DE102008034280A1

DE102008034280A1 - Process for modifying fibers, fabrics, nonwovens, papers and films by coating with cellulose gel carrier material or reacting cellulose gel with functional substances and homogenizing

Info

Publication number: DE102008034280A1
Application number: DE102008034280A
Authority: DE
Inventors: Axel Dr. Rußler
Original assignee: J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: J Rettenmaier and Soehne GmbH and Co KG
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2010-01-28

Abstract

Process for modifying fibers, fabrics, nonwovens, papers and films by coating with cellulose gel carrier material or reacting cellulose gel with functional substances and homogenizing, is claimed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modifizierung von Fasern, Geweben, Vliesen, Papieren und Folien durch Aufbringung von Cellulosegelen mit darin gelösten bzw. suspendierten funktionellen Substanzen und deren Fixierung auf der Oberfläche der Fasern, Gewebe, Vliese, Papiere und Folien, die als Trägerstoff dienen.The The invention relates to a method for modifying fibers, fabrics, Nonwovens, papers and films by application of cellulose gels with it dissolved or suspended functional substances and their fixation on the surface fibers, fabrics, nonwovens, papers and foils used as a carrier serve.

In der Technik sind verschiedenste Verfahren beschrieben, um Fasern, Gewebe, Vliese, Papiere und Folien zu modifizieren und mit speziellen Eigenschaften auszurüsten. Hierzu gehören unter anderem die Einarbeitung vorteilhafter Substanzen in Spinnmassen und die anschließende Fertigung von Fasern oder Folien aus dem Substanzgemisch. Dies findet u. a. Anwendung bei der Herstellung von Spezialfasern auf Basis von Celluloseregeneraten und anderen künstlichen organischen Fasern, ist jedoch mit einem großen Aufwand verbunden und oftmals durch die nach dem Zusetzen der Substanz eingeschränkte Spinnbarkeit und die extremen chemischen und thermischen Bedingungen während der Faser- oder Folienbildung limitiert. Zudem befindet sich ein Großteil der eingebrachten Substanz schließlich im Faserinneren, wo deren Wirksamkeit durch die fehlende Zugänglichkeit nicht zum Tragen kommt.In The art describes various methods for Tissue, nonwovens, papers and films to modify and with special Equip features. These include among other things, the incorporation of advantageous substances in spinning masses and the subsequent one Production of fibers or films from the substance mixture. This finds u. a. Application in the production of special fibers based of regenerated cellulose and other artificial organic fibers, but with a big one Costs associated and often by the after adding the substance limited Spinnability and the extreme chemical and thermal conditions while the fiber or film formation limited. There is also a large part the introduced substance finally in the fiber interior, where their Effectiveness due to the lack of accessibility does not come into play.

Auch durch färbetechnische Verfahren können Substanzen z. B. auf Fasern im nachhinein aufgebracht werden. Die Ausrüstung der Fasern selbst geschieht dabei mit etablierter Technik, jedoch müssen die gewünschten Substanzen zunächst mit einer weiteren Substanz zur Reaktion gebracht werden, welche nach der Aufbringung auf der Faser als Anker dient. Diese Koppelung ist nicht immer möglich oder nur mit größerem Aufwand zu erreichen und kann die Eigenschaften der aufzubringenden Substanz verändern und deren Verfügbarkeit und Wirksamkeit beschränken.Also by dyeing Procedures can Substances z. B. be applied to fibers in retrospect. The equipment The fibers themselves are done with established technology, however have to the desired Substances first be reacted with another substance which after application on the fiber serves as an anchor. This coupling is not always possible or only with greater effort to achieve and can the properties of the applied substance change and their availability and limit effectiveness.

Über verschiedene Verfahren sind heute sogenannte Cellulosegele zugänglich. Dabei handelt es sich um feindispers verteilte wasserunlösliche Cellulose, welche aus cellulosischem oder lignocellulosischem Material, z. B. Zellstoff, TMP, Holz oder anderen Pflanzenfasern, erzeugt wird. Durch mechanische oder chemisch-mechanische Behandlungsschritte werden dabei insbesondere einzelne Cellulosemikrofibrillen aus den Cellulosegrundkörpern freigesetzt und bilden in wässrigen Systemen ein dreidimensionales Fibrillennetzwerk. Zur Verbesserung der technologischen Eigenschaften der Gele in speziellen Anwendungen wie der Verwendung als Verdicker und der Vereinfachung beim Herstellverfahren enthalten diese Cellulosegele gelegentlich neben Wasser noch weitere Komponenten wie z. B. Cellulosederivate, welche als Hilfsstoffe zu betrachten sind.About different Processes today are known as cellulose gels. These are finely dispersed water-insoluble cellulose, which of cellulosic or lignocellulosic material, eg. As pulp, TMP, wood or other plant fibers produced. By mechanical or chemical-mechanical Treatment steps are in particular individual cellulose microfibrils from the cellulose bases released and form in aqueous Systems a three-dimensional Fibrillennetzwerk. To improve the technological properties of gels in special applications such as use as a thickener and simplification in the manufacturing process included These cellulose gels occasionally in addition to water other components such as As cellulose derivatives, which are to be regarded as adjuvants are.

