verbesserte Hydrophilie aufweisen, nachgewiesen durch eine Abnahme des Kontaktwinkels von Wasser in Luft. Der Kontaktwinkel von Wasser in Luft einer Faserprobe kann entweder als fortschreitender oder als rückläufiger Kontaktwinkel gemessen werden, je nach Art des Testverfahrens. Der fortschreitende Kontaktwinkel misst das anfängliche Ansprechen eines Materials auf eine Flüssigkeit wie Wasser. Der rückläufige Kontaktwinkel stellt ein Maß dafür dar, wie ein Material sich über die Dauer einer ersten Benetzung oder Einwirkung einer Flüssigkeit sowie über die folgenden Benetzungen verhält. Ein niedrigerer rückläufiger Kontaktwinkel bedeutet, dass das Material während der Einwirkung der Flüssigkeit hydrophiler wird und dann allgemein in der Lage ist, Flüssigkeiten gleichmäßiger zu transportieren. Sowohl die fortschreitenden als auch die rückläufigen Kontaktwinkeldaten werden zweckmäßig dazu verwendet, die hochhydrophile Natur einer Multikomponenten-Faser oder einer Vliesstoff-Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung nachzuweisen.
Die erfindungsgemäßen resultierenden Bindefasern sollen eine verbesserte Flüssigkeitstransport-Geschwindigkeit aufweisen, was durch eine niedrige Kontaktwinkel-Hysterese nachgewiesen wird. Unter dem hier verwendeten Ausdruck ”Kontaktwinkel-Hysterese” ist die Differenz zwischen dem fortschreitenden und dem rückläufigen Kontaktwinkel für ein Material, das bewertet werden soll, zu verstehen. So führen beispielsweise ein verhältnismäßig hoher fortschreitender Kontaktwinkel und ein verhältnismäßig niedriger rückläufiger Kontaktwinkel zu einer großen Kontaktwinkel-Hysterese. In einem solchen Fall wird ein anfänglicher Flüssigkeitszustrom durch ein Material im allgemeinen langsam absorbiert, obgleich das Material die Flüssigkeit, wenn sie sie einmal absorbiert hat, zurückhält. Relativ niedrige fortschreitende und rückläufige Kontaktwinkel sowie eine kleine Kontaktwinkel-Hysterese sind im allgemeinen erwünscht, um eine hohe Flüssigkeitstransport-Geschwindigkeit zu erreichen. Die Kontaktwinkel-Hysterese kann als Anzeichen für die Aufsauggeschwindigkeit einer Flüssigkeit durch ein Material, das bewertet werden soll, verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass ein Vliesstoff-Material, das die hier beschriebenen Bindefasern aufweist, einen Wert für den fortschreitenden Kontaktwinkel (Advancing Contact Angle) hat, der vorteilhaft weniger als 70°, besonders vorteilhaft weniger als 65°, zweckmäßig weniger als 60°, besonders zweckmäßig weniger als 55° und am zweckmäßigsten weniger als 50° beträgt, wobei der Wert für den fortschreitenden Kontaktwinkel bestimmt wird durch das Verfahren, das in dem weiter unten folgenden Testverfahrens-Abschnitt beschrieben wird.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass ein Vliesstoff-Material, welches die hier beschriebenen Bindefasern aufweist, einen Wert für den rückläufigen Kontaktwinkel (Receding Contact Angle) hat, der vorteilhaft weniger als 60°, besonders vorteilhaft weniger als 55°, zweckmäßig weniger als 50°, besonders zweckmäßig weniger als 45° und am zweckmäßigsten weniger als 40° beträgt, wobei der Wert für den rückläufigen Kontaktwinkel bestimmt wird durch das Verfahren, das in dem weiter unten beschriebenen Testverfahrens-Abschnitt beschrieben wird.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass ein Vliesstoff-Material, welches die hier beschriebenen Bindefasern aufweist, einen Wert für einen fortschreitenden Kontaktwinkel hat, der vorteilhaft um mindestens 10°, besonders vorteilhaft um mindestens 15°, zweckmäßig um mindestens 20° und besonders zweckmäßig um mindestens 25° geringer ist als der Wert für den fortschreitenden Kontaktwinkel, den eine im übrigen im wesentlichen identische Faser oder Vliesstoff-Struktur aufweist, die aus einer thermoplastischen Zusammensetzung hergestellt ist, die kein Netzmittel enthält.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass ein Vliesstoff-Material, das die hier beschriebenen Bindefasern aufweist, einen Wert für den rückläufigen Kontaktwinkel aufweist, der vorteilhaft um mindestens 5°, besonders vorteilhaft um mindestens 10°, zweckmäßig um mindestens 15° und besonders zweckmäßig um mindestens 20° geringer ist als der Wert für den rückläufigen Kontaktwinkel, den eine im übrigen im wesentlichen identische Faser oder Vliesstoff-Struktur aufweist, die aus einer thermoplastischen Zusammensetzung hergestellt ist, die kein Netzmittel enthält.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck ”ein im übrigen im wesentlichen identisches Vliesstoff-Material, das aus einer thermoplastischen Zusammensetzung hergestellt ist, die kein Netzmittel enthält” und anderen ähnlichen Ausdrücken ist hier ein Vliesstoff-Kontrollmaterial zu verstehen, das hergestellt worden ist unter Verwendung von im wesentlichen identischen Materialien und unter Anwendung eines im wesentlichen identischen Verfahrens, verglichen mit dem erfindungsgemäßen Vliesstoff-Material, jedoch mit der Ausnahme, dass das Vliesstoff-Kontrollmaterial nicht umfasst oder nicht hergestellt worden ist mit dem hier beschriebenen Netzmittel.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass die Differenz zwischen dem Wert für den fortschreitenden Kontaktwinkel und dem Wert für den rückläufigen Kontaktwinkel, hier als Kontaktwinkel-Hysterese bezeichnet, so klein wie möglich ist. Es ist daher erwünscht, dass die Bindefaser eine Differenz zwischen dem Wert für den fortschreitenden Kontaktwinkel und dem Wert für den rückläufigen Kontaktwinkel vorteilhaft weniger als 50°, besonders vorteilhaft weniger als 40°, zweckmäßigweniger als 30° und besonders zweckmäßig weniger als 20° beträgt.
Es ist allgemein erwünscht, dass die Schmelz- oder Erweichungs-Temperatur der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung innerhalb eines Bereiches liegt, der in der Regel in den meisten Prozess-Anwendungen anzutreffen ist. Im allgemeinen ist es daher erwünscht, dass die Schmelz- oder Erweichungstemperatur der hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung vorteilhaft zwischen 25 und 350°C, besonders vorteilhaft zwischen 35 und 300°C und zweckmäßig zwischen 45 und 250°C liegt.
Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemäß verwendete hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung im allgemeinen verbesserte Verarbeitungs-Eigenschaften aufweist, verglichen mit einer thermoplastischen Zusammensetzung, die ein aliphatisches Polyester-Polymer, jedoch keine Multicarbonsäure und/oder kein Netzmittel umfasst. Dies ist allgemein zurückzuführen auf die signifikante Abnahme der Viskosität, die auftritt als Folge der Multicarbonsäure und des inneren Schmiereffekts des Netzmittels. Ohne die Multicarbonsäure ist die Viskosität einer Mischung aus dem aliphatischen Polyester-Polymer und dem Netzmittel im allgemeinen für die Verarbeitung zu hoch. Ohne das Netzmittel ist eine Mischung aus dem aliphatischen Polyester-Polymer und der Multicarbonsäure im allgemeinen kein ausreichend hydrophiles Material und weist daher im allgemeinen nicht die Verarbeitungs-Vorteile des flüssigen Netzmittels in der Abschreckungszone auf. Als Teil der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass nur mit der richtigen Kombination der drei Komponenten die geeignete Viskosität und Schmelzfestigkeit zum Faserspinnen erzielt werden können.
Die hier erwähnte verbesserte Verarbeitbarkeit einer hochbenetzbaren aliphatischen Polyester-Mischung wird bestimmt als Abnahme der scheinbaren Viskosität der thermoplastischen Zusammensetzung bei einer Temperatur von 170°C und einer Scherrate von 1000 s^–1, typischen industriellen Extrusionsverarbeitungs-Bedingungen. Wenn die hochbenetzbare aliphatischen Polyester-Mischung eine scheinbare Viskosität aufweist, die zu hoch ist, ist die hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung im allgemeinen sehr schwer zu verarbeiten. Wenn dagegen die hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung eine zu niedrige scheinbare Viskosität aufweist, ergibt die hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung im allgemeinen eine extrudierte Faser, die eine sehr geringe Zugfestigkeit aufweist.
Erfindungsgemäß weist die hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung einen Wert für die scheinbare Viskosität bei einer Temperatur von 170°C und einer Scherrate von 1000 s^–1 auf, der zwischen 5 und 200 Pascal·Sekunden (Pa·s), vorteilhaft zwischen 10 und 150 Pa·s und zweckmäßig zwischen 20 und 100 Pa·s liegt. Das Verfahren, nach dem der Wert für die scheinbare Viskosität bestimmt wird, ist weiter unten in Verbindung mit den Beispielen beschrieben.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck ”Faser” oder ”faserförmig” ist ein Material zu verstehen, bei dem Verhältnis von Länge zu Durchmesser dieses Materials mehr als 10 beträgt. Umgekehrt ist ein ”Nicht-Fasermaterial” oder ein ”nicht-faserförmiges Material” ein Material, bei dem das Verhältnis von Länge zu Durchmesser dieses Materials 10 oder weniger beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Fasern sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden. Das Schmelzspinnen von Polymeren umfasst die Herstellung eines endlosen Filaments, beispielsweise eines Spunbond- oder Meltblown-Filaments und eines nicht endlosen Filaments, wie z. B. Stapelfasern und kurz geschnittene Fasern und Strukturen. Zur Herstellung einer Spunbond- oder Meltblown-Faser wird im allgemeinen eine thermoplastische Zusammensetzung extrudiert und in ein Verteilungs-System eingeführt, in dem die thermoplastische Zusammensetzung in eine Spinndüsen-Platte eingeführt wird. Dann wird die gesponnene Faser abgekühlt, verfestigt, durch ein aerodynamische Systems ausgezogen und dann zu einem konventionellen Faservlies geformt. Zur Herstellung einer kurz geschnittenen Faser oder Stapelfaser wird die gesponnene Faser abgekühlt, verfestigt und ausgezogen, im allgemeinen unter Verwendung eines mechanischen Walzensystems, bis auf einen mittleren Faser-Durchmesser und die Faser wird gesammelt anstatt direkt zu einer Faservlies-Struktur geformt zu werden. Danach wird die gesammelte Faser bei einer Temperatur unterhalb ihrer Erweichungs-Temperatur bis zu dem gewünschten End-Faserdurchmesser ”kalt ausgezogen (verstreckt)” und kann dann gekräuselt/texturiert und auf die gewünschte Faserlänge zugeschnitten werden. Multikomponenten-Fasern können zu verhältnismäßig kurzen Längen zugeschnitten werden, beispielsweise zu Stapelfasern, die im allgemeinen Längen in dem Bereich von 25 bis 50 mm haben, und zu Kurzfasern, die noch kürzer sind und im allgemeinen Längen von weniger als 18 mm haben (vgl. z. B. US-Patent 4 789 592 (Taniguchi et al.) und US-Patent 5 336 552 (Strack et al.).
Die biologisch abbaubaren Vliesstoff-Materialien, in denen die erfindungsgemäßen Bindefasern verwendet werden, sind geeignet für die Verwendung in wegwerfbaren Produkten (Einwegprodukten), wie z. B. wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten wie Windeln, Erwachsenen-Inkontinenzprodukten und Betteinlagen; in Monatsblutungs-Einrichtungen, wie Damenbinden und Tampons; und anderen absorptionsfähigen Produkten wie Wischtüchern, Lätzchen, Wundverbänden und chirurgischen Umhängen und Tüchern. Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt, das die Multikomponenten-Fasern enthält.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Bindefasern zu einer Faser-Matrix geformt für die Einarbeitung in ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt. Eine Faser-Matrix kann beispielsweise die Form einer Faservliesstoff-Bahn haben. Die Länge der verwendeten Fasern kann von dem jeweiligen gewünschtenfalls Endverwendungszweck abhängen. Wenn die Fasern in Wasser abgebaut werden sollen, beispielsweise in einer Toilette, ist es vorteilhaft, wenn die Längen bei etwa 15 mm oder darunter gehalten werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt bereitgestellt, bei dem es sich um ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt handelt, das allgemein umfasst eine Verbundstruktur, die umfasst eine flüssigkeitsdurchlässige Oberseiten- bzw. Decklage, eine Flüssigkeit aufnehmende Schicht, eine absorptionsfähige Struktur und eine flüssigkeitsundurchlässige Rückseitenlage, wobei mindestens eine der Komponenten aus der Gruppe flüssigkeitsdurchlässige Decklage, Flüssigkeit aufnehmende Schicht und Flüssigkeits-undurchlässige Rückseitenlage das erfindungsgemäße Vliesstoff-Material umfasst. In einigen Fällen kann es für alle drei der Bestandteile Decklage, Flüssigkeit aufnehmende Schicht und Rückseitenlage vorteilhaft sein, die hier beschriebenen Faservlies-Materialien zu umfassen.
