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Absorbierende Packung mit einem verdichteten Teil mit darin fixiertem
hydrokolloidem Material Die Erfindung betrifft eine absorbierende Faserkonstruktion
zur Verwendung als absorbierende Komponente in absorbierenden Produkten.
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Produkte, die üblicherweise dazu bestimmt sind, Körperflüssigkeiten
zu absorbieren, enthalten im allge meinen als Hauptkomponente ein Absorptionsmittel
in Form einer Packung, einer Füllung, eines Kissens oder eines Kerns. Diese Packungen
oder Füllungen werden normalerweise aus Schichten aus locker verdichteten absorbierenden
Fasern, wie kardierten Baunwollgeweben, Blasvliesen aus Zellulosefasern, zerkleinerter
Zellstoffwatte oder ähnlichen Materialien hergestellt, die in hohem Maß absorbierend,
flaumig und porös sind. Diese locker verdichteten,faserigen Absorptionskörper besitzen
jedoch bei der Verwendung zahlreiche Nachteile, wie z.B. eine
geringe
Kohäsionsfestigkeit, eine schlechte Form- und Volumenstabilität, eien niedrige Kapillarität,
ein ge ringes Flüssigkeitsrückhaltevermögen und eine geringe Absorptionskapazität.
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Die erwähnten Nachteile dieser flaumigen, porösen, absorbierenden1
faserigen Komponenten sind auf ihre nur locker verdichtete Struktur zurückzuführen.
Gelangt eine Flüssigkeit auf die Oberfläche einer solchen Komponente, dann sind
an der Stelle der unmittelbaren Anwendung die Sättigungsbedingungen sehr schnell
erreicht ur gleichen Zeit jedoch bleiben die angrenzenden Teile relativ un gesättigt
und in manchen Fällen aufgrund der niedrigen Kapillarität des faserigen Körpers
sogar völlig trocken.
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Die Folge ist, daß sich die Flüssigkeit nur an sehr eng begrenzten
Stellen anfindet.
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Wenn andererseits einer locker verdichteten absorbierenden Packung
zur Erhöhung von deren Feuchtigkeitsrückhaltevermögen eine wasserunlösliche, jedoch
absorbierende Teilchenmaterie, wie z.B. hydrokolloide Teilchen, einverleibt werden,
dann neigen diese Teilchen dazu, aus der Packung "herauszustauben" In den auf Burgeni
übertragenen US-Patenten 2 905 568, 2 955 641 und 3 017 304 sind Verfahren be schrieben,
durch die die Zugfestigkeit loser Zellulosefaserflaume verbessert werden kann Entsprechend
den Lehren dieser Patente kann eine geregelte Menge Wasser oder eine wäßrige Bindemittellösung
(zwischen 0,0005 g/cm2 und 0,03 g/cm2) auf eine Oberfläche der losen Fasermasse
aufgebracht werden, worauf die Masse einem Druck zwischen 0,35 kg/cm2 und 7 kg/cm2
(5 bis Qoo psi) unterworfen wird, so daß eine verdichtete verbundene Oberflächenfaserstruktur
oder eine Haut aus wasserinduzierten papierähnlichen Bindungen entsteht, die im
folgenden gelegentlich als
Surgeni-Schicht'3 bezeichnet wird Packungen
mit einer Burgeni-Schicht zeigen eine relativ große Festigkeit, eine gute Form-
und Volumenstabilität und ein hohes Flüssigkeitsrücknaltevermögen Es ist das Ziel
der vorliegenden Erfindung, in einer Zellstoffpackung oder füllung eine verdichtete,
absorbierende, faserige Lage ohne die äußere Anwendung von Wasser oder dergl. wie
bei den oben erwähnten Burgeniw Patenten zu. erzeugen und das Flüssigkeitsrückhaltever
mögen durch Fixierung hydrokolloider Teilchen in der Packung während der Bildung
der verdichteten Schicht zu verbessern.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch eine faserförmige
Füllung aus Zellulose aus einem ersten Teil, der ein hochporöser, locker verdichteter
Bereich von relativ geringer Kohäsionsfestigkeit, relativ niedriger Kapillarität,
relativ schlechter Form- und Voluinenstabilität und relativ geringem Flüssigkeitsrückhaitevermögen
ist, und aus einem zweiten Teil, der ein verdichteter, zusammen gepreßter, poröser,absorbierender
, faserförmiger Bereich mit relativ hoher Kohäsionsfestigkeit, relativ guter Kapillarität,
relativ guter Form- und Voluinenstabilität und relativ hohem Flüssigkeitsrückhaltevermögen
ist, wobei der zweite Teil mit dem ersten Teil der Füllung fest verbunden ist und
ein teilchenförmiges hydrokolloides Material in mindestens einem der Teile der faserförmigen
Füllung verteilt und durch Bindung an Zellulosefasern in der Füllung fixiert ist.
