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Die Erfindung betrifft Materialien
aus superabsorbierendem Polymer (SAP) und Fasern, die durch Pressen
bei Temperaturen von mindestens 60° C und Drucken von mindestens
3 bar erhältlich
sind. Insbesondere betrifft die Erfindung Materialien, die durch
in situ Polymerisation aus SAP-Vorläufergemischen
auf der Faser erhalten werden. Die Erfindung betrifft außerdem Verfahren
zur Herstellung solcher Materialien und deren Verwendung.
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In situ Materialien sind seit Anfang
der 80er Jahre des letzten Jahrhunderts bekannt. Sie zeichnen sich dadurch
aus das ein flächiges
Fasergebilde, insbesondere ein sogenanntes non-woven mit flüssigem Medium behandelt
wird, das nach der Polymerisation auf dem Fasergebilde (in-situ)
ein absorbierendes Polymer bildet. Die Polymerisation kann durch
alle bekannten Möglichkeiten
ausgelöst
werden, wie Strahlung (UV, Elektronenstrahl, Wärme), Zusätze (z.B. Redox-Starter). Das
flüssige
Medium enthält
Monomere und eventuell Comonomere, die das absorbierende Polymer
bilden. Vernetzer, weitere optionale Zusätze z.B. Geruchsinhibitoren, Verdicker,
SAP Feinpulver etc können
schon in dem flüssigem
Medium vorhanden sein oder erst nach der Behandlung des Flächengebildes
diesem zugegeben werden. Eine Nachbehandlung nach der Polymerisation, z.B.
Oberflächennachvernetzung
kann folgen. Die Behandlung des Flächengebildes mit dem flüssigem Medium
kann durch Besprühen,
tränken
oder andere übliche
Behandlungsmethoden geschehen.
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In situ Materialien sind im Stand
der Technik z.B. in
EP 40 087 ,
EP 54 841 ,
EP 123 500 ,
EP 108 637 ,
EP 223 908 ,
EP 315 185 , WO 95/33878, WO 01/56625
bekannt.
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Materialien aus SAP und Fasern, bei
denen der SAP zu den Fasern gemischt wird, sind bekannt. Dies kann
auf verschiedene Weise geschehen, z.B. durch Zugabe von SAP zum
Prozess der Herstellung eines flächigen
Fasermaterials (air laid oder wet laid) oder durch Zugabe des SAP,
nachdem das Fasermaterial schon zu einem Flächengebilde geformt wurde.
Der SAP kann dann durch verschiedene Methoden an den Fasern fixiert
werden, z.B. durch Adhäsionsmittel.
Der SAP kann als Schicht auch zwischen zwei Faserschichten eingelagert
werden (siehe z.B.: WO 95/30396).
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Für
viele Anwendungen im Hygienebereich und Anwendungen außerhalb
der Hygiene, bei denen wässrige
Flüssigkeiten
absorbiert werden sollen, wären
Materialien wünschenswert,
die eine, bevorzugt mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen:
im Wesentlichen, bei Kontakt mit Flüssigkeit nur in eine Richtung expandieren,
um Lager- und Transportkosten gering zu halten in komprimierter
Form vorliegen und während der
Lagerung die Form beibehalten, die eine hohe Saugfähigkeit
für wässrige Lösungen haben,
z.B. gemessen im Teebeuteltest, die schnell bei Flüssigkeitsaufnahme
ohne Druck und unter Druck sind, die geeignet sind als Komponente
von Laminaten zu dienen.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass Material aus SAP und Fasern, erhältlich durch
Pressen bei Temperaturen von mindestens 60° C und Drucken von mindestens
3 bar die gewünschten
Eigenschaften aufweist.
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Eine Komprimierung durch Einwirkung
von Druck zur Herstellung „ultradünner" Hygieneartikel wird
in der WO 01 / 56625 beschrieben. Allerdings wird das Material über einen
Zeitraum von 48 Sekunden einem Druck von ca. 5,5 bar (Gewebefläche: 0,056
m2; 7.000 pounds load) und einer Temperatur
von 50 °C
unterworfen. Auf diese Weise wird eine Komprimierung von ursprünglich 4,5
mm auf 0,67 mm erreicht. Diese Versuchsbedingungen wurden reproduziert
und es wurden zwei Unterschiede und Nachteile gegenüber der
jetzigen Erfindung festgestellt:
- a) das Material
ist nicht dimensionsstabil, d.h. nach 2 Wochen findet eine Ausdehnung
auf bis zu 1,5 mm und nach 8 Wochen auf bis zu 2,4 mm statt.
- b) mit der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Methode
lassen sich wesentlich dünnere,
aber dennoch sehr flexible Materialien herstellen als das in der
WO 01 / 56625 beschriebene Material.
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Durch Einwirkung von Temperatur und
Druck lassen sich Materialien aus SAP und Fasern, z.B. SAP-Nonwoven
Composites, die nach WO 01/56625 hergestellt werden können, komprimieren.
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Die Komprimierung erfolgt in der
Dimension, in der die Druckeinwirkung ausgeübt wird. Die bei den anderen
Dimensionen bleiben durch die Komprimierung nahezu unverändert.
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Die Komprimierung kann in der Weise
erfolgen, dass man das Material zunächst auf die erforderliche Temperatur
erwärmt
und anschließend
Druck einwirken lässt;
ebenso kann das Material zuerst einer Druckeinwirkung ausgesetzt
werden und anschließend
auf die erforderliche Temperatur erwärmt werden; bevorzugt wird
das Material jedoch unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und
Temperatur komprimiert.
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Eine Komprimierung des Materials
kann sowohl diskontinuierlich – z.B.
mit Pressen – als
auch kontinuierlich – z.B.
mit Kalandern – durchgeführt werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann
gezeigt werden, dass ein Weg um Materialien mit den gewünschten
Eigenschaften zu erhalten eine Einwirkung von Druck und Temperatur
ist. Dabei lassen sich die Materialeigenschaften durch Variation
der Temperatur wesentlich stärker
beeinflussen als durch eine Variation des Druckes. Es wurde auch
festgestellt, dass bereits relativ geringe Drucke ab 3 bar, z.B.