Cellulose besitzt als Polysaccharid in seinem Molekül viele freie OH-Gruppen. Durch die spezielle Struktur der Cellulose ist es ihr möglich, über diese OH-Gruppen geordnete, stabile Strukturen zu erzeugen. Dies geht insbesondere dann vonstatten, wenn wässrig suspendierte Cellulose einem Trocknungsprozess unterzogen wird. Nach und nach wird dabei das Wasser aus den Zwischenräumen zwischen einzelnen Cellulosesträngen entfernt, bis sich zwischen den Cellulosemolekülen direkt Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden. Diese Bindungen sind meist so stabil, dass sie sich bei erneutem Zusatz von Wasser nicht wieder lösen. Je feiner die Cellulose zerkleinert ist, desto stärker kommt dieser Effekt zum Tragen, da sich die einzelnen Cellulosestränge besser aneinander anpassen können, mehr Berührungsflächen haben und so leichter Bindungen ausbilden können.cellulose has as polysaccharide in its molecule many free OH groups. By The special structure of cellulose makes it possible for them to use these OH groups to produce ordered, stable structures. This is especially true then, if watery suspended cellulose is subjected to a drying process. Gradually, the water from the spaces between single cellulose strands removed until directly between the cellulose molecules hydrogen bonds form. These bonds are usually so stable that they attach themselves do not dissolve again with added water. The finer the cellulose is crushed, the stronger This effect comes into play, since the individual cellulose strands better can adapt to each other, have more contact surfaces and make it easier to form bonds.

Solche Dispersionen aus feinst fibrillierter Cellulose und Wasser bilden sehr stabile Systeme. In diese sogenannten Cellulosegele können die verschiedensten Substanzen eingearbeitet werden. Sowohl unlösliche Feststoffe als auch wasserlösliche Substanzen und sogar Flüssigkeiten wie z. B. Öle können stabil in der Gelmatrix feinst verteilt werden.Such Forming dispersions of finely fibrillated cellulose and water very stable systems. In these so-called cellulose gels, the be incorporated various substances. Both insoluble solids as well as water-soluble substances and even liquids such as B. Oils can be stable be finely distributed in the gel matrix.

Wird so ein Gel anschließend getrocknet, so bleiben die eingebrachten Substanzen im Porensystem der zurückbleibenden getrockneten Cellulose ebenso verteilt.Becomes such a gel afterwards Dried, the introduced substances remain in the pore system the remaining one dried cellulose also distributed.

Die hier beschriebene Erfindung bezieht sich nunmehr auf die Verteilung von vorteilhaften funktionellen Substanzen, im Folgenden als Wirksubstanzen bezeichnet, in einem Cellulosegel, die Beschichtung von Fasern, Geweben, Vliesen, Papieren und Folien mit diesen Gelen und deren anschließender Fixierung durch Trocknung auf diesen.The The invention described herein now relates to distribution of advantageous functional substances, hereinafter as active substances denotes, in a cellulose gel, the coating of fibers, Fabrics, nonwovens, papers and films with these gels and their subsequent fixation by drying on this.

Bei den als Wirksubstanz bezeichneten Stoffen für die Einbringung in das Cellulosegel kann es sich grundsätzlich um jede Substanz handeln, welche nicht als Hilfssubstanz die Eigenschaften der Gelmatrix beeinflussen, sondern bei der Verwendung der Endprodukte positive, z. B. physiologische, optische oder katalytische Wirkungen entfalten.at the substance referred to as active substance for introduction into the cellulose gel It can be basically to act on any substance which does not function as auxiliary substance affect the gel matrix, but in the use of the final products positive, z. B. physiological, optical or catalytic effects unfold.