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Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich mithin auf absorbierende
Komponenten in Damenbinden, Verbandsmaterialien, Kompressen, Wegwerfwindeln, Krankenhaus-Unterlegpolstern
und anderen Produkten zur Absorption von Körperflüssigkeiten.
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Entsprechend der Erfindung kann eine verdichtete, gebundene Schicht
oder ein verdichteter, gebundener Bereich in einer Blaspackung oder -füllung von
flaumigen Ho 1 z z ell stof fas ern mit einem teilchenförmigen hydrokolloiden Material
und Feuchtigkeit darin derart herde stellt werden, daß beide Seiten der Packung
oder Füllung einem vorbestimmten Druck bei einer vorher festgelegten Temperaturdifferenz
; unterworfen werden. Auf diese Weise werden die hydrokolloiden Teilchen in der
Packung durch mechanischen Einschluß in der verdichteten Schicht und/oder durch
eine individuelle Bindung an Zellulosefasern im wesentlichen in der gesamten Füllung
fixiert.
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Geeignete Mittel zum Zusammenpressen können z.B.
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ein Paar Druckplatten, Kalanderwalzen oder andere bekannte Vorrichtungen
sein. Durch geeignete Wahl der Temperatur und des Druckes kann in der Packung ein
integraler,verdichteter,zusammengepreßter,poröser und absobie render Faserbereich
geschaffen werden, der eine relativ hohe Kohäsionsfestigkeit, eine relativ gute
Kapillarität, eine relativ gute Form- und Volümenstabilität und ein relativ hohes
Flüssigkeitsrückhaltevermöqen besitzt Wenn eine oder beide Oberflächen der Packung
bei erhöhter Temperatur dem Druck unterworfen werden, dann wird die verdichtete
Schicht oder der verdichtete Bereich innerhalb der Packung erzeugt Wenn andererseits
eine der Oberflächen der Packung dem Druck bei einer relativ höheren Temperatur
und die andere Oberfläche dem Druck bei einer relativ tieferen Temperatur ausgesetzt
werden, dann bildet sich die verdichtete Schicht oder der verdich tete Bereich in
der Nähe der Packungsoberfläche aus, die der relativ niedrigeren Temperatur ausgesetzt
war.
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Darüberhinaus wurde festgestellt, daß sich die verdichtete Schicht
oder der verdichtete Bereich bei Temperaturdifferenzen von mindestens etwa 22 K
oder darüber an der
relativ kälteren Packungsoberfläche ausbildet.
Um den verdichteten Bereich oder die verdichtete Schicht etwa in einer Mittelebene
der Packung zu erzeugen, werden beide Packungsoberflächen unter Druck etwa derselben
er höhten Temperatur ausgesetzt. Um ein größtmögliches Maß an Bindung und mechanischem
Einschluß von hydrokolloiden Teilchen zu erreichen, ist es wünschenswert, die verdich
tete Schicht in dem Teil der Packung zu erzeugen, der die größte Konzentration an
hydrokolloiden Teilchen aufweist.