3 bar, 3.5 bar, 4 bar oder 4.5 bar zur Herstellung der neuen Materialien
ausreichen. Bevorzugt werden Drucke von 5 oder mehr bar, z.B. 5,
5.5, 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5, 9, 9.5 bar, insbesondere bevorzugt
sind Drucke über
10 bar, z.B. 10, 11, 12, 13, 14, 15, 20, 25, 30, 25, 40, 45, 50
und mehr bar. Drucke von mehr als 100 bar führen dagegen in der Regel nicht zu
einer weiteren Verbesserung der Materialeigenschaften. Temperatur
im Sinne dieser Erfindung ist die Temperatur im zu pressenden bzw.
gepressten Material. Bei längeren
Verweilzeiten beim Pressvorgang (z.B. 1 Minute) wird die Temperatur
im Material, der Temperatur auf der Oberfläche der Presse im wesentlichen
entsprechen. Temperaturen unterhalb von 60° C sind in der Regel nicht ausreichend.
Im allgemeinen werden Temperaturen von 60°C und mehr verwendet, so z.B.
60° oder
65°C. Bevorzugt
sind Temperaturen von 70° C
oder mehr, so z.B. 70° C,
75° C, insbesondere
von 80° C
oder mehr, wie z.B. 80° C,
85° C, 90° C, 95° C, 100° C oder mehr.
Die maximale Temperatur ist abhängig
von der Verweilzeit des Materials bei der Temperatur, da thermische
Degradation des Materials vermieden werden sollte. Der optimale
Temperaturbereich liegt zwischen 80 °C und 180 °C, dies können neben den oben aufgeführten Temperaturen
z.B. solche bei 110° C,
120° C,
130° C,
140° C,
150° C,
160° C oder
170° C sein..
Bei Temperaturen oberhalb von 200 °C können sich die Eigenschaften
verschlechtern.
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Die gewünschten Materialeigenschaften
lassen sich bereits nach sehr kurzen Zeiten einer Einwirkung von
Druck und Temperatur erreichen. Verweilzeiten von 1 Minute sind
in der Regel ausreichend. Längere
Verweilzeiten schaden im Allgemeinen nicht, sind aber aus ökonomischen
Gründen
nicht wünschenswert.
Typische Verweilzeiten liegen bei 10 Sekunden, 20 Sekunden, 30 Sekunden,
40 Sekunden, 50 Sekunden oder 60 Sekunden. Es ist aber auch möglich die
Presszeit bei industrieller Fertigung kürzer zu gestalten, also z.B. Presszeiten
von 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Sekunden zu verwenden. Bei
kurzen Presszeiten werden die höheren
Temperaturen verwendet werden. Die kurzen Verweilzeiten sind dafür ausschlaggebend,
dass das komprimierte Material kontinuierlich z.B. mit Kalandern
oder Walzenstühlen
hergestellt werden kann.
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Durch Einwirkung von Druck und Temperatur
wird eine Komprimierung auf ≤ 20
%, bevorzugt ≤ 15
%, insbesondere ≤ 10
% der ursprünglichen
Dicke erreicht.
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Unter SAP wird in Zusammenhang mit
dieser Erfindung superabsorbierendes Polymer verstanden. Superabsorbierendes
Polymer zeichnet sich dadurch aus, dass es mindestens das 10fache
seines Gewichts im CRC Test mit 0.9%iger NaCl Lösung aufnimmt. SAP ist aus
dem Stand der Technik bekannt und ist in dieser Erfindung bevorzugt
auf Polyacrylat Basis. Der SAP kann in jeder Form vorliegen z.B.
teilchenförmig,
als Faser, Film oder Schaum, teilchenförmig ist bevor zugt. Verschiedene
SAPs und Ihre Herstellung sind z.B. in WO 01/56625 Seite 3 Zeile
37 bis Zeile 16 auf Seite 19 beschrieben.
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Unter Fasern wird im Zusammenhang
mit dieser Erfindung alle Fasern verstanden, die mit SAP im Stand
der Technik kombiniert wurden. Bevorzugte Fasern sind solche, die
als nonwoven vorliegen. Bevorzugte Fasern sind z.B. in WO 01/56625
Seite 19 Zeile 40 bis Zeile 27 auf Seite 20 beschrieben.
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Unter Pressen wird die Einwirkung
von Kraft auf die Oberfläche
des Materials verstanden. Dies kann durch klassische Pressen, Kalander
oder andere geeignete Mittel geschehen.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird
erstmals Material zur Verfügung
gestellt, das sich bei Wasserzugabe (destilliertes Wasser) oder
Zugabe wässriger
Flüssigkeiten
(0.9%ige NaCl-Lösung)
in einer Dimension um mindestens das 5-fache ausdehnt und sich in
den zwei anderen Dimensionen um weniger wie 20% ausdehnt.
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Durch Einwirkung von Wasser oder
wässrigen
Flüssigkeiten
zeigt das Material ein nahezu eindimensionales Quellverhalten. In
x- und y-Achse beträgt
die Ausdehnung in Wasser in der Regel nicht mehr als 20%, bevorzugt
nicht mehr wie 18%, 16%, 14%, oder 12%, besonders bevorzugt nicht
mehr wie 10 %, 8%, 7%, oder 6%, insbesondere nicht mehr wie 5%,
4%, 3%, 2% oder gar 1 %, in der z-Achse quillt das Material auf
mehr als das 5-fache, 6-fache, oder 7-fache, bevorzugt mehr wie
das 8-fache, oder 9-fache, insbesondere mehr wie das 10-fache, 11-fache,
12-fache, 13-fache, 14-fache oder gar 15-fache oder mehr an.
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Das Material ist nach Einwirkung
von Druck und Temperatur dimensionsstabil, d.h. es findet keine
bzw. nur eine geringfügige
Ausdehnung in Richtung der Dimension statt, in der das Material
komprimiert wurde.
