DE102014112096A1 - Saugfähige Faserstoffbahn - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine saugfähige Faserstoffbahn aus aufgefaserten Zellstofffasern, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie die Verwendung dieser Faserstoffbahn.
- Saugfähige Faserstoffbahnen finden als Absorptionskörper zum Aufsaugen von Flüssigkeiten vielfältige Anwendung, z. B. in Lebensmittelverpackungen, in Hygieneprodukten, wie Tampons, Damenbinden, Windeln und Inkontinenzprodukten, in medizinischen Produkten, wie Verbandsmaterialien.
- Diese Absorptionskörper bestehen in der Regel aus locker gelegten Fasern natürlichen oder synthetischen Ursprungs, d. h. Zellulose- oder Zellstofffasern oder Kunststofffasern, die vollflächig oder bereichsweise verdichtet sind. Um die Absorptionskapazität zu erhöhen, werden in diesen Absorptionskörpern vielfach sogenannte superabsorbierende Polymere eingearbeitet. Diese superabsorbierenden Polymere absorbieren Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, und quellen dabei auf.
- In der
DE 298 18 178 wird beispielsweise eine saugfähige Faserstoffbahn offenbart, die über eine hohe Absorptionsfähigkeit verfügt, welche durch Beimischung von Superabsorbern gesteigert werden kann. Die offenbarte Faserstoffbahn besteht aus einem hohen Anteil miteinander verpressten Zellstofffasern, die in einem Prägemuster aus punkt- oder linienförmigen Prägebereichen miteinander verpresst und in diesen Prägebereichen infolge hoher Druckbeaufschlagung klebstoff- und/oder bindemittelfrei fusioniert sind. - Die superabsorbierenden Materialien entfalten ihre Absorptionsfähigkeit insbesondere gegenüber Wasser. Sobald die aufzunehmende Flüssigkeit Metallionen enthält, wie beispielsweise Na+ oder organische Flüssigkeiten, wie Ethanol, nimmt die Absorptionsfähigkeit/Absorptionskapazität stark ab. Bei einem Alkoholgehalt (Ethanol) von 50 % und darüber wird keine Flüssigkeit mehr in nennenswerter Menge aufgenommen. Eine Absorptionskapazität liegt quasi nicht mehr vor.
- Ein weiterer Nachteil der superabsorbierenden Polymere ist, dass sie als Zusatzstoff immer zusätzliche Kosten mit sich bringen, sowohl für das Material als solches und auch die Einarbeitung in einen Absorptionskörper bedeutet einen zusätzlichen Arbeitsschritt und somit höhere Herstellungskosten. Hinzukommt, dass für die Verwendung von synthetischen Materialien wie SAP im Lebensmittelverpackungen und im Hygienebereich eine amtliche Zulassungen beantragt werden müssen, während Zellstofffasern ohne derartige Zulassungsverfahren eingesetzt werden können.
- Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein saugfähiges Faserstoffmaterial zur Verfügung zu stellen, das im Wesentlichen aus Zellstofffasern oder Zellulosefasern besteht und eine hohe Absorptionsfähigkeit gegenüber Öl, Wasser, wässrigen Lösungen und auch Ethanol aufweist sowie nahezu unabhängig von der Metallionenkonzentration ist. Für die Anwendung im Hygiene und Lebensmittelbereich ist es darüber hinaus wichtig, dass alle verwendeten Stoffe humantoxikologisch unbedenklich sind. Soweit möglich, soll auf den Einsatz von superabsorbierenden Polymeren verzichtet werden.
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine saugfähige Faserstoffbahn aus aufgefasertem Zellstoff, die sich dadurch auszeichnet, dass sie eine Free-Swell-Kapazität (FSC) gegenüber einer 0,9-%igen NaCl-Lösung von mindestens 16 g/g Faserstoffbahn und eine Absorptionskapazität nach der BfR Methode von mindestens 6g/g aufweist.