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Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sollte die Temperatur mindestens
einer Packungsoberfläche soweit erhöht werden, daß in der Packung enthaltene Feuchtigkeit
von dieser besonderen Oberfläche wegwandert. Die erhöhte Temperatur sollte jedoch
unter der Siedetemperatur des Wassers bei Umgebungsdruck liegen. Zur Erzeugung einer
verdichteten Packungsoberflächenschicht oder haut bei Umgebungsdruck wird eine Oberfläche
der Packung vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 990C(21o0F) und die andere
Packungsoberfläche vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 270C (8o) erhitzt'd.h.es
wird eine Temperaturdifferenz von etwa 72 R aufrechterhalten.
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Der Verdichtungsdruck, dem die Packung während der vorerwähnten wärmeinduzierten
Verdichtung unterworfen wird, kann innerhalb sehr weiter Grenzen schwanken.
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Vorzugsweise sollte jedoch die Packung einem Druck zwischen etwa 4
kg/cm2 und etwa 15 kg/cm2 unterworfen werden.
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Im nachfolgenden wird diejenige verdichtete, gebundene Schicht oder
derjenige verdichtete, gebundene Bereichdie oder der dadurch erzeugt wurde1 daß
luftgeblasene Zellulosefaserpackungen bei erhöhter Temperatur einem Druck unterworfen
wurden, gelegentlich als Wärme induzierte, verdichtete, gebundene Schicht" bezeichnet.
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Es ist für die bekannten Packungen mit einer wasserinduzierten Burgeni-Schicht
typisch, daß Eine neben dem Faserflaum eine dünne Faserschicht von wohldefinierter
Dichte und starker Bindung besitzen, daß jedoch zwischen diesen beiden Extremen
nur eine relativ geringe Übergangs struktur vorliegt Die dünne, dichte Schicht erlaubt
eine geeignete Verteilung oder Fixierung der hydrokolloiden Teilchen in der Packung.
Außerdem können derartige Packungen leicht zu starr werden, wenn ur Erzielung bestimmter
Festigkeitseigenschaften eine relativ dicke verdichtete Schicht erzeugt WIrd da
die Festigkeit der Packung im wesentlichen von ihrer verdichteten Schicht bestimmt
wird , Auf der anderen Se:i t e ist eine wärmeinduzierte,verdichtete,gebundene Schicht
entsprechend der Erfindung in einer einzigen Ebene nicht so stark gebunden wie die
Burgeni-Schichty sondern hat vielmehr einen Übergangsbereich Auf diese Weise ist
es möglich, Packungen mit einer erfindungsgemäßen wärmeinduzierten, verdichtete,
gebundenen Schicht eine große Festigkeit zu verleihen, , ohne den gleichen Grad
der Steifigkeit wie im Falle der wasserinduzierten Burgeni-Schichten in Kauf nehmen
zu müssen Es ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden i?.rf.indung, daß durch die
Anwendung der wärmeinduzierten Rine dung eine relativ genaue Kontrolle des Bindungsgra.des
möglich ist Da außerdem die gebundene Schicht relativ trocken bleibt, ist es möglich,
mit Heißschmelzverfahren in die gebundene Schicht einzugreifen, um die Packung bei
spielsweise an eine Polyolefinschicht zu binden, wie z.B. an eine Polväthylen-Grundschicht
für eine Windel.
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Darüberhinaus können jedoch auch andere Methoden angewendet werden,
um an der Packung Polyäthylenstützschich ten anzubringen, was bei der Produktion
von Wegwerfwindeln oder ähnlichen absorbierenden Packungen von großem Vorteil ist.
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Die Erfindung wirdnunmehr anhand der in den Fie guren dargestellten
Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
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Dabei zeigen Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Packung zwischen
zwei Druckplatten in offener Lage; Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Packung
zwischen zwei Druckplatten in geschlossener Lage; Fig. 3 einen Querschnitt durch
eine ungebundene Packung mit darin verteilten hydrokol:loiden Teilchen; Fig. 4 @
einen schematischen Querschnitt durch eine Packung mit einer warmeinduziertenEverdi.chtetengebundenen
Schicht entsprechend der Erfindung; Fig 5 einen schematischen Querschnitt einer
anderen Packung mit einer wärmeinduzierten1verdicheetenl geblandenen Schicht entsprechend
der Erfindung; und Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Alternativausführung
für die Herstellung von Packungen entsprechend der Erfindung.