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Das erfindungsgemäße Material weist bevorzugt
eine Zunahme der Dicke nach 60 Tagen nach Komprimierung von weniger
wie 100%, bevorzugt weniger wie 80%, mehr bevorzugt weniger wie
60%, insbesondere weniger wie 50% bezogen auf die Dicke direkt nach
der Komprimierung auf.
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Das erfindungsgemäße Material ist bevorzugt erhältlich durch
Druck und Temperaturbehandlung von Material erhältlich durch in-situ Polymerisation
(wie oben definiert und aus dem Stand der Technik bekannt) des SAP.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen ultradünnen Materialien
eignen sich insbesondere die in der WO 01/56625 aufgeführten Gewebe.
Der SAP ist vorzugsweise „in-situ" auf dieses Gewebe
aufpolymerisiert, es können
aber beispielsweise auch Materialien erfindungsgemäß komprimiert
werden, bei denen der SAP in das Gewebe eingestreut ist oder auf
das Gewebe aufgeklebt ist.
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Es ist möglich, dem Ausgangsmaterial
vor der Komprimierung Additive zuzugeben. Dies kann beispielsweise
durch Aufsprühen
des Additivs oder einer Additivlösung,
durch Tränken,
sowie durch Einstreuen oder Aufkleben fester Additive erfolgen.
Als Additive werden beispielsweise Riech- und Aromastoffe, Biozide und
sonstige geruchshemmende Stoffe, sonstige Wirkstoffe, Düngemittel
und Nährstoffe,
Farbstoffe, Tenside, Salze, Polymere, Weichmacher u.a. bezeichnet.
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Ferner ist es möglich, erfindungsgemäß Laminate
(Mehrschichtmaterialien) herzustellen. Dabei sind sowohl „Sandwichstrukturen", d.h. zwischen einer
Ober- und Unterschicht aus demselben Material befindet sich eine
zweite, von Ober- und Unterschicht verschiedene Schicht als auch
Strukturen mit zwei oder mehreren (teilweise) unterschiedlichen
Schichten möglich.
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Es lässt sich beispielsweise das
Ausgangsmaterial zusammen mit Baumwollgewebe, Polyestergewebe, Baumwoll-Polyester
Mischgewebe, Papier, Pappe durch einminütiges Komprimieren bei 150 °C und 80
bar in Laminate überführen, wobei
das Ausgangsmaterial gleichzeitig komprimiert wird und den Zusammenhalt
der Komponenten bewirkt.
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Durch die Komprimierung wird erfindungsgemäß ein Material
mit einer Dichte von mindestens 0.5 g/ccm, bevorzugt mindestens
0,6 g/ccm, mehr bevorzugt mindestens 0,7 g/ccm, besonders bevorzugt
0,8 g/ccm, ganz besonders bevorzugt mindestens 0,9 g/ccm, insbesondere
bis mindestens 1 g/ccm und mehr erhalten. Die maximale Dichte ist
im Allgemeinen nicht mehr wie 1,2 g/ccm. Vor dem Komprimieren beträgt die Dichte
typischerweise etwa 0,05 g/ccm. Da das Material auch nach der Komprimierung
flexibel ist, nimmt das komprimierte Material ein wesentlich geringeres
Volumen ein als das Ausgangsprodukt.
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Unter Dichte wird das Gewicht des
Materials pro Volumeneinheit verstanden, wobei unter Volumen die Ausdehnung
des Materials (Länge·Breite·Dicke)
verstanden wird.
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Das Verhältnis von Teebeutel zu Retention
ist in 0,9 %iger NaCl Lösung üblicherweise
größer 1,7
bevorzugt größer 1,9,
mehr bevorzugt größer 2, insbesondere
größer 2,2
(bei SAP Granulat liegt der Wert in der Größenordnung 1,2 bis 1,5). Dieser
hohe Wert besagt, dass das komprimierte Material in der Lage ist,
größere Mengen
Wasser aufzunehmen als SAP Granulat. Dies könnte daran liegen, dass die
höhere
Wasseraufnahme durch die Poren in der sich entfaltenden Gewebestruktur
(Schwammeffekt) entsteht. Nach der schnellen Wasseraufnahme kann
das Wasser anschließend
vom SAP aufgenommen werden (Wasserspeicherung). Damit ergibt sich
mit dem komprimierten erfindungsgemäßen Material ein vergleichbares
Eigenschaftsprofil wie mit Fluff plus SAP.
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Das erfindungsgemäße Material weist bei der Retention
in 0.9%iger NaCl-Lösung
bevorzugt Werfe größer 3 g/ccm,
mehr bevorzugt größer 5 g/ccm,
insbesonder größer 6.5
g/ccm oder gar 7 g/ccm auf.
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Die Retention (auch in der Einheit
g / g) ist mit dem gepressten Material höher als mit dem nicht komprimierten
Ausgangsmaterial. Damit führt
das Komprimieren zu einem Material mit besseren Eigenschaften als sie
das Ausgangsmaterial besitzt. Die Retention wird um so höher, je
höher die
Temperatur für
die Kompression gewählt
wird.
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Gibt man das komprimierte Material
in eine Atmosphäre
mit hoher Wasserdampfkonzentration, wird das Material weicher.
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Das erfindungsgemäße Material weist bevorzugt
eine FSEV nach 60 Sekunden auf, die im Vergleich zum unkomprimierten
Material mindestens verdoppelt ist.
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Das erfindungsgemäße Material weist außerdem bevorzugt
eine FSEV nach 2 Minuten auf, die im Vergleich zum unkomprimierten
Material mindestens 60% höher
ist.
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Das erfindungsgemäße Material weist bevorzugt
eine EVUL nach 60 Sekunden auf, die im Vergleich zum unkomprimierten
Material mindestens verdoppelt ist.
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Das erfindungsgemäße Material weist außerdem bevorzugt
eine EVUL nach 2 Minuten auf, die im Vergleich zum unkomprimierten
Material mindestens 60% höher
ist.