Bei einer anderen Ausführungsform kann das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt allgemein umfassen eine Verbundstruktur, die umfasst eine flüssigkeitsdurchlässige Oberseiten- zbw. Decklage, eine absorptionsfähige Struktur und eine flüssigkeitsundurchlässige Rückseitenlage, wobei mindestens eine der Komponenten flüssigkeitsdurchlässige Decklage und flüssigkeitsundurchlässige Rückseitenlage die beschriebenen Vliesstoff-Materialien umfasst.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Vliesstoff-Material in einer Spunbond-Anlage hergestellt werden. Es werden Harzpellets, welche die vorstehend beschriebenen thermoplastischen Materialien umfassen, hergestellt und vorgetrocknet. Dann werden sie in einen einzelnen Extruder eingeführt. Die Fasern können durch eine Faserzieheinheit (FDU) oder eine Luftzieheinheit gezogen werden auf einem Formsieb, und sie können thermisch gebunden werden. Es können aber auch andere Verfahren und Herstellungsmethoden angewendet werden.
Beispielhafte wegwerfbare absorptionsfähige Produkte sind allgemein beschrieben in US-A-4 710 187 , US-A-4 762 521 , US-A-4 770 656 und US-A-4 798 603 .
Absorptionsfähige Produkte und Strukturen gemäß allen Aspekten der vorliegenden Erfindung werden im allgemeinen während ihrer Verwendung mehrfach Absonderungen einer Körperflüssigkeit ausgesetzt. Daher sind die absorptionsfähigen Produkte und Strukturen zweckmäßig in der Lage, mehrere Absonderungen von Körperflüssigkeiten in den Mengen in den absorptionsfähigen Produkten und Strukturen zu absorbieren, denen sie während ihrer Verwendung ausgesetzt sind. Die Körperflüssigkeits-Absonderungen sind im allgemeinen zeitlich voneinander getrennt.
Testverfahren
Schmelztemperatur
Die Schmelztemperatur eines Materials wurde bestimmt unter Anwendung der Differentialabtastcalorimetrie. Ein Differentialabtastcalorimeter mit der Bezeichnung Thermal Analyst 2910 Differential Scanning Calorimeter, der mit einem flüssigen Stickstoff-Kühlzusatz ausgestattet war und in Kombination mit dem Thermal Analyst 2200-Analysen-SoftwareProgramm (Version 8.10), beide erhältlich von der Firma T.A. Instrument Inc., New Castle, Delaware, verwendet wurde, wurde zur Bestimmung der Schmelztemperaturen eingesetzt.
Die getesteten Materialproben lagen entweder in Form von Fasern oder Harzpellets vor. Es war bevorzugt, die Materialproben nicht direkt in die Hand zu nehmen, sondern unter Verwendung von Pinzetten und anderen Werkzeugen zu handhaben, um nichts einzuführen, was die Ergebnisse verfäschen könnte. Die Materialproben wurden im Falle von Fasern zerschnitten oder im Falle von Harzpellets in eine Aluminiumpfanne gelegt und gewogen bis auf eine Genauigkeit von 0,01 mg unter Verwendung einer analytischen Waage. Erforderlichenfalls wurde über die Materialprobe auf der Pfanne ein Deckel gelegt.
Der Differentialabtastcalorimeter wurde geeicht unter Verwendung eines Indiummetall-Standards und es wurde eine Basislinien-Korrektur durchgeführt, wie in der Betriebsanleitung für den Differentialabtastcalorimeter beschrieben. Eine Materialprobe wurde in die Testkammer des Differentialabtastcalorimeters zur Durchführung des Tests gelegt und es wurde eine leere Pfanne als Referenz verwendet. Der gesamte Test wurde mit einer Stickstoffspülung von 55 cm³/min (industrielle Qualität) in der Testkammer durchgeführt. Das Erhitzungs- und Abkühlungsprogramm war ein 2-Cyclen-Test, beginnend mit einer Äquilibrierung der Kammer auf –75°C, gefolgt von einem Erhitzungscyclus mit 20°C/min auf 220°C, gefolgt von einem Abkühlungscyclus mit 20°C/min auf –75°C und dann einem weiteren Erhitzungscyclus von 20°C/min auf 220°C.
Die Ergebnisse wurden bewertet unter Verwendung des Analysen-Software-Programms, wobei die Glasumwandlungstemperatur (Tg) bei der Krümmung und endotherme und exotherme Peaks identifiziert und quantifiziert wurden. Die Glasumwandlungstemperatur wurde identifiziert als der Bereich auf der Linie, in dem eine deutliche Änderung der Neigung auftrat und dann wurde die Schmelztemperatur bestimmt unter Verwendung einer automatischen Krümmungsberechnung.
Scheinbare Viskosität
Ein Kapillar-Rheometer mit der Bezeichnung Göttfert Rheograph 2003 Kapillar-Rheometer, der in Kombination mit einer Win RHEO (Version 2.31) Analysen-Software verwendet wurde, beide erhältlich von der Firma Göttfert Company, Rock Hill, South Carolina, wurde verwendet zur Bewertung der scheinbaren rheologischen Viskositäts-Eigenschaften von Materialproben. Der Kapillar-Rheometer-Aufbau umfasste einen 200 MPa (2000 bar)-Druckwandler und eine runde Lochkapillardüse einer Länge von 30 mm, einer aktiven Länge von 30 mm, mit einem Durchmesser von 1 mm, einer Höhe von 0 mm und einem Durchlaufwinkel von 180°C.
Wenn die zu testende Materialprobe eine Wasserempfindlichkeit anzeigte oder bekannt für ihre Wasserempfindlichkeit war, wurde die Materialprobe in einem Vakuumofen oberhalb ihrer Glasumwandlungstemperatur, d. h. oberhalb 55 oder 60°C für Poly(milchsäure)-Materialien unter einem Vakuum von mindestens 38,1 cm (15 inches) Hg mit einem Stickstoffgas-Strom von mindestens 849,5 l (30 Standard-ft°) pro Stunde mindestens 16 h lang getrocknet.