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Entsprechend der Erfindungwird eine verdichtete, gebundene Schicht
oder ein verdichteter, gebundener Bereich in einer Blaspackung aus Zellstoff oder
Baumwollpappe, die Teilchen hydrokolloiden Materials und Feuchtigkeit enthält, dadurch
erzeugt, daß die Packung mit
einem vorher festgelegten Druck verdichtete
wird, wobei jede der beiden Oberflächen auf eine vorher festgelegte Temperatur erhitzt
wird Auf diese Weise wird ein wesentlicher Anteil des hydrokolloiden Materials entweder
durch mechanischen Einschluß in der verdichteten Schicht und/oder durch Bindung
an Zellulosefasern im wesentlichen :in der gesamten Füllung in der Packung fixiert,
wie im nachstehenden noch im einzelnen erläutert werden wird Blaspackungen, die
für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind im US Patent 3 938
522 von Repke beschieben, Die wärmeinduzierte verdichtete, gebundene Schicht wird
durch Steigerung der Temperatur mindestens einer Oberfläche der Packung auf eine
Höhe, die ausreichend ist, um eine Wanderung der in der Packung vorliegenden Feuchtigkeit
von dieser Oberfläche weg und in das Innere der Packung zu erreichen, gebildet Es
wird angenommen, daß die Feuchtigkeit sich in relativ kühleren Bereichen innerhalb
der Packung ansammelt und eine verdichtete Schicht bildet, in der sich zwischen
den Fasern Bindungen ausgebildet haben. Die Feuchtigkeit trägt zur Ausbildung der
Bindungen bei, so daß die ausgeprägteste Bindung in dem relativ kühleren Bereich
der Packung stattfindet, wo sich eine relativ größere Menge Feuchtigkeit ansammelt.
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Wenn eine der Packungsoberflächen unter Druck einer relativ niedrigeren
Temperatur als die entgegengesetzte Oberfläche ausgesetzt wird, dann bildet sich
die wärmeinduzierte,verdichtete,gebundene Schicht oder der wärmeinduzierte,verdichtete,
gebundene Bereich näher an der Packungsoberfläche aus, die der relativ niedrigeren
Temperatur ausgesetzt ist (Fig. 4). Um die wärmeinduzierte, verdichtete, gebundene
Schicht oder den wärmeinduzierten,verdichteten, gebundenen Bereich an der Packungsoberfläche
mit der relativ niedrigeren Temperatur zu erzeugen, muß zwischen den Packungsoberflächen
ein
Temperaturunterschied aufrechterhalten werden, der vorzugsweise mindestens etwa
22 K beträgt. Wenn beide Packungsoberflächen unter Druck etwa derselben erhöhten
Temperatur ausgesetzt werden, dann wird die verdichtete Schicht oder der verdichtete
Bereich etwa in der Nähe einer Mittelebene der Packung erzeugt (Fig. 5). Wenn die
Packung bei Atmosphärendruck komprimiert wird, wird vorzugsweise mindestens eine
Packungsoberfläche oberhalb etwa 270C und beide Packungsoberflächen unterhalb etwa
99°C gehalten.
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Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, werden locker verdichtete Zellstoffpackungen
10 hergestellt aus einzelnen Zellulosefasern aus einer Mühle nach dem Blasvliesverfahren
und zwischen erste und zweite Druckeinrichtungen,wie z.B. die Druckplatten 72 und
14 einer Kompressionspresse, gebracht. Die Druckplatten 12 und 14 verfügen über
elek trische Widerstandsheizungen, die einen vorgegebenen Temperaturpegel aufrecht
erhalten können. Außerdem verfügen sie über hydraulische Mittel, die es gestatten,
einen bestimmten Druck ausüben. . Wie in Fig. 3 dargestellt, ist jede Packung 10
anfänglich eine hochporöse, locker verdichtete Zellulosefaserlage, die eine geringe
Kohäsionsfestigkeit, eine relativ geringe Kapillarität, eine relativ schlechte Form-
und Volumenfestigkeit und ein relativ geringes Flüssigkeitsrückhaltevermögen hat.