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Das erfindungsgemäße Material weist bevorzugt
eine AAP (0.7psi) in 0.9%iger NaCl-Lösung auf, die größer 5 g/ccm
ist oder größer 6,5
g/ccm ist, bevorzugt größer 9 g/ccm,
mehr bevorzugt größer 10 g/ccm,
besonders bevorzugt größer 11 g/ccm,
insbesondere größer 12 g/ccm
oder gar größer 13 g/ccm
ist.
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Die erfindungsgemäßen Materialien eignen sich
auch als (Mehrschicht) Material zur Absorption von Wasserdampf.
Diese Eigenschaft ist reversibel und bleibt auch bei mehreren Absorption/Trocken-Zyklen
erhalten.
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Diese Materialien lassen sich unter
anderem in folgenden Anwendungen zur Absorption von Wasser oder
wässrigen
Flüssigkeit,
insbesondere Körperflüssigkeit,
vorteilhaft verwenden: Hygieneartikel (z.B. als sogenannter Absorptioncore,
Storage und/oder Aquisition Layer in Babywindeln oder Erwachseneninkontinenzartikeln,
Damenbinden etc.), Bettunterlagen, OP-Tücher, Wundauflagen, Kompressen,
Unterlagen für
Tiertoiletten, Fußmatten,
Matten zum Absorbieren von Schnee, Raumklimaverbesserung, Klimaverbesserung
in Sitz- und Liegemöbeln,
Schuhsohlen und -einlagen, Kleidungseinlagen, Kleidungsstücke, Tischtücher, Servietten, Reinigungstücher, Dichtungen
oder Basismaterial für
Dichtungen, z.B. im Bausektor, Rohrinnen- und – außendichtungen, Kabelummantelungen,
Dämm- und
Abdichtmaterial in der Bauindustrie, Dachbahnen (Wasser- und Dampfsperren),
Dichtungsbahnen für
Deponien, Hochwasserschutz (Gebäudeschutz,
Tankanlagen), Wasserstraßen,
Tunnelbauten, Straßenbau,
Rohrauskleidung für
Drilling, Trockenmittel für
Transport und Lagerung (z.B. Getreide), Folien für Agro, incl. Erosionsschutz,
Unterlagen für
Pflanzen, Ummantelung von Wurzelballen, Matten zum Keimen von Saatgut,
Matten für
Zierpflanzen (Balkonkästen
etc.), Dichtungsmaterial im Boden gegen aufsteigendes Wasser und
Sickerwasser, Dekontamination von Böden (z.B. Entfernen von Schwermetallsalzen),
Abfallbeutel, Verpackungen, Saugmatten für Transport feuchter und wasserabgebender Güter, Laminate,
Filter, Feuerschutz.
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Das komprimierte Material hat naturgemäß eine geringere
Oberfläche
als das Ausgangsmaterial und somit eine geringere Wasseraufnahmegeschwindigkeit.
Die Absorptionsgeschwindigkeit lässt
sich beispielsweise durch eine Vergrößerung der Oberfläche erhöhen. Geeignete
Maßnahmen
sind z.B. Aufrauhen der Oberfläche
oder Komprimieren in Gegenwart von strukturgebenden, oberflächenvergrößernden
Elementen.
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Prüfergebnisse
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Als Basismaterial wurde Luquafleece
IS von BASF Aktiengesellschaft eingesetzt. Es können üblicherweise Vliese mit einem
Flächengewicht
von 20 bis 2000 g/m2 eingesetzt werden.
In den folgenden Beispielen wurde ein PET Vlies mit einem Flächengewicht
100 g/m2 verwendet (Sawafill 8135 der Firma
Sandler). Luquafleece IS kann in Analogie zu Beispiel 9 von WO 01/56625
durch Beladung des o.g. Nonwovens mit 200 g/m2 SAP
(beidseitige Beschichtung mit je 100 g/m2)
hergestellt werden. Es können
auch andere Beladungen verwendet werden, die im allgemeinen zwischen
50 g/m2 und 1000 g/m2 liegen.
Die Beladungen können
von einer Seite oder beidseitig erfolgen. Bevorzugt sind Beladungen
zwischen 100 g/m2 und 300 g/m2.
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Als Vergleich wurde ein Material
unter den in WO 01 / 56625 angegebenen Bedingungen komprimiert und
getestet. Dieses Material wird mit „Vergleichsmaterial" bezeichnet.
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Es wurden Proben, die bei 5, 10,
80 und 160 bar und 50, 100, 150 und 200 °C hergestellt wurden, jeweils
in 0,9 %iger NaCl-Lösung
sowie dest. Wasser vermessen. Folgende Aussagen können anhand
der Prüfergebnisse
gemacht werden:
Testmethoden, mit denen sich die erfindungsgemäßen Materialien
am deutlichsten von Luquafleece und dem nach WO 01 / 56625 hergestellten
komprimierten Material unterscheiden, sind CRC sowie Testmethoden
mit der Maßeinheit „Gramm
absorbierte Flüssigkeit/ccm".
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Die Retention oder CRC wurde gemessen,
wie in WO 01/56625 Seite 30 Zeile 40 ff beschrieben.
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Die AUL oder AAP wurde gemessen,
wie in WO 01/56625 Seite 30 Zeile 16 ff beschrieben. Der Teebeutel
wurde bestimmt, wie die Retention nur ohne Zentrifugation.
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Typische Werte für das erfindungsgemäße Material
werden in folgender Übersicht
angegeben, wobei in Klammern die Werte des nicht komprimierten Ausgangsmaterials
und des gemäß WO 01/56625
bei geringeren Temperaturen komprimierten Materials angegeben sind.