Wenn einmal das Instrument aufgewärmt war und der Druckwandler geeicht war, wurde die Materialprobe portionsweise auf die Kolonne aufgegeben, wobei in die Kolonne zusammen mit einem Rammstab jedesmal ein Füllungsharz eingefüllt wurde, um während des Tests ein gleichmäßiges Schmelzen zu gewährleisten. Nach der Aufgabe der Materialprobe ging jedem Test eine 2 Minuten-Schmelzzeit voraus, sodass die Materialprobe bei der Test-Temperatur vollständig schmelzen konnte. Der Kapillar-Rheometer nahm die Datenpunkte automatisch auf und bestimmte die scheinbare Viskosität (in Pa·s) bei 7 unterschiedlichen Scherraten (in s^–1): 50, 100, 200, 500, 1000, 2000 und 5000. Bei der Überprüfung der resultierenden Kurve war es wichtig, dass die Kurve relativ glatt war. Wenn signifikante Abweichungen von einer generellen Kurve von einem Punkt zum anderen vorlagen, möglicherweise als Folge von Luft in der Kolonne, wurde der Testdurchlauf wiederholt, um die Ergebnisse zu bestätigen.
Die resultierende Rheologiekurve der scheinbaren Scherrate in Abhängigkeit von der scheinbaren Dichte ist ein Anzeichen dafür, wie die Materialprobe bei dieser Temperatur in einem Extrusionsverfahren durchläuft. Die scheinbaren Viskositätswerte bei einer Scherrate von mindestens 1000 s^–1 sind von spezifischem Interesse, weil diese die typischen Bedingungen sind, wie sie in kommerziellen Faserspinnextrudern zu finden sind.
Kontaktwinkel
Die Vorrichtung umfasst einen dynamischen Kontaktwinkel-Analysator DCA-322 und WinDCA(Version 1.02)-Software, beide erhältlich von der Firma ATICAHN Instruments, Inc., Madison, Wisconsin. Ein Test wurde durchgeführt mit der ”A”-Schleife mit einer daran befestigten Bügel-Waage. Die Eichungen sollten monatlich bei dem Motor und täglich bei der Waage (es wurde eine Masse von 100 mg verwendet) durchgeführt werden, wie in der Betriebsanleitung angegeben.
Thermoplastische Zusammensetzungen wurden zu Fasern versponnen und zur Bestimmung des Kontaktwinkels wurde eine Freifall-Probe (Jet-Streckung 0) verwendet. Während der Herstellung der Faser sollte sorgfältig darauf geachtet werden, dass die Faser möglichst wenig mit der Hand angefasst wird, um zu gewährleisten, dass eine Kontamination minimal gehalten wird. Die Faserprobe wurde an dem Drahtaufhänger mit einem Klebeband befestigt, sodass 2 bis 3 cm Faser über das Ende des Aufhängers überstanden. Dann wurde die Faserprobe mit einer Rasierklinge so zugeschnitten, dass etwa 1,5 cm über das Ende des Aufhängers überstanden. Zur Bestimmung des durchschnittlichen Durchmessers entlang der Faser wurde ein optisches Mikroskop verwendet (3 bis 4 Messungen).
Die Probe an dem Drahtaufhänger wurde von dem Waagebügel an der Schleife ”A” herunterhängen gelassen. Die Immersionflüssigkeit war destilliertes Wasser und es wurde für jede Probe ausgewechselt. Die Proben-Parameter wurden eingegeben (d. h. der Faser-Durchmesser) und der Test wurde begonnen. Die Bühne (Stufe) wurden mit 151,75 μm/s vorwärts bewegt, bis sie die Eintauchtiefe Null anzeigte, wenn die Faser mit der Oberfläche des destillierten Wassers in Kontakt kam. Ab der Eintauchtiefe Null wurde die Faser in dem Wasser vorwärts bewegt für 1 cm, 0 Sekunden dabei behalten und dann sofort um 1 cm zurückgezogen. Die Autoanalyse des Kontaktwinkels erfolgte durch die Software, welche die fortschreitenden und rückläufigen Kontaktwinkel der Faserprobe bestimmte auf der Basis von Standard-Berechnungen, die in der Betriebsanleitung angegeben sind. Kontaktwinkel von 0° oder weniger als 0° zeigen an, dass die Probe vollständig benetzbar geworden war. Für jede Probe wurden fünf Messungen durchgeführt und es wurde eine statistische Analyse für die mittlere Standard-Abweichung vorgenommen und es wurde der Abweichungs-Koeffizient in % errechnet. Wie in den nachstehenden Beispielen angegeben und in den Ansprüchen verwendet, stellt der Wert für den fortschreitenden Kontaktwinkel den fortschreitenden Kontaktwinkel von destilliertem Wasser auf einer Faserprobe dar, der nach dem vorstehend beschriebenen Testverfahren bestimmt wurde. In entsprechender Weise repräsentiert, wie in den nachstehenden Beispielen angegeben und in den Ansprüchen verwendet, der Wert für den rückläufigen Kontaktwinkel den rückläufigen Kontaktwinkel von destilliertem Wasser auf einer Faserprobe, der nach dem vorstehend beschriebenen Testverfahren bestimmt wurde.
Beispiele
Als Komponenten zur Herstellung von thermoplastischen Zusammensetzungen und Multikomponenten-Fasern in den folgenden Beispielen wurden verschiedene Materialien verwendet. Die Bezeichnung und die verschiedenen Eigenschaften dieser Materialien sind in der Tabelle 1 angegeben.
Ein Poly(milchsäure)(PLA)-Polymer wurde erhalten von der Firma Chronopol Inc., Golden, Colorado, unter der Bezeichnung HEPLON^TM A10005 Poly(milchsäure)-Polymer.
Ein Polybutylensuccinat-Polymer, erhältlich von der Firma Showa Highpolymer Co., Ltd., Tokyo, Japan, unter der Bezeichnung BIONELLE^TM 1020 Polybutylensuccinat wurde verwendet. In der Tabelle 2 ist das BIONELLE^TM 1020 Polybutylensuccinat-Polymer als PBS bezeichnet.
Es wurde ein Polybutylensuccinat-co-adipat, erhältlich von der Firma Showa Highpolymer Co., Ltd., Tokyo, Japan, unter der Bezeichnung BIONELLE^TM 3020 Polybutylensuccinat-co-adipat verwendet.
Ein Polycaprolacton-Polymer wurde erhalten von der Firma Union Carbide Chemicals and Plastics Company, Inc. unter der Bezeichnung TONE^TM Polymer P767E Polycaprolacton-Polymer.
Als Netzmittel wurde ein Material verwendet, das von der Firma Petrolite Corporation, Tulsa, Oklahoma, unter der Bezeichnung UNITHOX^TM 480 ethoxylierter Alkohol erhalten wurden, das ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von 2250 und einen Ethoxylat-Gehalt von 80 Gew.-%, eine Schmelztemperatur von etwa 65°C und einen HLB-Wert von etwa 16 aufwies.
Als Netzmittel wurde ein Material verwendet, das von der Firma Baker Petrolite Corporation, Tulsa, Oklahoma, unter der Bezeichnung UNICID^TM X-8198 Säureamidethoxylat erhalten wurde, das einen HLB-Wert von 35 und eine Schmelztemperatur von 60°C aufwies.