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Eine vorbestimmte Menge eines hydrokolloiden Materials, wie z.B.
Sarke-Polyacrylnitril (11SpAN", hergestellt von General Mills und im Handel erhältlich
unter der Bezeichnung SGR5025Xtkann in die Schichtung eingebracht werden, indem
die hydrokolloiden Teilchen 15 mit einem Gerät nach Art eines Salzstreuers auf eine
Oberfläche der Packung aufgebracht werden. Die Schichtenstruktur wird dann zwischen
den Druckplatten 12 und 14 gepreßt. Vorzugsweise wird zwischen den Platten ein Tem-
peraturunterschied
aufrechterhalten, wobei die kältere Platte auf die Oberfläche der Packung aufgebracht
wird, die mit den hydrokolloiden Teilchen versehen wurde, wobei diese eine Temperatur
zwischen etwa 27 und etwa 774C hat, und etwa 220 kälter- ist als die andere Platte.
Wie aus Fig 4 ersichtlich: wird dabei längs der Packungsoberfläche,die mit den hydrokollaiden
Teilchen bestäubt wurde,eine verdichtete, gebundene Schicht ausgebildet.
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Das entsprechend der Erfindung eingesetzte absorbierende Teilchenmaterial
besteht aus einer wasserunlöslichen,aber in Wasser quellbaren polymeren Substanz,
die zu mindestens etwa 25 % ihrer Molekularstruktur aus hydrophilen Gruppen besteht
und die in der Lage ist, Wasser in einer Menge zurückzuhalten, die mindestens das
Zehn fache des Gewichtes des Absorbens in trockener Form beträgt, vorzugsweise aber
das Fünfzehn bis etwa Siebzigfache oder noch mehr.
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So seien als Beispiele für absorbierende Teilchenmaterialien im Sinne
der Erfindung genannt: pulverisierte Pfrocopolymere eines wasserunlöslichen Polysaccharids,
wie z.B. Stärke oder Zellulose mit hydrophilen Ketten mit Carboxyl-, Carboxylat-
und/oder Carbamidtragenden Teilen Zur Herstellung von Pfropfcopolymeren dieses allgemeinen
Typs können wasserunlösliche Stärke oder eine Vielzahl von Zellulosefasern als Ausgangsmaterialien
verwendet werden. Typische Zellulosefasern dieser Art sind: Baumwolle, Baumwollinters,
Zellulose, Sisalrückstände, Jute, Reyon und dergl. Die Polysaccharidketten werden
dann modifiziert durch Aufpfropfen einer hydrophilen Kette der allgemeinen Formel
wobei A und B -OR33 -O(Alkalimetall), -OHNH3 oder SNHZ, R1, R2 und R3 Wasserstoff
oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen; r eine ganze Zahl von 0 bis
etwa 5000s s eine ganze Zahl von 0 bis etwa 5000; r + s mindestens 500; P - 0 oder
1; und q eine ganze Zahl von 1 bis 4 fst.