- Überaschenderweise wurde festgestellt, dass eine Faserstoffbahn aus aufgefasertem Zellstoff auch ohne sogenannte polymere Saugverstärker, wie superabsorbierende Polymere über eine Absorptionskapazität, nämlich eine sogenannte Free Swell Capacity (FSC), gegenüber einer 0,9-%igen NaCl-Lösung von mindestens 16 g/g Faserstoffbahn aufweist, wobei auf Zuschläge wie superabsorbierende Polymere, CMC, Pektine oder ähnliches verzichtet werden kann. Vorzugsweise liegt die sogenannte Free-Swell-Kapazität gegenüber einer 0,9-%igen NaCl-Lösung bei mindestens 20 g/g und insbesondere bei mindestens 24 g/g, bestimmt analog der Edana-Testmethode 440.2-02 oder ISO 17190-5:2001.
- Vorzugsweise liegt auch die Absorptionsleistung bestimmt nach der BfR-Methode, d.h. unter Last, deutlich über den Werten, wie sie die aus dem Stand der Technik bekannten Produkte aufweisen, und beträgt vorzugsweise mindestens 8 g/g Faserstoffbahn, bestimmt Gemäß der 61. Mitteilung des Bundesamtes für Risikobewertung (BfR) veröffentlicht im Gesundheitsblatt 04.2003.
- Auch die Retention (CRC = Centrifuge Retention Capacity) ist vorzugsweise deutlich höher als die gegenüber den Produkten aus dem Stand der Technik und beträgt mindestens 1,3 g/g Faserstoffbahn, insbesondere mindestens 1,5 g/g, bestimmt analog der Edana-Testmethode 441.2-02 oder ISO 17190-6:2001.
- Erfindungsgemäß ist die saugfähige Faserstoffbahn aus aufgefasertem Zellstoff hergestellt. Als Zellstoffmaterialien können beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Zellstoffmaterialien verwendet werden, wie Mechanical Pulp (MP), TMP (Thermomechanical Pulp), CTMP (Chemithermomechanical Pulp), HT-CTMP (High Temperature Chemithermomechanical Pulp), Wood Pulp und Fluff Pulp sowie beliebige Gemische aus den genannten Zellstoffen. Besonders gute Ergebnisse werden erhalten mit CTMP, beispielsweise ein CTMP, wie es nach dem Verfahren beschrieben in der
WO 91/12367 WO 95/34711 - Zum Einsatz der erfindungsgemäßen Faserstoffbahn in Lebensmittelverpackungen oder auch im medizinischen Bereich oder für Hygieneartikel hat es sich als geeignet erwiesen, wenn das Flächengewicht zwischen 60 und 1500 g/m2 vorliegt, vorzugsweise in dem Bereich von 90 bis 900 g/m2 und insbesondere von 120 bis 700 g/m2.
- Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen saugfähigen Faserstoffbahn, welches die Verfahrensschritte umfasst
- a) wirres Legen von aufgefaserten Zellstofffasern auf einer Unterlage,
- b) Vorverdichten der Fasern unter Erzeugung eines lockeren Vlieses,
- c) Einführen des Vlieses aus Schritt b) in den Spalt eines Kalanderrollenpaares, wobei die Oberflächen der Kalanderrollen jeweils Vorsprünge aufweisen, mit denen die Fasern aus Schritt b) unter Druck im Bereich zwischen 150 bis 600 MPa aufeinandergedrückt werden.
- Das in Schritt a) eingesetzte Fasermaterial besteht vorzugsweise aus aufgefaserten, d.h. defiberisierten Zellstofffasern. Zellstofffasern sind im Handel üblicherweise in Form von Ballen Bögen oder Rollen erhältlich. Die Auffaserung der handelsüblichen Fasermaterialien kann in dem Fachmann bekannten Vorrichtungen erfolgen, wie z.B. in einer Hammermühle oder eines anders gearteten Refinders, wie einem Disc-Refiner oder Pin-Mill zerkleinert werden.
