DE102005054698A1 - Verwendung eines Nanofaservlieses - Google Patents

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Abstract

Es wird die Verwendung eines mit Superabsorber zur Absorption und Retention hydrophiler Fluide ausgerüsteten Nanofaservlieses zur Aufnahme und/oder verzögerten Abgabe mindestens eines der folgenden Fluide vorgeschlagen: DOLLAR A Körperflüssigkeiten, Schweiß von Menschen und Tieren, Wasser, einschließlich Kühlwasser, Kondenswasser und Wasserdampf, Chemikalien, einschließlich Agrochemikalien und Pestizide, Arzneimittel, Biozide, Germizide und Fungizide, Diagnostika, Brandschutz- und Feuerlöschmittel, Putz- und Reinigungsmittel, Hydraulikfluide, Heiz- und Kühlfluide, Abwässer, einschließlich radioaktiv kontaminierter Fluide, Parfümerien.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Verwendung eines mit Superabsorber zur Absorption und Retention hydrophiler Fluide ausgerüsteten Nanofaservlieses zur Aufnahme und/oder verzögerten Abgabe eines oder mehrerer Fluide oder Fluidgemische.
  • Unter „Superabsorbern" werden polymere Materialien verstanden, die bis zum Tausendfachen ihrer Masse an Wasser oder anderen Fluiden aufnehmen können, wobei sie unter Bildung eines Gels aufquellen. Da das Aufnahme- und Retentionsvermögen der Superabsorber durch den „Gelblocking"-Effekt, das Verklumpen der an- oder aufgequollenen Superabsorberteilchen, schnell stark begrenzt wird, hat man bereits verschiedene Verfahren zur oberflächlichen Nachvernetzung der Superabsorberteilchen vorgeschlagen, die zu einem von innen nach außen ansteigenden Gradienten des Vernetzungsgrades der Teilchen, d.h. einem weniger vernetzten Kern und einer stärker vernetzten Schale, führen. Solche modifizierten Superabsorber und Verfahren zu ihrer Herstellung sind aus Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Ed., Vol. 35, pp. 73 ff, 2003, ebenso bekannt wie deren Verwendung zur Ausrüstung von Hygieneprodukten, worunter Windeln und andere Inkontinenzprodukte, Damenbinden und Wundverbände zu verstehen sind.
  • Unter „Nanofaservliesen" sind Vliese aus Textilfasern mit einem Durchmesser von weniger als 10 μm, vorzugsweise von weniger als 1 μm, zu verstehen. Nanofaservliese und Verfahren zu ihrer Herstellung sind beispielsweise bekannt aus dem US-Patent 4,043,331 und der Internationalen Patentanmeldung WO 01/27365. Die aus dem genannten Stand der Technik bekannten Nanofaservliese waren zwar nicht mit Superabsorbern ausgerüstet, wurden aber ihrerseits zur Ausrüstung von Hygieneprodukten und Wundverbänden verwendet.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Anwendungsmöglichkeiten für mit Superabsorbern zur Absorption und Retention hydrophiler Fluide ausgerüstete Nanofaservliese anzugeben, bei denen sich die vorteilhaften Eigenschaften der so ausgerüsteten Nanofaservliese in ökonomischer, ökologischer oder technischer Hinsicht besonders stark bemerkbar machen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines mit Superabsorber zur Absorption und Retention hydrophiler Fluide ausgerüsteten Nanofaservlieses zur Aufnahme und/oder verzögerten Abgabe mindestens eines der folgenden Fluide gelöst:
    • – Körperflüssigkeiten,
    • – Schweiß von Menschen und Tieren,
    • – Wasser, einschließlich Kühlwasser, Kondenswasser und Wasserdampf,
    • – Chemikalien, einschließlich Agrochemikalien und Pestiziden,
    • – Arzneimittel, Biozide, Germizide und Fungizide,
    • – Diagnostika,
    • – Brandschutz- und Feuerlöschmittel,
    • – Putz- und Reinigungsmittel,
    • – Hydraulikfluide,
    • – Heiz- und Kühlfluide,
    • – Abwässer, einschließlich radioaktiv kontaminierter Fluide,
    • – Parfümerien.
  • Zur Aufnahme und/oder verzögerten Abgabe von Körperflüssigkeiten wird das erfindungsgemäße Nanofaservlies vorzugsweise als Inkontinenzartikel, Babywin del, Damenbinde, Wundverband, Kühlumschlag, Hygienetuch, Kosmetikpad oder Betteinlage oder als Teil der vorgenannten Gegenstände verwendet.