Als Netzmittel wurde ein Material verwendet, das von der Firma Rhone-Poulenc, Cranbury, New Jersey, unter der Bezeichnung IGEPAL^TM RC-630 ethoxyliertes Alkylphenol-Tensid erhalten wurde, das einen HLB-Wert von etwa von 12,7 und eine Schmelztemperatur von 4°C aufwies. Tabelle 1

Material-Bezeichnung	L:D-Verhältnis	Schmelztemperatur (°C)	Gewichtsmittel des Molekulargewichts	Zahlenmittel des Molekulargewichts	Polydispersitäts-Index	restliches Milchsäure-Monomer
HEPLON A10005	100:0	175	187 000	118 000	1,58	< 1%
TONE P767E	N/A	64	60 000	43 000	1,40	N/A
BIONELLE 1020	N/A	95	40 000 bis 1 000 000	20 000 bis 300 000	~2 bis ~3,3	N/A
BIOKELLE 3020	N/A	114	40 000 bis 1 000 000	20 000 bis 300 000	~2 bis ~3,3	N/A

Beispiele 1 bis 3
Eine hochbenetzbare aliphatische Polyester-Mischung wurde hergestellt durch Verwendung der verschiedenen Komponenten, trockenes Mischen derselben und anschließendes Mischen derselben in der Schmelze in einem gegenläufigen Doppelschnecken-Extruder, um eine starke Durchmischung der Komponenten zu erzielen. Das Mischen in der Schmelze umfasst ein partielles oder vollständiges Schmelzen der Komponenten in Kombination mit der Scherwirkung der sich drehenden Mischschnecken. Solche Bedingungen führen zu einer optimalen Durchmischung und sogar zu einer Dispersion der Komponenten der thermoplastischen Zusammensetzung. Für diese Aufgabe gut geeignet sind Doppelschnecken-Extruder, beispielsweise Doppelschnecken-Extruder Haake Rheocard 90, erhältlich von der Firma Haake GmbH, Karlsruhe, Deutschland, oder ein Grabender-Doppelschnecken-Mischer (cat Nr. Nr. 05-96-000), erhältlich von der Firma Grabender Instruments, South Hackensack, New Jersey, oder andere vergleichbare Doppelschnecken-Extruder. Dazu gehören auch gleichläufige Doppelschnecken-Extruder, wie z. B. der Extruder ZSK-30, erhältlich von der Firma Werner und Pfleiderer Corporation, Ramsey, New Jersey. Wenn nichts anderes angegeben ist, wurden alle Proben auf einem Haake Rheocofd 90-Doppelschnecken-Extruder hergestellt. Die geschmolzene Zusammensetzung wird nach der Extrusion aus dem Schmelzmischer entweder auf einer flüssigkeitsgekühlten Walze oder Oberfläche und/oder durch Druckluft, die über das Extrudat geleitet wird, abgekühlt. Die abgekühlte Zusammensetzung wurde dann anschließend pelletisiert für die Umwandlung in Fasern.
Die Umwandlung dieser Harze in Bindefasern wurde in einer hauseigenen Spinnanlage mit einem Extruder mit einem Durchmesser von 1,905 cm (0,75 inch) durchgeführt. Der Extruder wies ein L:D (Länge:Durchmesser)-Verhältnis der Schnecke von 24:1 auf und er wies drei Erhitzungszonen auf, die in eine Transferleitung aus dem Extruder in den Spinnpack führen. Die Transfer-Rohrleitung stellt die 4. und 5. Erhitzungszonen dar und enthält eine statische Mischereinheit vom KOCH^TM SMX-Typ mit einem Durchmesser von 1,6 cm (0,62 inch), erhältlich von der Firma Koch Engineering Company Inc., New York, New York. Die Transfer-Rohrleitung erstreckt sich in den Spinnkopf (6. Erhitzungszone) und durch eine Spinnplatte hindurch mit zahlreichen kleinen Löchern, durch welche das geschmolzene Polymer extrudiert wird. Die hier verwendete Spinnplatte wies 15 Löcher auf, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 0,508 mm (20 mils) hatte. Die Fasern wurden an der Luft abgeschreckt unter Verwendung von Luft mit einer Temperatur von 13 bis 22°C, durch eine mechanische Ausziehwalze ausgezogen und entweder einer Aufwickel-Einheit zugeführt zum Sammeln oder einer Faserzieh-Einheit zugeführt zur Spunbond-Bildung und zum Binden. Alternativ können auch andere Zusatzgeräte für die Behandlung vor dem Sammeln verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Bindefasern wurden in einer hauseigenen Spinnanlage im Labormaßstab hergestellt. Die Spinnanlage bestand aus zwei Einzelschnecken-Extrudern mit einem L:D-Verhältnis von 24:1, statischen Misch-Einheiten und einem Spinn-Pack. Das Spinn-Pack enthielt drei Schichten Platten, die das Polymer verteilten, gefolgt von einer vierten Platte, deren Aufbau die Konfiguration der fertigen Fasern bestimmte. Für diese Beispiele wurde eine Hüllen-Kern-Konfiguration angewendet.
Die Benetzbarkeit der beispielhaften Bindefaser wurde durch Anwendung einer Kontaktwinkel-Messung quantitativ bestimmt, wobei ein niedrigerer Kontaktwinkel ein besser benetzbares Material anzeigt. Die Kontaktwinkel-Messungen wurden mit dem dynamischen Kontaktwinkel-Analysator Cahn DCA-322 unter Verwendung der WinDCA-Analysen-Software (Version 1.02) durchgeführt. Die Harze wurden zu Freifall-Fasern versponnen, die bei dieser Messung verwendet wurden. Es wurde sehr genau darauf geachtet, dass die Proben nicht übermäßig mit der Hand angefasst wurden, um eine Verunreinigung zu verhindern. Eine einzelne Faser mit einer Länge von 3 cm wurde an einem dünnen Drahtaufhänger mit einem Klebeband befestigt, sodass 1,5 cm der Faser über das Ende des Aufhängers überstanden. Der Faser-Durchmesser wurde unter Verwendung eines optischen Mikroskops gemessen und in den Computer eingegeben. Andere Parameter, wie z. B. die Fasergestalt und die Oberflächenspannung der zu verwendenden Flüssigkeit, wurden ebenfalls in die Software eingegeben. Für diese Beispiele wurde destilliertes Wasser als Flüssigkeit verwendet.