Durch dieses Vorgehen ist es möglich, auf den beschriebenen Trägerstoffen eine dünne Schicht aus Cellulose und den vorher in das Gel eingearbeiteten Wirksubstanzen zu erzeugen. Diese Schicht haftet insbesondere auf cellulosischen Trägerstoffen wie Baumwolle, Regeneratcellulosen, Zellstoffen und anderen cellulosischen und lignocellulosischen Pflanzenfasern durch die oben beschriebenen Vorgänge bei der Trocknung gut. Auch Verbindungen mit anderen Trägerstoffen, welche in der Lage sind, Wasserstoffbrückenbindungen auszubilden, sind besonders vorteilhaft. Bei solchen Trägerstoffen, welche keine Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden können, ist eine dauerhafte Beschichtung dennoch möglich, wenn die Celluloseschicht nach der Trocknung eine mechanisch stabile Verankerung, z. B. durch mehr oder weniger vollständige Bedeckung der Trägersubstanz oder durch eine genügend rauhe Oberfläche der Trägersubstanz ausbilden kann.By this procedure, it is possible to produce on the carriers described a thin layer of cellulose and the previously incorporated into the gel active substances. In particular, this layer adheres well to cellulosic carriers such as cotton, regenerated celluloses, celluloses and other cellulosic and lignocellulosic vegetable fibers by the above-described processes during drying. Compounds with other carriers which are capable of forming hydrogen bonds are also particularly advantageous. In such carriers, which do not form hydrogen bonds However, a durable coating is still possible if the cellulose layer after drying a mechanically stable anchoring, for. B. by more or less complete coverage of the carrier or by a sufficiently rough surface of the carrier can form.

Da Cellulose die Eigenart besitzt, bei Kontakt mit Wasser zu quellen, kann über diese Eigenschaft die Zugänglichkeit der in der Cellulosematrix eingebrachten vorteilhaften Substanzen gewährleistet werden. Dies ist z. B. bei Fasern die im medizinischen Bereich im Kontakt mit Haut und damit mit der Hautfeuchtigkeit eingesetzt werden, entscheidend. Über diesen Mechanismus ist eine gezielte, langsame Abgabe flüssiger oder löslicher Komponenten aus der Cellulose in die Haut möglich. Dieser „slow release”-Effekt ermöglicht die Abgabe solcher Komponenten je nach Dicke der Beschichtung über einen längeren Zeitraum.There Cellulose has the peculiarity to swell on contact with water, can over this property's accessibility the introduced in the cellulose matrix beneficial substances be guaranteed. This is z. B. in fibers in the medical field in contact with skin and thus with the skin moisture are used, crucial. About this Mechanism is a targeted, slow delivery of liquid or soluble Components made of cellulose in the skin possible. This "slow release" effect allows the delivery of such components, depending on the thickness of the coating over a longer period.

Die langsame Verfügbarkeit durch die Befeuchtung über die Haut von in die cellulosische Matrix eingebrachte Substanzen ist jedoch nur über eine relativ geringe Schichtdicke gewährleistet. Aus diesem Grund ist das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren günstiger als die direkte Einbringung z. B. in eine Spinnmasse, da in diesem Fall größere Mengen der vorteilhaften Substanz im unzugänglichen Faserinneren enthalten sind.The slow availability through moistening over the skin of substances introduced into the cellulosic matrix is only over ensures a relatively small layer thickness. For this reason the described method according to the invention is more favorable as the direct contribution z. B. in a dope, since in this Case larger quantities contain the beneficial substance in the inaccessible fiber interior are.

Die Einbringung der Wirksubstanzen in das Cellulosegel ist mit einfachen Mitteln möglich. Dies kann durch Mischung mit einem einfachen Mischaggregat wie einem Rührwerksmischer erfolgen, eine gleichmäßigere Verteilung wird jedoch bei Verwendung eines stärker wirksamen Aggregates, z. B. Ultra Turrax oder Homogenisator möglich.The Incorporation of the active substances in the cellulose gel is with simple Means possible. This can be done by mixing with a simple mixing unit like one stirred mixers take place, a more even distribution However, when using a more effective aggregate, z. B. Ultra Turrax or homogenizer possible.

Besonders vorteilhaft ist für medizinische Zwecke die Einbringung von physiologisch wirksamen Wirksubstanzen wie Vitamin E, Allantoin, Dexpanthenol, Lanolin und anderen Wirkstoffen. Um die Trägersubstanzen antimikrobiell auszurüsten ist die Einbringung von kolloidalem Silber oder organischen antimikrobiell wirksamen Substanzen wie z. B. von Parabenen in die Cellulosematrix vorteilhaft.Especially is beneficial for medical purposes the introduction of physiologically effective Active substances such as vitamin E, allantoin, dexpanthenol, lanolin and other active ingredients. To the vehicles equip antimicrobially is the incorporation of colloidal silver or organic antimicrobial effective substances such. From parabens to the cellulosic matrix advantageous.

Durch die beschriebene Methode ist auch die Aufbringung von anorganischen Bestandteilen, z. B. anorganischen Pigmenten, katalytisch wirksamen Bestandteilen etc. als Wirksubstanz auf die Trägersubstanz möglich.By the method described is also the application of inorganic Ingredients, eg. As inorganic pigments, catalytically active ingredients etc. as active substance on the carrier substance possible.