  • Zur Aufnahme und/oder verzögerten Abgabe von Schweiß menschlichen oder tierischen Ursprungs wird das erfindungsgemäße Nanofaservlies vorzugsweise als schweißaufsaugendes Einlagematerial für Schuhe, Bekleidungsstücke, Kopfbedeckungen, Stirnbänder, Handschuhe, Polstermöbel, Fahrzeugsitze, Sättel, Bettwäsche, Bettdecken, Pferdedecken, Sportartikel oder Sportgeräte verwendet.
  • Zur Aufnahme und/oder verzögerten Abgabe von Wasser, einschließlich Kühlwasser, Kondenswasser und Wasserdampf, wird das erfindungsgemäße Nanofaservlies vorzugsweise als Wischtuch, Aufnehmer, Unfallschutzmatte, Isomatte, Zeltplane, Feuchttuch, Trockentuch, Poliertuch, Putztuch oder Fensterleder oder als Teil der vorgenannten Gegenstände verwendet.
  • Im Baubereich wird das erfindungsgemäße Nanofaservlies zur Aufnahme und/oder verzögerten Abgabe von Wasser, einschließlich Kühlwasser, Kondenswasser und Wasserdampf, vorzugsweise als Boden- oder Wandbelag, Parkettunterspannbahn, Dachunterspannbahn, Brandschutzmatte, Leckageschutzmatte, Matte zur Auskleidung von Feuchträumen, Zelten, Fahrzeugen, Tanks oder Behältern oder als Teil der vorgenannten Gegenstände verwendet.
  • Eine weitere bevorzugte Verwendung des Nanofaservlieses gemäß der Erfindung ist als Filtermaterial, Verpackungsmaterial, Ummantelung, Dämmstoff oder Dichtmaterial oder als Teil der vorgenannten Gegenstände möglich. Hierunter fallen als bevorzugte Verwendungen die Verpackung gefährlicher Güter, die Ummantelung von Rohren und Rohrleitungen, von Pipelines, von Elektrokabeln, einschließlich Kommunikationskabeln und Energiekabeln, und von sämtlichen Gegenständen, in denen Fluide der oben genannten Art gelagert oder transportiert werden, sich in Form von Kondenswasser und Wasserdampf bilden oder infolge von Leckagen oder Unfällen austreten können.
  • Zur Aufnahme und/oder verzögerten Abgabe von Chemikalien, einschließlich Agrochemikalien und Pestiziden, wird das erfindungsgemäße Nanofaservlies vor zugsweise als Geovlies, Drainagematte, Agrovlies oder als Vlies zur verzögerten Abgabe von Arzneimitteln, Chemikalien, Düngemitteln oder Pestiziden verwendet. Bei diesem Anwendungsbereich kann es sich um Vliese handeln, die in Gewächshäusern oder auf dem Boden über Feldern, Äckern und Plantagen großflächig ausgebreitet werden, um die genannten Wirkstoffe entweder aufzusaugen oder verzögert abzugeben. Umweltkatastrophen, bei denen große Mengen umweltschädlicher Fluide ausgetreten sind, z.B. infolge von Verkehrsunfällen, stellen ein bedeutendes Einsatzgebiet für die erfindungsgemäßen Nanofaservliese dar.
  • Bei den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verwendungsmöglichkeiten für die mit Superabsorber ausgerüsteten Nanofaservliese macht sich das hohe Wasser- bzw. Fluidretentionsvermögen und die hohe Geschwindigkeit der Wasser- bzw. Fluidaufnahme bei gleichzeitig besonders langsamer, verzögerter (Wieder-) Abgabe der aufgenommenen Fluidmengen vorteilhaft bemerkbar. Dadurch können verschüttete Fluide auch in großen Mengen sehr schnell aufgenommen und beseitigt werden.
  • Andererseits lassen sich die Vliese vorbeugend überall dort vorteilhaft einsetzen, wo Leckagen zu befürchten sind und Wasser, aber auch giftige, ätzende, sauere, basische oder umweltgefährdende Fluide aus Rohrleitungen, Behältern, Verpackungen, Tanks, Fahrzeugen, Industrieanlagen usw. austreten können; die austretenden Fluide werden dann sofort von den Vliesen, mit denen die Rohrleitungen etc. ummantelt oder verpackt oder ausgekleidet worden sind, aufgenommen und aufgrund einer sehr rasch einsetzenden Dochtwirkung aufgesogen.