Die Faser wurde von einer ”A”-Schleifen-Waage herunterhängen gelassen und es wurde ein kleiner Becher mit Wasser unter sie gestellt, sodass das Ende der Faser die Oberfläche der Flüssigkeit fast berührte. Die Bühne, welche die Faser festhielt, wurde mit 151,75 μm/s vorwärts bewegt, bis sie die Eintauchtiefe Null (ZDOI) anzeigte, wenn die Faser die Oberfläche des destillierten Wassers berührte. Ausgehend von der ZDOI wurde sie 1 cm vorwärts bewegt, 0 Sekunden lang bei diesem Wert gehalten, dann sofort 1 cm zurückgezogen. Die Daten-Analyse wurde automatisch durchgeführt unter Verwendung der Analysen-Software. Jede Probe wurde fünfmal getestet und die Durchschnittswerte wurden sowohl für die fortschreitenden als auch für die rückläufigen Kontaktwinkel errechnet. Die Ergebnisse für die fortschreitenden und die rückläufigen Kontaktwinkel sind in der Tabelle 2 angegeben. Der fortschreitende Kontaktwinkel ist ein Maß dafür, wie eine Faser während ihres ersten Kontakts mit der Flüssigkeit mit dieser Flüssigkeit in Wechselwirkung tritt. Der rückläufige Kontaktwinkel ist ein Anzeichen dafür, wie das Material sich bei mehreren Absonderungen von Flüssigkeit oder in einer feuchten Umgebung mit hohem Feuchtigkeitsgehalt verhält. Die erfindungsgemäß verwendeten Mischungen ergaben hochbenetzbare Fasern. Tabelle 2 Kontaktwinkeldaten