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Bevorzugte hydrophile Ketten sind hydrolisierte Polyacrylnitrilketten
und Copolymerisate von Polyacrylamid und Natriumpolyacrylat. Bei einer anderen bevorzugten
Ausführungsforra der Erfindung können sowohl die ionisierbaren polymeren Teile als
auch die nicht-ionisier baren polymeren Teile auf dasselbe Polysaccharid aufgepfropft
sein Zwar ist der Mechanismus des Aufpfropfens der hydrophilen Kette oder der hydrophilen
Ketten auf eine Stärke oder eine Zellulose nicht im einzelnen bekannt, jedoch wird
angenommen, daß das Pfropfen über freie Radikale abläuft, wobei das freie Radikal
zunächst auf dem Stützmolekül,das als Reduktionsmittel wirkt, abgelagert wird, worauf
sich die hydrophile Kette über eine Kohlenstoffbindung an das Stärke- oder Zellulosereduktionsmittel
anhängt. Das erzeugte Pfropfcopolymere mit einem Zellulosestützmolekül hat die Formel
wobei L die hydrophile Kette der oben angegebenen. Formel I darstellt Das Pfropfcopolymere
mit einem Stärkestutzmolekül ist dem durch Formel II dargestellten sehr ähnlich,
lediglich mit der Ausnahme, daß der Zelluloserest durch einen Stärkerest ersetzt
ist Es ist ein. Merkmal der Erfindung, daß ein wesent-.
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licher Teil der Hydrocolloidteilchen in. der Packung nach Ausbildung
der verdichtetem, gebundenen Schicht fixiert.
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wird, wodurch ein "Herausstauben" der Hydrokolloidteilchen, wie. es.
bei den. bekannten Packungen erfolgt, vermieden wird Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt,
sind einige Hydrokolloidteilchen 15a durch die Wirkung der Fasern 11 in der verdichteten,
gebundenen Schicht 20 durch mechanischen-Einschluß in der Packung 10 fixiert, während
andere hydrokolloide Teilchen 1:5b durch Bindung an Zellulosefasern ii. im wesentlichen
im gesamten Raum der Packung 10. fixiert sind Es wird angenommen, daß die Bindungen
zwischen den hydrokolloiden Teilchen 15b und den Fasern 11 in- derselben Weise und
zur selben Zeit gebildet werden, wie die wärmeinduzierten Faser-Faser-Bindungen
in der Packung.
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Bindungen zwischen Fasern 11 gibt es im wesentlichen in der gesamten
Füllung,am häufigsten Jedoch in den relativ kühleren Bereichen der Packung, wo die
verdichtete, gebundene Schicht gebildet wird. Aufgrund der Shnlichkeit der Moleknfarstroktnren
der Zellulosefasern und der hydrokolloiden Teilchen erfolgt eine Bindung zwischen
diesen Partikeln durch Anwendung von Wärme und Druck, wodurch die hydrokoiioiden
Teilchen in der Packung festgehalten werden. Daher ist es wünschenswert, die verdichtete,
gebundene Schicht in dem Bereich der Packung zu erzeugen, die den größten Anteil
an hydrokolloiden Teilchen enthält. In den Fällen, wo die hydrokolloide Teilchen
auf eine Oberfläche der Packung aufgestäubt werden, ist es aus diesem Grunde wünschenswert,
die relativ kältere Seite der Preßeinrichtung auf diese Oberfläche aufzubringen.
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Andere hydrokolloide Teilchen werden in der Packung iG durch die
Wirkung der Fasern 11 bei Ausbildung der verdichteten Schicht 20 durch mechanischen
Einschluß festgehalten. Dabei erfolgt im wesentlichen der gesamte mechanische Einschluß
in der verdichteten Schicht 20, wo die Dichte der Fasern 11 so ist, daß die hydrokolloiden
Teilchen 15a an ihren Orten einfach aufgrund einer Vielzahl der Fasern 11 festgehalten
werden.
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Die erfindungsgemäße wärmeinduzierte, verdichtete Schicht ist insofern
vorteilhafter als die wasserindus zierte, verdichtete Schicht von Burgeni, weil
sich durch die Wärmeinduktion im Vergleich zu der hautähnlichen Schicht von Burgeni
eine diffusere Schicht ausbildet.
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Das hat zur Folge, daß eine größere Menge hydrokolloider Teilchen
durch Bindung und/oder mechanischen Einschluß fixiert werden kann.