Retention
(in 0,9%iger NaCl): 6 – 8,2
g / g (5,8 g / g & 5,9
g / g)
Retention (in 0,9%iger NaCl): 1500 – 2200 g/m2 (1495
g/m2 & 1346
g/m2)
Retention (in 0,9%iger NaCl):
4 – 7,5
g/ccm (0,3 g/ccm & 0,4
g/ccm)
Teebeutel (in 0,9%iger NaCl): 10 – 20 g/ccm (0,8 g/ccm & 1,3 g/ccm)
Dichte:
0,5 – 1,2
g/ccm (0,05 g/ccm & 0,07
g/ccm)
Ausdehnungsfaktor (in 0,9%iger NaCl): 10 – 21 (1,1 & 1,7)
AAP
(in 0,9%iger NaCl; 0,7psi): 10,5 – 12,5 g / g (13 g / g & 12,3 g / g)
AAP
(in 0,9%iger NaCl; 0,7psi): 2500 – 3600 g/m2 (3300
g/m2 & 2968
g/m2)
AAP (in 0,9%iger NaCl; 0,7psi):
6 – 14
g/ccm (0,6 g / g & 1,0
g/ccm)
Retention (in dest. Wasser): 13,5 – 19 g / g (13,3 g / g & 12,9 g / g)
Retention
(in dest. Wasser): 4000 – 5400
g/m2 (3455 g/m2 & 3106 g/m2)
Retention (in dest. Wasser): 10 – 16,5 g/ccm
(0,7 g/ccm & 0,9
g/ccm)
Teebeutel (in dest. Wasser): 15 – 33 g/ccm (1,3 g/ccm & 3,0 g/ccm)
Ausdehnungsfaktor
(in dest. Wasser): 15 – 33
(1,5 & 2,2)
AAP
(in dest. Wasser): 18 – 22,5
g/g (18,9 g / g & 19,5
g/g)
AAP (in dest. Wasser; 0,7psi): 5000 – 6200 g/m2 (4750
g/m2 & 4735
g/m2)
AAP (in dest. Wasser; 0,7psi):
10 – 22
g/ccm (0,9 g / g & 1,4
g/ccm)
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Das Nonwoven ohne SAP zeigt grundsätzlich andere
Eigenschaften als Luquafleece IS. Noch stärkere Unterschiede bestehen
zwischen komprimiertem Nonwoven und komprimiertem Luquafleece IS.
Das reine Nonwoven hat aufgrund des Schwammeffektes einen hohen
Teebeutelwert von 37 g / g in NaCl und, weil bei diesem Effekt der
Salzgehalt keine Rolle spielt, mit 38 g/g den gleichen Wert in dest.
Wasser. Der CRC Wert ist aus gleichem Grund mit 0,4 g / g in beiden
genannten Medien extrem niedrig; denn durch das Zentrifugieren wird
die Flüssigkeit
nahezu vollständig
aus dem Gewebe entfernt.
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Wird das Nonwoven durch Einwirkung
von Druck und Temperatur komprimiert, quillt es in Gegenwart von
Wasser nicht auf. Dementsprechend niedrig sind die Teebeutel- und
CRC Werte. Ein Nonwoven das 1 Minute bei 200 °C und 80 bar gepresst wurde,
zeigte in 0,9 %iger NaCl einen Teebeutelwert von 1,9 g / g und eine
CRC von 0,3 g/g. Die Dicke des gepressten Materials blieb mit 0,1
mm unverändert.
Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Quellung in der z-Achse nur in
Gegenwart von SAP möglich
ist.
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Ultradünne Materialien gemäß der vorliegenden
Erfindung lassen sich prinzipiell auch herstellen, indem man SAP
Granulat oder Pulver in ein Nonwoven hineinstreut, den SAP ggf.
mit einem Kleber auf dem Nonwoven fixiert oder durch andere Techniken
auf dem Gewebe verankert. Obwohl die physikalischen Eigenschaften ähnlich zu
denen des gepressten in-situ Materials sind, haben Produkte, die
reversibel auf dem Nonwoven fixiert sind den Nachteil, dass sich
der SAP durch das Aufquellen in Gegenwart von Wasser wieder vom Nonwoven
ablöst.
Bei komprimierten Materialien, die „in-situ" auf Fasern aufpolymerisiert sind, ist
der SAP hingegen fest auf der Faser verankert und löst sich
auch in Gegenwart von Wasser nicht wieder ab.
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Dimensionsstabilität
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Das komprimierte Material ist dimensionsstabil,
d.h. auch nach längerer
Lagerung bei Raumtemperatur und rel. Luftfeuchten von vorzugsweise
weniger als 60 % dehnt sich das Material nicht oder nur unwesentlich
aus. Diese Dimensionsstabilität
wurde bei allen Proben festgestellt, die bei einer Temperatur von
mehr als 60 °C
und einem Druck von mehr als 5 bar komprimiert wurden. Bei dem nach
WO 01 / 56625 hergestellten Vergleichsmaterial fand dagegen unter
den o.g. Bedingungen eine Ausdehnung des Materials statt:
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Ausdehnungsvolumen in
Abhängigkeit
von der Zeit
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In WO 01 / 56625 wird diese Kenngröße beschrieben
(Seite 31 Zeile 33 ff -FSEV). Mit einer SAP Beladung von 200 g/m
2 wurden in 0,9%iger NaCl folgende Werte
angegeben:
5 Sekunden | 1,4
ml |
10
Sekunden | 2,2
ml |
30
Sekunden | 4,3
ml |
60
Sekunden | 5,9
ml |
120
Sekunden | 7,3
ml |
300
Sekunden | 8,5
ml |
600
Sekunden | 9,0
ml |
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Mit komprimierten Materialien, die
bei verschiedenen Drucken und Temperaturen (Dauer: 1 Minute) komprimiert
wurden, wurden folgende Werte gemessen. Mit „Vergleich" ist die Probe bezeichnet, die nach
der WO 01 / 56625 hergestellt wurde (5 bar, 48 s, 50 °C).
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Bestimmung
des Ausdehnungsvolumens (FSEV)
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Die Werte zeigen, dass die FSEV Werte
des erfindungsgemäßen Materials
(mit der Ausnahme 80 bar / 150 °C)
bereits nach 30–.60
Sekunden deutlich höher
liegen als die des in WO 01 /56625 beschriebenen komprimierten Materials.
Die Werte zeigen ebenfalls, dass der Endwert nach etwa 300 Sekunden
fast erreicht ist.