Hülle			Kern	Hülle:Kern	fortschreitender Kontaktwinkel	rockläufiger Kontaktwinkel
Gew.-% PBS	Gew.-% Adipinsäure	Gew.-% Unithox^®
93,1	4,9	2,0	Heplon A10005	1:1	47,41	33,48
88,2	9,8	2,0	Heplon A10005	1:1	45,79	28,57
83,3	14,7	2,0	Heplon A10005	1:1	42,16	15,66

Der Kontaktwinkel wird bestimmt durch die Grenzfläche, die eine Flüssigkeit, in diesem Fall Wasser, mit der Materialoberfläche bildet. Im Falle von Hüllen-Kern-Fasern ist die Oberfläche, mit der das Wasser in Kontakt kommt, nur das Hüllenmaterial, sodass der Kontaktwinkel einer solchen Verbundfaser der gleiche ist wie derjenigen einer Ein-Komponenten-Faser, die nur aus dem Hüllenmaterial besteht. Dieses Ergebnis gilt nur, wenn die Hülle eine den Kern umgebende zusammehängende Oberfläche bildet, ohne dass der Kernmaterial freiliegt und keine Reaktion zwischen den Hüllen- und Kernmaterialien stattfindet.

Eine der Schlüsseleigenschaften, welche die Verarbeitbarkeit von Bikomponentenfasern, die aus verschiedenen Komponenten hergestellt sind, beeinflusst, sind die Viskositätsprofile der Komponenten. Um eine Bikomponentenfaser erfolgreich herstellen zu können, müssen die Viskositäten der Materialien bei den Schmelztemperaturen, die nicht zu weit voneinander verschieden sein dürfen, verhältnismäßig ähnlich sein. Obgleich jeder Extruder bei einem Bikomponenten-Spinn-Vorgang einzeln eingestellt werden kann, müssen die Polymeren eine Spinndüse bei einer einzigen Temperatur passieren und werden unmittelbar nach dem Austritt aus dem Spinnpack einer anderen Temperatur ausgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt tritt eine Wärmeübertragung auf zwischen den beiden Komponenten. Deshalb wird dann, wenn eine viel heißer ist, das kühlere Polymer schnell erhitzt, was zu einem Abfall der Viskosität und zu einer schlechten Faserbildung führt. In der Tabelle 3 ist die Scherviskosität einiger potentieller Hüllenmaterialien bei unterschiedlichen Temperaturen angegeben. Tabelle 3 Viskositätseigenschaften

Zusammensetzung			Viskosität (Pa·s)@1000 s^–1
Gew.-% PBS	Gew.-% Adipinsäure	Gew.-% Unithox^®	150°C	160°C
99	0	1	241,8	223,08
98	0	2	233,66	214,12
94	5	1	167,72	123,75
93	5	2	159,57	119,68
89,1	9,9	1	113,98	96,885
88,2	9,8	2	102,58	78,159
84,1	14,9	1	78,973	48,035
83,3	14,7	2	81,416	62,69

Diese Materialien können mit aliphatischen Polyesterkernen kombiniert werden, die bei ähnlichen Temperaturprofilen verarbeitet werden können. In der Tabelle 4 sind einige der potentielle Kernmaterialien zusammengefasst. Tabelle 4

Zusammensetzung Viskosität (Pa·s)@1000 s^–1 @ 180°C

Heplon A10005 88,00
Auf der Basis dieser Ergebnisse ist klar, dass durch Einstellung der Temperatur und der Zusammensetzung die Rheologie der Komponent-Materialien und damit die Verarbeitbarkeit gesteuert (kontrolliert) werden können.
Nach der Verarbeitung im Labormaßstab wurde ein Pilot-Versuch bei der Firma Chisso Corporation in Japan durchgeführt. In der Tabelle 5 sind End-Fasereigenschaften zusammengefasst. Tabelle 5

Hülle Kern Verhältnis (Hülle:Kern) Größe (dpf) Festigkeit (g/d) Dehnung (%) Kräuselung (#/inch)

PBS/Adipin säure (85:15) + 2 Gew.-% Unithox^® 480 Heplon A10005 (50:50) 4,5 1,27 63 15,5
Für den Fachmann auf diesem Gebiet ist klar, dass die vorliegende Erfindung in vielfacher Hinsicht modifiziert und variiert werden kann, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Die vorstehend angegebene detaillierte Beschreibung und die vorstehenden Beispiele dienen daher nur der Erläuterung und keineswegs einer Einschränkung der Erfindung, deren Bereich durch die nachfolgenden Patentansprüche festgelegt wird.