Durch die beschriebene Methode ist zudem die Aufbringung von unlöslichen organischen Komponenten, z. B. von Cyclodextrinen, unlöslichen organischen Pigmenten etc. als Wirksubstanz auf die Trägersubstanz möglich.By the method described is also the application of insoluble organic components, eg. B. of cyclodextrins, insoluble organic pigments, etc. as an active substance on the carrier substance possible.

Das Trägermaterial kann durch jedes bekannte Beschichtungsverfahren mit dem Gel beschichtet werden, dies schließt unter anderem Tränken, Besprühen und Aufrollen ein.The support material can be coated with the gel by any known coating method be, this concludes among other potions, spray and rolling up.

Die Schichtdicke kann neben der aufgegebenen Gelmenge auch durch die Konzentration des Gels, also dessen Wassergehalt, variiert werden. Die Menge der einzubringenden vorteilhaften Substanz ist in sehr weiten Grenzen möglich. Es muss jedoch gewährleistet sein, dass das Gel weiterhin stabil bleibt und die aufgebrachte und getrocknete Schicht auf der Trägersubstanz genügend Halt, Stabilität und Festigkeit aufweist.The Layer thickness can in addition to the discontinued amount of gel by the Concentration of the gel, so its water content can be varied. The amount of the beneficial substance to be incorporated is very high wide limits possible. It must, however, be guaranteed be that the gel remains stable and the applied and dried layer on the vehicle enough hold, stability and strength.

Im Anschluss an die Beschichtung muss das beschichtete Trägermaterial getrocknet werden. Dies kann mit allen anwendbaren Trocknungsverfahren durchgeführt werden, z. B. durch Heißlufttrocknung, Infrarottrocknung, Mikrowellentrocknung, Walzentrocknung, Ofentrocknung etc.in the Following the coating must be the coated substrate be dried. This can be done with all applicable drying methods, z. B. by hot air drying, infrared drying, Microwave drying, drum drying, oven drying etc.

Die so gewonnenen modifizierten Stoffe können je nach eingebrachter Wirksubstanz z. B. zu Wundauflagen oder medizinischen Textilien verarbeitet werden oder für katalytische Prozesse benutzt werden. Die beschriebenen Modifizierungen können z. B. auch für spezielle optische Effekte ausgenutzt werden, oder das haptische Erscheinungsbild oder die weiterverarbeitungstechnischen Eigenschaften der beschriebenen Trägerstoffe positiv beeinflussen. Die Verwendungsmöglichkeiten der nach dem beschriebenen Verfahren modifizierten Trägerstoffe beschränkt sich jedoch nicht auf die oben umschriebenen.The thus obtained modified substances may be incorporated depending on Active substance z. B. to wound dressings or medical textiles be processed or for catalytic processes are used. The modifications described can z. B. also for special optical effects are exploited, or the haptic Appearance or further processing characteristics of the described carriers influence positively. The uses of the described after Process modified carriers limited but not on the above described.

Claims

Process, characterized in that carriers are coated with so-called cellulose gels.

Method, further characterized in that it is in the modified by coating carriers to fibers, fabrics, nonwovens, papers and films.

Method, further characterized in that it is the carriers according to claim 2 to cellulosic or lignocellulosic substances is.

Method, further characterized in that the cellulose gel by drying on the carriers according to claim 2 and 3 is fixed.

Method, further characterized in that the cellulose gels are mixed with functional substances and these are incorporated homogeneously into the cellulose gels.

Method, further characterized in that it is in the for modifying the cellulose gels according to claim 5 used functional substances to water-soluble or water Solids or liquids is.

Process according to claims 1 to 6, further characterized characterized in that they are introduced into the cellulose gel Substances are one or more substances.

Method, further characterized in that it is with the functional substances for incorporation into the Cellulose gel according to claim 5 to 7 to physiologically active substances is.

Method, further characterized in that it is with the functional substances for incorporation into the Cellulose gel according to claim 5 to 7 to technologically active substances for modifying the carriers is.

Method, further characterized in that it is with the functional substances for incorporation into the Cellulose gel according to claim 5 to 7 to technologically active substances for the modification of other gaseous or liquid substances by catalytic reactions.

Process, and products thereof, further by characterized in that they are modified with the cellulose gels coated and dried fabrics according to claims 1 to 9 is wound dressings or substances for their production.

Process and products thereof, further by characterized in that they are modified with the cellulose gels coated and dried fabrics according to claims 1 to 9 is medical textiles or fabrics for their manufacture.

Process and products thereof, further by characterized in that they are modified with the cellulose gels coated and dried fabrics according to claims 1 to 8 and 10 um catalyst supports or substances for their production.