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Führt
man die Messung durch, indem man das Ausdehnungsvolumen unter einer
Druckeinwirkung von 0,5 psi (EVUL, gemäß WO 01/56625, Seite 32, Zeile
6 ff) durchführt,
ergibt sich ein ähnliches
Bild: Bestimmung
des Ausdehnungsvolumens (EVUL) bei 0,5 psi
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Bei einer Wasseraufnahme unter einem
Druck von 0,5 psi sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Proben schneller als die Vergleichsprobe. Lediglich
die bei 80 °C
/150 bar hergestellte Probe ergibt nach 10 Sekunden den gleichen
Wert, alle anderen Messergebnisse sind aber auch hier besser als
bei der Vergleichsprobe.
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Aufnahme von
Wasserdampf
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Das komprimierte Material ist in
der Lage, signifikante Mengen Wasserdampf zu absorbieren und bei niedrigen
relativen Luftfeuchten wieder abzugeben (vergleichbare Eigenschaften
wie Luquafleece IS). Verschiedene Probestücke (jeweils 100 × 100 mm),
die eine Minute bei 160 bar und unterschiedlichen Temperaturen komprimiert
wurden, wurden 24 h bei Raumtemperatur in einem Exsikkator bei 95
% rel. Luftfeuchte gelagert. Anschließend wurden die Proben an der
Luft bei 23 °C
und 45 % rel. Luftfeuchte getrocknet. Die Resultate sind der Tab.
A zu entnehmen. Anschließend
wurden die Proben erneut 24 h im Exsikkator bei 95 % rel. Feuchte
gelagert und danach wiederum bei Raumtemperatur und 45 % rel. Feuchte
getrocknet. Dieser Zyklus wurde ein drittes Mal durchgeführt. Die
Ergebnisse nach dem dritten Zyklus sind der Tabelle B zu entnehmen.
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Beispiele
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Für
die Prüfungen
wurden Proben der Fläche
30 × 50
mm verwendet. Für
die AAP Tests wurde ein kreisrundes Stück mit einem Durchmesser von
6 cm eingesetzt (28,3 cm2 Fläche). Die
Versuche wurden mit 0,7 psi durchgeführt.
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Bei der Vermessung der 30 × 50 mm
Proben wurde eine Quellung im wesentlichen in z-Richtung beobachtet. In x- oder y-Richtung
wurde eine Quellung um ca. 10 % gemessen, die dritte Dimension blieb
unverändert
(in einer Achse ist das Gewebe leichter dehnbar als in der anderen
Dimension).
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Alle Tests wurden nach den gängigen Standardmethoden
für SAP
durchgeführt.
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Beispiel 1
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Luquafleece IS wurde eine Minute
bei 100 °C
und 160 bar komprimiert. Es wurden 30 × 50 mm Proben vermessen. Dabei
wurden folgende Daten in dest. Wasser erhalten:
Dicke des komprimierten
Materials: 0,3 mm
CRC: 15,6 g / g
CRC: 4905 g / m2
Teebeutelwert: 30,6 g / ccm
Retention: 16,4 g / ccm
Dichte des eingesetzten Materials:
0,984 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 31,0
AAP (0,7
psi): 19,1 g / gAAP (0,7
AAP (0,7 psi): 5689 g / m2
AAP
(0,7 psi): 19,0 g / ccm
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Beispiel 2
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Luquafleece IS wurde eine Minute
bei 100 °C
und 80 bar komprimiert. Es wurden 30 × 50 mm Proben vermessen. Dabei
wurden folgende Daten in dest. Wasser erhalten:
Dicke des komprimierten
Materials: 0,3 mm
CRC: 15,7 g / g
CRC: 4592 g / m2
Teebeutelwert: 31,7 g / ccm
Retention: 15,3 g / ccm
Dichte des eingesetzten Materials:
1,042 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 28,7
AAP (0,7
psi): 19,8 g / g
AAP (0,7 psi): 5477 g / m2
AAP
(0,7 psi): 18,2 g / ccm
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Beispiel 3
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Luquafleece IS wurde eine Minute
bei 150 °C
und 80 bar komprimiert. Es wurden 30 × 50 mm Proben vermessen. Dabei
wurden folgende Daten in dest. Wasser erhalten:
Dicke des komprimierten
Materials: 0,25 mm
CRC: 14,6 g / g
CRC: 3326 g / m2
Teebeutelwert: 32,9 g / ccm
Retention: 16,6 g / ccm
Dichte des eingesetzten Materials:
0,969 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 32,5
AAP (0,7
psi): 19,2 g / g
AAP (0,7 psi): 4382 g / m2
AAP
(0,7 psi): 21,9 g / ccm
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Beispiel 4
-
Luquafleece IS wurde eine Minute
bei 200 °C
und 80 bar komprimiert. Es wurden 30 × 50 mm Proben vermessen. Dabei
wurden folgende Daten in dest. Wasser erhalten:
Dicke des komprimierten
Materials: 0,25 mm
CRC: 18,4 g / g
CRC: 4577 g / m2
Teebeutelwert: 30,0 g / ccm
Retention: 15,3 g / ccm
Dichte des eingesetzten Materials:
0,959 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 28,0
AAP (0,7
psi): 22,4 g / g
AAP (0,7 psi): 6184 g / m2
AAP
(0,7 psi): 20,6 g / ccm
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Beispiel 5
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Luquafleece IS wurde eine Minute
bei 150 °C
und 10 bar komprimiert. Es wurden 30 × 50 mm Proben vermessen. Dabei
wurden folgende Daten in dest. Wasser erhalten:
Dicke des komprimierten
Materials: 0,4 mm
CRC: 16,1 g / g
CRC: 4830 g / m2
Teebeutelwert: 24,5 g / ccm
Retention: 12,1 g / ccm
Dichte des eingesetzten Materials:
0,697 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 22,3
AAP (0,7
psi): 20,9 g / g
AAP (0,7 psi): 6042 g / m2
AAP
(0,7 psi): 15,1 g / ccm
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Vergleichsbeispiel 1 (Luquafleece
IS)
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Dicke des Luquafleece IS: 5,3 mm
CRC:
13,3 g / g
CRC: 3455 g / m2
Teebeutelwert:
1,3 g / ccm
Retention: 0,73 g /
ccm
Dichte des eingesetzten
Materials: 0,051 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 1,5
AAP
(0,7 psi): 18,9 g / g
AAP (0,7 psi): 4750 g / m2
AAP
(0,7 psi): 0,9 g / ccm
-
Vergleichsbeispiel 2 (Luquafleece
IS 48 s bei 6 bar und 50 °C
komprimiert)
-
Dicke des komprimierten Materials:
3,1 mm
CRC: 12,9 g / g
CRC: 3106 g / m2
Teebeutelwert:
2,0 g / ccm
Retention: 0,9 g /
ccm
Dichte des eingesetzten
Materials: 0,074 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 2,2
AAP
(0,7 psi): 19,5 g / g
AAP (0,7 psi): 4735 g / m2
AAP
(0,7 psi): 1,4 g / ccm
-
Ein Erhöhen des Druckes bei niedrigen
Temperaturen ergibt keine signifikante Verbesserung. Dies soll anhand
des folgenden Beispiels belegt werden.