Claims

Bikomponenten-Bindefaser, die umfasst einen aliphatischen Polyester-Kern und eine aliphatische Polyester-Mischungs-Hülle, wobei der aliphatische Polyester-Kern Polylactid, ein Polybutylensuccinat-Polymer, ein Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, ein Polycaprolacton-Polymer, eine Mischung dieser Polymeren oder ein Copolymer dieser Polymeren umfasst, und die aliphatische Polyester-Mischung umfasst: a. ein aliphatisches Polyester-Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinat-Polymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, einem Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer dieser Polymeren, wobei das aliphatische Polyester-Polymer ein gewichtsmittleres Molekulargewicht aufweist, das zwischen 10 000 und 2 000 000 liegt und das aliphatische Polyester- Polymer in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 40 und weniger als 100 Gew.-% liegt; b. eine Multicarbonsäure mit einer Gesamtanzahl der Kohlenstoffatome von weniger als 30, wobei die Multicarbonsäure in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen mehr als 1 Gew.-% und 30 Gew.-% liegt; und c. ein Netzmittel, das ein hydrophiles-lipophiles Gleichgewichts-Verhältnis aufweist, das zwischen 10 und 40 liegt, in einer Gewichtsmenge, die mehr als 0,5 bis 25 Gew.-% beträgt, wobei alle Gewichtsprozentsätze bezogen sind auf die Gesamtgewichtsmenge von aliphatischem Polyester-Polymer, Multicarbonsäure und Netzmittel, die in der aliphatischen Polyester-Mischung enthalten sind; wobei die aliphatische Polyester-Mischung einen Wert für die scheinbare Viskosität bei einer Temperatur von 170°C und einer Scherrate von 1000 s^–1 aufweist, der zwischen 5 und 200 Pascal·Sekunden liegt.
Bikomponenten-Bindefaser nach Anspruch 1, worin das aliphatische Polyester-Polymer in der aliphatischen Polyester-Mischungs-Hülle ein Polybutylensuccinat-Polymer ist.
Bikomponenten-Bindefaser nach Anspruch 1, worin das aliphatische Polyester-Polymer in der aliphatischen Polyester-Mischungs-Hülle ein Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer ist.
Bikomponenten-Bindefaser nach Anspruch 1, worin das aliphatische Polyester-Polymer in der aliphatischen Polyester-Mischungs-Hülle ein Polycaprolacton-Polymer ist.
Bikomponenten-Bindefaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Faser einen Wert für den fortschreitenden Kontaktwinkel von weniger als 70° und einen Wert für den rückläufigen Kontaktwinkel von weniger als 60° aufweist.
Bikomponenten-Bindefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das aliphatische Polyester-Polymer in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 50 und 95 Gew.-% liegt.
Bikomponenten-Bindefaser nach Anspruch 6, worin das aliphatische Polyester-Polymer in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 60 und 90 Gew.-% liegt.
Bikomponenten-Bindefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Multicarbonsäure ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und einer Mischung dieser Säuren.
Bikomponenten-Bindefaser nach Anspruch 8, worin die Multicarbonsäure ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Glutarsäure, Adipinsäure und Suberinsäure.
Bikomponenten-Bindefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Multicarbonsäure in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 5 und 30 Gew.-% liegt.
Bikomponenten-Bindefaser nach Anspruch 10, worin die Multicarbonsäure in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 5 und 25 Gew.-% liegt.
Bikomponenten-Bindefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Multicarbonsäure eine Gesamtanzahl der Kohlenstoffatome aufweist, die zwischen 4 und 30 liegt.
Bikomponenten-Bindefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Netzmittel ein hydrophiles-lipophiles Gleichgewichts-Verhältnis aufweist, das zwischen 10 und 20 liegt.
Bikomponenten-Bindefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Netzmittel in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 0,5 und 20 Gew.-% liegt.
Bikomponenten-Bindefaser nach Anspruch 14, worin das Netzmittel in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 1 und 15 Gew.-% liegt.
Bikomponenten-Bindefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Netzmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus ethoxylierten Alkoholen, Säureamidethoxylaten und ethoxylierten Alkylphenolen.
Bikomponenten-Bindefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Faser einen Wert für den fortschreitenden Kontaktwinkel von weniger als 65° aufweist.
Bikomponenten-Bindefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Faser einen Wert für den rückläufigen Kontaktwinkel von weniger als 55° aufweist.
Bikomponenten-Bindefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Faser einen Wert für den rückläufigen Kontaktwinkel von weniger als 50° aufweist.
Bikomponenten-Bindefaser nach Anspruch 1 oder 5, worin das aliphatische Polyester-Polymer in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 50 und 95 Gew.-% liegt, die Multicarbonsäure ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und einer Mischung dieser Säuren und in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 1 und 30 Gew.-% liegt, und das Netzmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus ethoxylierten Alkoholen, Säureamidethoxylaten und ethoxylierten Alkylphenolen und in der aliphatischen Polyester-Mischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 0,5 und 20 Gew.-% liegt.
Verwendung einer Bikomponenten-Bindefaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkts.
Verwendung einer Bikomponenten-Bindefaser nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zur Herstellung eines Vliesstoff-Materials.