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Der Feuchtigkeitsgehalt,der notwendig ist', um eine verdichtete,
gebundene Schicht auszubilden, hängt von der Temperaturdifferenz zwischen den Oberflächen
der Packung, vom Grundgewicht der Packung und von der gewünschten Dicke und Dichte
der verdichteten Schicht ab. Vorzugsweise hat die Packung oder Füllung einen Feuchtigkeitsgehalt
von mindestens etwa 2,5 Gew.-% In jedem Fall jedoch sollte der Feuchtigkeitsgehalt
der Blaspackung oder -füllung ausreichend sein, um die Ausbildung einer verdichteten
Schicht zu ermöglichen, wenn die Feuchtigkeit innerhalb der Packung oder Füllung
in der hier beschriebenen Weise in einem vorbestimmten Bereich konzentriert ist.
Wenn nötig, kann der Feuchtigkeitsgehalt der Packung oder Füllung erhöht werden,
indem die Packung oder Füllung vor der Verdichtung bei erhöhten Oberflächentemperaturen
einer feuchten Atmosphäre,einem feinen Wassernebel oder einem Sprühnebel,d;er in
die Packung eindringt, oder Dampf ausgesetzt wird.
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Der Verdichtungsdruck1 dem die Packung unterworfen wird, kann innerhalb
eines weiten Bereiches schwanken, sollte jedoch mindestens bei etwa 2 kg/cm2 und
vorzugs weise im Bereich von etwa 6 kg/cm2 bis etwa 10 kg/cm2 liegen. Die Zeitdauer,
während der die Packung.Annter Druck gehalten wird ist eine weniger wichtige Variable,
da festgestellt leurdev daß eine Erhöhung der Druckzeit von 3 auf 30 Sekunden die
Eigenschaften der Packung nicht wesentlich verändert.
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Die erfindungsgemäße wärmeinduzierte, verdichtete, gebundene Schicht
kann in einer Zellulosepackung erzeugt werden, gleichgültig, ob Hemizellulosen vorliegen
oder nicht. Darüberhinaus können die Zellulosepackungen auch natürliche oder synthetische
Fasern, wie Seide, Wolle, Leinen, Nylon und/oder Zelluloseacetatfasern in Kombination
mit den Zellulosefasern enthalten, solange die
Zellulosefasern
mindestens etwa 50 Gew.-% der Packung ausmachen , Wie in der gleichzeitig eingereichten
US-Patentanmeldung Serial No. 695,682 von Aberson et al. beschrieben, kann in Blaspackungen
eine verdichtete, gebundene Schicht erzeugt werden, indem diese Packungen einem
vorbestimmten Druck bei vorbestimmten Temperaturen auf beiden Oberflächen für eine
vorbestimmte Zeitdauer unterworfen werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, entstand in einer
Probeblaspackung mit einem Feuchtigkeitsgehalt von ungef§r 5 bis 6 Gew.-% nach einer
Preßzeit von 3 Sekunden eine gebundene Schicht an der Packungsoberfläche,die mit
der kälteren Druckplatte in Berührung war, wenn mindestens eine der Platten auf
über Raumtemperatur erhitzt war und zwischen den beiden Packungsoberflächen eine
Temperaturdifferenz von mindestens 22 Xaufrechterhalten wurde.
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Wenn beide Platten auf dieselbe erhöhte Temperatur zwischen etwas
über Raumtemperatur und etwa 990C gebracht wurden, dann bildete sich eine gebundene
Schicht etwa in der Mittelebene der Packungen aus, wie in Fig. 5 dargestellt.
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Wenn jedoch eine Packung bei etwa 1430C (3000F)-bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt
von annähernd 0 % getrocknet worden war und anschließend zwischen den Platten 12
und 14 gepreßt wurde, wobei die Platte 12 bei etwa 990c und die Platte 14 bei etwa
770C gehalten wurde, konnte an den Packungsoberflächen keine gebundene Schicht beobachtet
werden. Es wird deshalb angenommen, daß die ursprünglich in der Packung vorhandene
Feuchtigkeit,zB. zwischen 5 und 6 Gew.-% der Blaspackung, zur Ausbildung der Faserbindung
beiträgt und daß die zwischen den Platten geschaffene Temperaturdifferenz dazu führt,
daß die Feuchtigkeit in Richtung auf die Oberfläche der kälteren Platte wandert
und sich dort konzentriert. Wenn die Platten auf der-
selben erhöhten
Temperatur gehalten werden, wird angenommen, daß die Feuchtigkeit sich in einer
Nittelebene der Packung konzentriert, wo sich dann eine wärmeinduzierte, verdichtete,gebundene
Schicht ausbildet.