  • Bei sämtlichen Verwendungsmöglichkeiten besteht der Superabsorber vorzugsweise ganz oder überwiegend aus Polymerpartikeln, die einen in Gegenwart von Wasser aufquellenden Kern und eine oberflächlich nachvernetzte Schale aufweisen. Durch diese Kern/Schale-Struktur wird der eingangs erwähnte Gelblocking-Effekt vermieden.
  • Wenn die verwendete Siebfraktion eine Korngrößenverteilung von d50 = 55–100 μm und d100 = 100–150 μm aufweist, werden erfindungsgemäß die besten Ergeb nisse in Kombination mit Feinstfaservliesen erzielt. Die Angabe „d50 = 55 μm" bedeutet, daß 50 % der Teilchen eine Korngröße von bis zum 55 μm, also 55 μm oder weniger, besitzen und „d100 = 100 μm" bedeutet, daß 100 % der Teilchen eine Korngröße von bis zu 100 μm besitzen, also kein Teilchen größer als 100 μm ist.
  • Vorzugsweise ist das Polymer, aus dem die Superabsorberpartikel bestehen, ein (Meth)Acrylat oder (Meth)Acrylat-Copolymerisat, besonders bevorzugt Natriumpolyacrylat.
  • Vorzugsweise wird das Nanofaservlies aus Feinstfasern oder -filamenten mit einem Durchmesser von weniger als 10 μm besonders bevorzugt von weniger als 1 μm, hergestellt, vorzugsweise durch elektrostatisches Spinnen.
  • Die Fasern oder Filamente der Nanofaservliese bestehen vorzugsweise aus thermoplastischem und hydrophilem oder hydrophiliertem, schmelzspinnfähigem Polymerisat, besonders bevorzugt aus Polyurethan.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert:
    Es wurden Vliese aus thermoplastischem Polyurethan und verschiedenen absorbierenden Materialien mit verschiedenen Einsatzmengen nach dem Elektrospinnverfahren auf einer Laborspinnanlage bzw. Pilotspinnanlage hergestellt und den vorstehend beschriebenen Tests unterzogen.
  • In den erfindungsgemäßen Versuchen 3, 4, 6 und 7 kam als Superabsorber (SAP) oberflächlich vernetztes Natriumpolyacrylat-Pulver mit Kern/Mantel-Struktur zum Einsatz mit einer Korngrößenverteilung der Siebfraktion von d50 ca. 100μ und d100 ca. 150μ, Tb ca. 38 g/g und CRC ca. 22 g/g.
  • Vergleichsversuch 5 wurde mit mechanisch zerkleinertem (und deshalb nicht erfindungsgemäß) und danach gesiebtem Superabsorber (SAP) mit einer Korngrößenverteilung der Siebfraktion von d50 ca. 55μ und d100 von 100μ, Tb ca. 38 g/g, CRC ca. 22 g/g durchgeführt.
  • Kommerziell verfügbares SAP in Korngrößenfraktionen, wie sie heute in herkömmlichen Hygieneartikeln üblich sind, erwiesen sich als zu grob. Sie ließen sich nicht problemlos verarbeiten, waren nicht einwandfrei in die Vliesstruktur eingebunden und quollen bei Benetzung aus der Vliesstruktur heraus. Deshalb wurden bereits erste Vorversuche mit handelsüblichen SAP Typen eingestellt.
  • Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
  • Es zeigte sich, dass durch den Einsatz von oberflächlich vernetztem Natriumpolyacrylat-Pulver mit Kern/Mantel-Struktur bei Füllgraden um 50% und einer Korngröße von d50 = 100μ, d100 = 150μ die Geschwindigkeit der Wasseraufnahme von 450 sec. auf 80 sec. herabgesetzt werden konnte und die Wasseraufnahme von 29 g/g auf 40 g/g bzw. von 16 g/g auf 22 g/g gesteigert werden konnte. Bei 50 % Füllgrad ist noch kein Gelblocking festzustellen, vielmehr erreicht überraschend der Tb- wie auch der CRC-Wert die theoretischen Werte des reinen SAP. Ein auf einer größeren Pilotspinnanlage hergestelltes Muster gleicher Zusammensetzung zeigte vergleichbar gute Ergebnisse und bestätigt die Reproduzierbarkeit (Versuch 6).
  • Ferner zeigte sich in Versuch 5, dass sich eine Verletzung der nachvernetzten Schale der SAP-Partikel durch mechanische Zerkleinerung und eine damit einhergehende Vergrößerung des Anteils kleinerer Korngrößen in der Siebfraktion des SAP nachteilig auf die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsaufnahme und Flüssigkeitsverteilung im Vlies auswirkt.