- Die Herstellung der saugfähigen Faserstoffbahn erfolgt erfindungsgemäß, indem der aufgefaserte Zellstoff wie oben beschrieben in einem Gasstrom, in Wasser oder einer anderen Medium formiert wird. In einer möglichen Ausführungsform werden die Fasern liegen die Fasern in Form einer im Luftstrom aufgeschütteten Schüttung vor. Die formierte Faserschicht wird auf einem Förderband, auf einem beweglichen Sieb oder einem Stahlsieb zunächst vorverdichtet, so dass ein lockeres Vlies mit geringer Dichte und Reißfähigkeit entsteht. Die Reißfähigkeit sollte so hoch bemessen sein, dass das Vlies über eine Länge von etwa 0,1 bis 1 m frei durchhängen kann ohne zu zerreißen. Auch sollte er einem Luftdruck widerstehen, der bei der Fertigung auftreten kann. Anschließend wird das Vlies in den Spalt eines Kalanderrollenpaares eingeführt, welche an ihrer Oberfläche ein Muster von punkt- oder linienförmigen Vorsprüngen aufweist. Die punkt- oder linienförmigen Vorsprünge sind vorzugsweise derart angeordnet, dass sie sich gegenüberstehen und die Fasern in diesen Flächenbereichen unter Druck in dem Bereich 150 bis 600 MPa aufeinandergedrückt werden. Der infolge der gegenüberstehenden Vorsprünge auf den Kalanderwalzenoberflächen ausgeübte Druck sollte so hoch sein, dass in diesen Bereichen Prägepunkte ausgebildet werden, in denen die Fasern ein innige Verbindung eingehen und nicht zerstörungsfrei gelöst werden können. Vorzugsweise wird die Faserstoffbahn nach einem Verfahren und in einer Vorrichtung hergestellt, wie sie in der
WO 99/25281 - In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vorsprünge auf den Kalanderoberflächen derart angeordnet, dass sich auf der Oberfläche der Faserstoffbahn ein Prägemuster aus punkt- oder linienförmigen Prägebereichen bildet.
- Bei der Herstellung des Absorptionsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung wird kann auf Bindemittel, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind und im allgemeinen eingesetzt werden, praktisch völlig verzichtet werden.
- Die Dicke des erfindungsgemäßen Absorptionsmaterials ist vorzugsweise so eingestellt, dass das flächige Material als Saugkörper in Lebensmittelverpackungen und im Hygienebereich eingesetzt werden kann und beträgt vorzugsweise 0,2 bis 4 mm, insbesondere 0,5 bis 2 mm, gemessen in den nicht-geprägten Bereichen gemäß Edana Methode 30.5-99.
- In Abhängigkeit vom Anwendungszweck kann die erfindungsgemäße Faserstoffbahn an ihrer Oberseite und/oder Unterseite noch eine oder mehrere weitere Lagen aufweisen, beispielsweise Lagen aus dünnem Tissuematerial, Nonwoven, atmungsaktiver SMS, Gewebe und/oder gelochter zwei- oder dreidimensionaler Folie. Nonwoven-Materialien sind Textilähnliche Materialien, die aus langen Fasern hergestellt sind und die durch chemische, mechanische, Hitze- oder Lösungsbehandlung miteinander verbunden sind. Es handelt sich hierbei um textile Flächengebilde aus einzelnen Fasern, die flüssigkeitsdurchlässig sind und insbesondere für den Einsatz im medizinischen Bereich, wie als Wundauflagen, geeignet sind. Materialien, aus welchen die Nonwoven-Materialien bzw. die gelochten Folien hergestellt sein können, sind vorzugsweise Polyolefin-Folien, wie Polyethylen- oder Polypropylen-Folien oder auch Naturstoffvliese. Als weitere Lagen kommen auch Laminate aus unterschiedlichen Materialien, wie aus Nonwoven und atmungsaktiver Folie (BTBS-Filme =breathable film textile backsheet), in Betracht, wie sie üblicherweise für die Herstellung von Außenseiten von Inkontinenzprodukten bekannt sind.
- Die weiteren Lagen können bereits bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Faserstoffbahn aufgebracht werden, indem die Zellstoffschüttung auf eine erste Lage aufgebracht wird und ggf. mit einer zweiten Lage abgedeckt wird. Die Schichtung aus einer ersten Lage und Zellstofffasern sowie bei einer gegebenenfalls zweiten Lage kann gemeinsam in einen Kalander eingeführt werden. Die beiden Lagen können gleich oder verschieden sein und dem Verwendungszweck entsprechend angepasst werden.