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Vergleichsbeispiel 3 (Luquafleece
IS 60 s bei 80 bar und 50 °C
komprimiert)
-
Dicke des komprimierten Materials:
0,8 mm
Dicke des komprimierten Materials nach 4 Wochen: 1,2
mm
CRC: 12,5 g / g
CRC: 2730 g / m2
Teebeutelwert:
3,0 g / ccm
Retention: 1,9 g /
ccm
Dichte des eingesetzten
Materials: 0,159 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 4,6
AAP
(0,7 psi): 18,4 g / g
AAP (0,7 psi): 4276 g / m2
AAP
(0,7 psi): 3,1 g / ccm
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Beispiel 6
-
Luquafleece IS wurde eine Minute
bei 100 °C
und 160 bar komprimiert. Es wurden 30 × 50 mm Proben vermessen. Dabei
wurden folgende Daten in 0,9 %iger NaCl erhalten:
Dicke des
komprimierten Materials: 0,3 mm
CRC: 6,5 g / g
CRC: 2069
g / m2
Teebeutelwert: 19,4 g / ccm
Retention: 6,9 g / ccm
Dichte des eingesetzten Materials:
0,977 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 19,0
AAP (0,7
psi): 10,6 g / g
AAP (0,7 psi): 3357 g / m2
AAP
(0,7 psi): 11,2 g / ccm
-
Beispiel 7
-
Luquafleece IS wurde eine Minute
bei 100 °C
und 80 bar komprimiert. Es wurden 30 × 50 mm Proben vermessen. Dabei
wurden folgende Daten in 0,9 %iger NaCl erhalten:
Dicke des
komprimierten Materials: 0,3 mm
CRC: 7,3 g / g
CRC: 2151
g / m2
Teebeutelwert: 19,5 g / ccm
Retention: 7,2 g / ccm
Dichte des eingesetzten Materials:
1,073 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 19,3
AAP (0,7
psi): 11,3 g / g
AAP (0,7 psi): 3039 g / m2
AAP
(0,7 psi): 10,1 g / ccm
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Beispiel 8
-
Luquafleece IS wurde eine Minute
bei 150 °C
und 160 bar komprimiert. Es wurden 30 × 50 mm Proben vermessen. Dabei
wurden folgende Daten in 0,9 %iger NaCl erhalten:
Dicke des
komprimierten Materials: 0,25 mm
CRC: 6,4 g / g
CRC: 1489
g / m2
Teebeutelwert: 16,5 g / ccm
Retention: 7,4 g / ccm
Dichte des eingesetzten Materials:
1,113 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 20,0
AAP (0,7
psi): 11,2 g / g
AAP (0,7 psi): 2650 g / m2
AAP
(0,7 psi): 13,3 g / ccm
-
Beispiel 9
-
Luquafleece IS wurde eine Minute
bei 150 °C
und 80 bar komprimiert. Es wurden 30 × 50 mm Proben vermessen. Dabei
wurden folgende Daten in 0,9 %iger NaCl erhalten:
Dicke des
komprimierten Materials: 0,25 mm
CRC: 6,5 g / g
CRC: 1490
g / m2
Teebeutelwert: 20,1 g / ccm
Retention: 7,5 g / ccm
Dichte des eingesetzten Materials:
1,006 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 20,5
AAP (0,7
psi): 11,7 g / g
AAP (0,7 psi): 2792 g / m2
AAP
(0,7 psi): 14,0 g / ccm
-
Beispiel 10
-
Luquafleece IS wurde eine Minute
bei 150 °C
und 10 bar komprimiert. Es wurden 30 × 50 mm Proben vermessen. Dabei
wurden folgende Daten in 0,9 %iger NaCl erhalten:
Dicke des
komprimierten Materials: 0,4 mm
CRC: 6,9 g / g
CRC: 2128
g / m2
Teebeutelwert: 10,5 g / ccm
Retention: 4,3 g / ccm
Dichte des eingesetzten Materials:
0,590 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 11,2
AAP (0,7
psi): 12,3 g / g
AAP (0,7 psi): 3251 g / m2
AAP
(0,7 psi): 6,5 g / ccm
-
Beispiel 11
-
Luquafleece IS wurde eine Minute
bei 200 °C
und 160 bar komprimiert. Es wurden 30 × 50 mm Proben vermessen. Dabei
wurden folgende Daten in 0,9 %iger NaCl erhalten:
Dicke des
komprimierten Materials: 0,22 mm
CRC: 8,2 g / g
CRC: 2230
g / m2
Teebeutelwert: 15,5 g / ccm
Retention: 7,4 g / ccm
)
Dichte des eingesetzten Materials:
1,043 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 18,9
AAP (0,7
psi): 11,8 g / g
AAP (0,7 psi): 3251 g / m2
AAP
(0,7 psi): 10,9 g / ccm
-
Vergleichsbeispiel 4 (Luquafleece
IS)
-
Dicke des Luquafleece IS: 5,2 mm
CRC:
5,8 g / g
CRC: 1495 g / m2
Teebeutelwert:
0,8 g / ccm
Retention: 0,3 g /
ccm
Dichte des eingesetzten
Materials: 0,047 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 1,1
AAP
(0,7 psi): 13,0 g / g
AAP (0,7 psi): 3300 g / m2
AAP
(0,7 psi): 0,6 g / ccm
-
Vergleichsbeispiel 5 (Luquafleece
IS 48 s bei 6 bar und 50 °C
komprimiert)
-
Dicke des komprimierten Materials:
3,1 mm
CRC: 5,9 g / g
CRC: 1346 g / m2
Teebeutelwert:
1,3 g / ccm
Retention: 0,4 g /
ccm
Dichte des eingesetzten
Materials: 0,072 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 1,7
AAP
(0,7 psi): 12,3 g / g
AAP (0,7 psi): 2968 g / m2
AAP
(0,7 psi): 1,0 g / ccm
-
Ein Erhöhen des Druckes bei niedrigen
Temperaturen ergibt keine signifikante Verbesserung. Dies soll anhand
des folgenden Beispiels belegt werden.