  • Ferner zeigte sich aus den Versuchen, dass erst die Kombination von elastischer Vliesstruktur mit oberflächlich nachvernetztem SAP mit intakter Kern/Mantel-Struktur und geeigneter Korngröße zur besonders erwünschten Ausprägung der essentiellen Qualitätsmerkmale wie Geschwindigkeit der Flüssigkeitsaufnahme und -verteilung und Absorptionsvermögen (Tb, CRC) führt. Dabei wurde überraschend festgestellt, dass nicht ein besonders feines Pulver die beste Wirkung zeigt, wie aufgrund der feinen Vliesstruktur erwartet wurde, sondern dass es ein Optimum der Partikelgröße gibt, das deutlich grober ist als die Dimensionen der Vliesstrukturen.
  • Tabelle 1:
    Figure 00070001
    •

Claims (16)

  1. Verwendung eines mit Superabsorber zur Absorption und Retention hydrophiler Fluide ausgerüsteten Nanofaservlieses zur Aufnahme und/oder verzögerten Abgabe mindestens eines der folgenden Fluide: – Körperflüssigkeiten, – Schweiß von Menschen und Tieren, – Wasser, einschließlich Kühlwasser, Kondenswasser und Wasserdampf, – Chemikalien, einschließlich Agrochemikalien und Pestiziden, – Arzneimittel, Biozide, Germizide und Fungizide, – Diagnostika, – Brandschutz- und Feuerlöschmittel, – Putz- und Reinigungsmittel, – Hydraulikfluide, – Heiz- und Kühlfluide, – Abwässer, einschließlich radioaktiv kontaminierter Fluide, – Parfümerien.
  2. Verwendung des Nanofaservlieses nach Anspruch 1 als Inkontinenzartikel, Babywindel, Damenbinde, Wundverband, Kühlumschlag, Hygienetuch, Kosmetikpad oder Betteinlage oder als Teil der vorgenannten Gegenstände.
  3. Verwendung des Nanofaservlieses nach Anspruch 1 als schweißaufsaugendes Einlagematerial für Schuhe, Bekleidungsstücke, Kopfbedeckungen, Stirnbänder, Handschuhe, Polstermöbel, Fahrzeugsitze, Sättel, Bettwäsche, Bettdecken, Pferdedecken, Sportartikel oder Sportgeräte.
  4. Verwendung des Nanofaservlieses nach Anspruch 1 als Wischtuch, Aufnehmer, Unfall-Schutzmatte, Isomatte, Zeltplane, Feuchttuch, Trockentuch, Poliertuch, Putztuch oder Fensterleder oder als Teil der vorgenannten Gegenstände.
  5. Verwendung des Nanofaservlieses nach Anspruch 1 als Boden- oder Wandbelag, Parkettunterspannbahn, Dachunterspannbahn, Brandschutzmatte, Leckageschutzmatte, Matte zur Auskleidung von Feuchträumen, Zelten, Fahrzeugen, Tanks oder Behältern oder als Teil der vorgenannten Gegenstände.
  6. Verwendung des Nanofaservlieses nach Anspruch 1 als Filtermaterial, Verpackungsmaterial, Ummantelung, Dämmstoff oder Dichtmaterial oder als Teil der vorgenannten Gegenstände.
  7. Verwendung des Nanofaservlieses als Geovlies, Drainagematte, Agrovlies oder Vlies zur verzögerten Abgabe von Arzneimitteln, Chemikalien, Düngemitteln oder Pestiziden.
  8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Superabsorber ganz oder überwiegend aus Polymerpartikeln besteht, die einen in Gegenwart von Wasser aufquellenden Kern und eine oberflächlich nachvernetzte Schale aufweisen.
  9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerpartikel eine Siebfraktion solcher Partikel sind, die nach der oberflächlichen Nachvernetzung ihrer Schale nicht zerkleinert worden sind.
  10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebfraktion eine Korngrößenverteilung von d50 = 55–100 μm und d100 = 100–150 μm aufweist.
  11. Verwendung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein (Meth)Acrylat oder (Meth)Acryl-Copolymerisat ist.
  12. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Natriumpolyacrylat ist.
  13. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Vlies aus Feinstfasern oder -filamenten mit einem Durchmesser von weniger als 10 μm, vorzugsweise von weniger als 1 μm, besteht.
  14. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Vlies aus elektrostatisch gesponnenen Nanofasern hergestellt ist.
  15. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder Filamente des Vlieses aus thermoplastischem und hydrophilem oder hydrophiliertem, schmelzspinnfähigem Polymerisat bestehen.
  16. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder Filamente aus Polyurethan bestehen.
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