- In einer weitere Ausführungsform können weitere Lagen nach Austritt aus dem Kalander aufgebracht werden.
- Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.
- Beispiele
- Beispiel 1
- Handelsübliche HT-CTMP mit einer Brightness von 70 % nach ISO 2470 wird aufgefasert und anschließend nach dem in der
WO 99/25281 - Es wurden Faserstoffbahnen unterschiedlichen Flächengewichten hergestellt und deren Absorptionsfähigkeit gegenüber 0,9-%iger NaCl-Lösung ohne Belastung (FSC), unter Belastung (BfR) und die Retention (CRC) untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
- Absorptionsfähigkeit ohne Belastung (Free Swell Capacity, FSC) Die Bestimmung der FSC erfolgt analog der Edana-Testmethode 440.2-02. Dazu werden die Probenstücke in trockenem Zustand gewogen (GTR1) und anschließend in einen Spinnvliesbeutel (ca. 150 mm·150 mm) eingeschweißt und erneut gewogen (GTR2). Die Proben werden anschließend zusammen mit dem Vliesbeutel in einer Schale mit 0,9-%iger NaCl-Lösung getränkt und 20 Minuten in der Lösung gelassen. Der Flüssigkeitsspiegel muss die Probe mindestens 10 mm überdecken. Anschließend werden die Proben herausgehoben und zum Abtropfen 1 Minuten auf einen Siebrahmen gelegt. Die Proben werden erneut gewogen (GF). Die Auswertung erfolgt nach
Absorption [g/g] = (GF – GTR2)/GTR1. - Die Messergebnisse werden gemittelt und die Standardabweichung bestimmt.
- Bestimmung der Retention (Centrifuge Retention Capacity = CRC)
- Unter CRC versteht man die Absorptionsmenge an Flüssigkeit, die ein Produkt aufnimmt, wenn es unter einer definierten Zentrifugalkraft steht.
- Die Bestimmung des CRC erfolgte analog der Edana-Testmethode 441.2-02 oder ISO 17190-6:2001. Dazu werden die Proben wie oben unter der Versuchsbeschreibung zu FSC angegeben vorbereitet und in 0,9%-iger NaCl-Lösung getränkt. Anschließend werden die Proben herausgehoben und eine Minute lang in einer Schleuder (Ø Trommel 340 mm, n = 2800 1/Minute) entwässert. Die Proben werden erneut gewogen (Messergebnis GC).
- Die Versuchsauswertung erfolgt nach der folgenden Gleichung:
Absorption [g/g] = (GC – GTR2)/GTR1. - Die Messergebnisse werden gemittelt und die Standardabweichung bestimmt.
- Bestimmung der Absorptionskapazität nach der BfR-Methode
- Die Absorptionskapazität nach der BfR-Methode wird analog des in der 61. Mitteilung des Bundesamtes für Risikobewertung (BfR), veröffentlicht im Bundesgesundheitsblatt 04.2003, durchgeführt. Dazu wird ein aus der Saugeinlage geschnittener Prüfling in einen Plastikzylinder mit einem Boden aus Siebgewebe gelegt und mit einem definierten Gewicht belastet. Die Zylindereinheit aus Zylinder mit Siebgewebe, Saugeinlage, Abdeckplatte und Gewicht wird gewogen und auf eine mit Filterpapier abgedeckte und Prüfflüssigkeit getränkte Filterplatte gestellt. Nachdem über einen definierten Zeitraum Flüssigkeit aufgenommen wurde, wird durch Rückwaage der Zylindereinheit die absorbierte Flüssigkeitsmenge bestimmt und als Saugkapazität (g aufgenommene Prüfflüssigkeit/cm2 Saugeinlage) gegen den angewandten Druck angegeben. Als Prüfflüssigkeit wurde eine 0,90-prozentige NaCl-Lösung verwendet. In den hier durchgeführten Versuchen wurde die Absorptionsmenge gegen eine 0,9-prozentige NaCl-Lösung und unter einer Belastung von 1200 g/100 cm2 bestimmt. Tabelle 1
Lage: 1 2 3 4 Tissue (g/m2) 18 18 18 18 Faserstoff (g/m2) 114 214 264 350 Tissue (g/m2) 18 18 18 18 Gesamt (g/m2) 150 250 300 350 Absorption FSC (g/g) 17,4 20,7 21,43 22,48 CRC (g/g) 1,68 1,65 1,64 1,58 BfR (g/g) 9,8 9,6 9,4 8,9 - Beispiel 2
- Die Absorptionsfähigkeit FSC von Saugkörpern aus nach dem Kraft Prozess hergestellten Fluff Pulp wurde wie in Beispiel 1 bestimmt.