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Vergleichsbeispiel 6 (Luquafleece
IS 60 s bei 80 bar und 50 °C
komprimiert)
-
Dicke des komprimierten Materials:
0,8 mm
Dicke des komprimierten Materials nach 4 Wochen: 1,2
mm
CRC: 5,8 g / g
CRC: 1330 g / m2
Teebeutelwert:
1,0 g / ccm
Retention: 0,3 g / ccm
Dichte des eingesetzten Materials:
0,184 g / ccm
Ausdehnungsfaktor in z-Achse: 2,8
AAP (0,7
psi): 11,7 g / g
AAP (0,7 psi): 2686 g / m2
AAP
(0,7 psi): 3,0 g / ccm
-
Beeinflussung der Härte des
ultradünnen
Materials
-
Härte
und Feuchtigkeitsaufnahmegeschwindigkeit lassen sich z.B. durch
Zugabe von weichmachenden Chemikalien oder durch eine Strukturierung
(Vergrößerung)
der Oberfläche
des ultradünnen
Materials beeinflussen. Als weichmachende Chemikalien kommen z.B.
tertiäre
Alkanolamine in Frage. Die freien Säuregruppen des SAP werden dabei
bevorzugt zumindest zu 20 mol% neutralisiert. Bevorzugte Alkanolamine
sind ausgewählt
aus der Gruppe Triethanolamin, Methyldiethanolamin, Dimethylaminodiglycol,
Dimethylethanolamin, N,N,N',N'-Tetra(hydroxyethyl)ethylendiamin. Diese
Möglichkeiten
sind an sich nicht neu, wohl aber im Zusammenhang mit einer Beeinflussung
des Wasseraufnahmevermögens
bei superabsorbierenden Flächengebilden.
Daneben lässt
sich das ultradünne
Material durch eine gezielte Zugabe geringer Mengen Wasser weicher
machen. Die angesprochenen Möglichkeiten
des Weichmachens können
auch kombiniert werden. Um eine möglichst homogene Erhöhung der
Feuchtigkeit zu erreichen, wird das Material vorzugsweise mit Wasserdampf
oder Wassernebel behandelt. Um die Weichheit zu bewahren ist es
allerdings anschließend
erforderlich, das Material luftdicht zu verpacken.
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Die Veränderung der Härte kann
beispielsweise mit einer Apparatur gemessen werden, mit der eine Kugel
eine definierte Wegstrecke in das Material gedrückt und die Kraft gemessen
wird, die für
diese Wegstrecke erforderlich ist. Das ultradünne Material wurde 24 h bei
Raumtemperatur in eine gesättigte
Wasserdampfatmosphäre
gelegt. Das Material nahm in diesem Zeitraum 70 % seines Eigengewichts
an Feuchtigkeit auf. Nach 24 h wurde die Probe aus dieser Atmosphäre entnommen
und es wurde die Kraft gemessen, die erforderlich ist, die Kugel
10 mm tief in das Material hineinzudrücken. Im Stundenrhythmus wurde
die Messung wiederholt. Das Material befand sich in dieser Zeit
in einer Umgebung mit 50 % rel. Feuchte bei 24 °C, d.h. der Feuchtigkeitsgehalt
nahm in diesem Zeitraum stetig ab und hatte nach 7 h den Ausgangswert
nahezu wieder erreicht.
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Folgende Feuchtigkeitsgehalte (bezogen
auf das eingesetzte Material vor Feuchtlagerung) wurden gemessen:
70
% nach 24 h in gesättigter
Wasserdampfatmosphäre
40
% nach 1 h bei 24 °C
und 50 % rel. Luftfeuchte
11 % nach 3 h bei 24 °C und 50
% rel. Luftfeuchte
1 % nach 7 h bei 24 °C und 50 % rel. Luftfeuchte
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Die für die Härtemessung eingesetzten Materialien
waren 1 Minute bei 160 bar und unterschiedlichen Temperaturen komprimiert
worden. Folgende Meßwerte
(10 mm Weglänge)
wurden erhalten:
Probe 1 (200 °C / 160 bar):
Kraft: 8
N Messung sofort, 10 N nach 1 h, 21 N nach 3 h, 33 N nach 7 h
Probe
2 (150 °C
/ 160 bar):
Kraft: 7 N Messung sofort, 9 N nach 1 h, 18 N nach
3 h, 24 N nach 7 h
Probe 3 (50 °C / 160 bar):
Kraft: 8
N Messung sofort, 11 N nach 1 h, 16 N nach 3 h, 19 N nach 7 h
Vergleich:
Luquafleece IS
Kraft: 4 N Messung sofort, 4,5 N nach 1 h, 6
N nach 3 h, 10 N nach 7 h
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Es ist deutlich zu erkennen, dass
die Materialien mit abnehmendem Feuchtigkeitsgehalt härter werden.
Weiterhin ist den Meßwerten
zu entnehmen, dass in etwa die gleiche Kraft aufgewendet werden
muß, die Kugel
10 mm in ein trockenes Luquafleece hineinzudrücken wie in ein ultradünnes Material
mit einem Feuchtegehalt von 70 %.