Absorptionskörper aus Fluff Pulp Flächengewicht trocken (g/m2) Nach Absorption von Saline (0,9%) (g/m2) Absorption [g/g] FSC CRC g/g BfR g/g 60 465 7,8 1,1 5,85 70 660 9,4 1,2 4,9 120 1077 9,0 1,2 5,67 150 1502 10,0 156 1420 9,1 1,23 186 1487 8,0 210 1389 6,6 230 1320 5,7 1,17 4,52 - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
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- WO 91/12367 [0012]
- WO 95/34711 [0012]
- WO 99/25281 [0016, 0024]
- Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
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- ISO 17190-6:2001 [0011]
- ISO 2470:1977 [0012]
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- ISO 17190-6:2001 [0029]
Claims (15)
- Saugfähige Faserstoffbahn aus aufgefasertem Zellstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn eine Free-Swell-Kapazität (FSC) gegenüber einer 0,9-%igen NaCl-Lösung von mindestens 16 g/g und eine Absorptionskapazität nach nach der BfR Methode von mindestens 6 g/g aufweist.
- Faserstoffbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn eine Retention (CRC) von mindestens 1,3 g/g Faserstoffbahn aufweist.
- Faserstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn eine Free-Swell-Kapazität (FSC) gegenüber einer 0,9-%igen NaCl-Lösung mindestens 20 g/g und insbesondere mindestens 24 g/g, aufweist.
- Faserstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn eine Absorptionskapazität unter Last bestimmt nach der BfR-Methode von mindestens 8 g/g Faserstoffbahn aufweist.
- Faserstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern ausgewählt sind aus Mechanical Pulp (MP), CTMP, HT-CTMP, Wood Pulp, Fluff Pulp und beliebigen Gemischen der voranstehenden.
- Faserstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgefaserte Zellstoff in Form einer im Luftstrom aufgeschütteten Schüttung der Zellstofffasern vorliegt.
- Faserstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Zellstofffasern eine Brightness von über 40 % aufweisen.
- Faserstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgefaserte Zellstoff ein Schüttgewicht 5 und 300 g/cm3 aufweist.
- Faserstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstoffbahn ein Flächengewicht von 60 bis 1500 g/m2, vorzugsweise von 90 bis 900 g/m2 und insbesondere von 120 bis 700 g/m2, aufweist.
- Faserstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass keine polymeren Saugverstärker enthalten sind.
- Faserstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer der Oberflächen eine Bahn aus textilem, vliesartigem oder folienartigem Material angeordnet ist.
- Verfahren zur Herstellung einer saugfähigen Faserstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 11, welches die Verfahrensschritte umfasst a) wirres Legen von aufgefaserten Zellstofffasern auf einer Unterlage, b) Vorverdichten der Zellstofffasern unter Erzeugung eines lockeren Vlieses, c) Einführen des Vlieses aus Schritt b) in den Spalt eines Kalanderrollenpaares, wobei die Oberflächen der Kalanderrollen jeweils Vorsprünge aufweisen, mit denen die Fasern aus Schritt b) unter Druck im Bereich zwischen 150 bis 600 MPa aufeinandergedrückt werden.
- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in Verfahrensschritt a) in einem Gasstrom, in Wasser oder einem anderen Medium formiert werden.
- Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass die CTMP-Fasern in einem dem Verfahrensschritt a) vorgelagerten Schritt in einer Hammermühle, Disc-Refiner oder Pin-Mill zerkleinert werden.
- Verwendung der saugfähigen Faserstoffbahn nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Absorptionskörper in Lebensmittelverpackungen, in Hygieneprodukten und in medizinischen Produkten.
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