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Wie weiter unten im einzelnen beschrieben wird, erhöht die erfindungsgemäße,
wärmeinduzierte, gebundene Schicht die Festigkeit der Packung. Außerdem bilden in
der Packung vorliegendewnicht zerkleinerte Zelluloseklumpen Orte hohen Basisgewichts,
die während des Preßvorganges einer beträchtlichen Spannung unter worfen werden.
Nach Aufhebung des Druckes neigen diese Orte dazu, in verdichtetem Zustand zu verharren,
und sind als relativ flache, dichte, komprimierte Faserbereiche in der Packung erkennbar
während der Fasern flaum in der Umgebung entspannt wird und sich wieder ausdehnt.
Die mit,der nicht zerkleinerten Zellulose in Zusammenhang stehenden kompakten Flächen
oder Bereiche können innerhalb oder außerhalb der verdichteten1 gebundenen Schicht
liegen und wirken wie Niete f diadie.
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die Stabilität der Packung erhöhen, so daß es in manchen Fällen wünschenswert
ist,einen gewissen Anteil an Klumpen in der Packung zu haben.
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Änderungen des Preßdruckes beeinflußten die Ausbildung der verdichteten,gebundenen
Schicht 20 beträchtlich, wenn die Verdichtung bei erhöhter Temperatur vorgenommen
wurde. Bei Raumtemperatur ließ sich jedoch nur ein kleiner Effekt durch eine Erhöhung
des Preßdruckes beobachten Die am wenigsten bedeutsame Variable hinsichtlich ihres
Einflusses auf die Ausbildung der verdichteten, gebundenen Schicht 20 war die Zeit,
während der der Druck ausgeübt wurde Eine 10-fache Erhöhung der Druckzeit (von 3
Sekunden auf 30 Sekunden) führte nur zu einer relativ geringfügigen Erhöhung der
Festigkeit der Packung 10.
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Wie außerdem in der oben erwähnten Parallelanmeldung beschrieben,
hat die Temperatur einen wesentlichen Einfluß auf die Ausbildung der verdichteten,
gebundenen Schicht 20 in der Packung 10 Wenn beide Platten dieselbe Temperatur hatten,
erreichten die Packungen eine optimale Festigkeit, wenn die Platten, und damit auch
die Packungsoberflächen, bei einer Temperatur von etwa 990c gehalten wurden. Es
wird angenommen, daß bei Plattentemperaturen über 990C (d.h. bei oder ungefähr beim
Siedepunkt des Wassers bei Umgebungsdruck) unter den Versuchsbedingungen keine Feuchtigkeitskonzentration
stattfindet, was zu einer Abnahme der Zugfestigkeit führt Wenn die Platten verschiedene
Temperaturen hatten, dann bildete sich die verdichteter gebundene Schicht 20 in
der Nähe der kälteren Platte. Wie festgestellt werden konnter bildete sich die stärkste,
verdichtete, gebundene Oberflächenschicht dann aus, wenn eine Platte bei einer Temperatur
von etwa 990C und die gegenüberliegende Platte bei einer Temperatur von 770C gehalten
wurde. Wenn die Temperatur einer der Platten 990C überschreitet, dann fällt die
Festigkeit der Packung stark ab.
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Die mit Druckplatten verschiedener Temperaturen erzeugte erfindungsqemäße,
verdichtete, gebundene Oberflächene schicht 20 war glatt und ähnelte in mancher
Hinsicht den wasserinduzierten, gebundenen Oherflächenschichten von Burgeni, die
sich z. B. ausbilden, wenn man 1 g Wasser auf Packungen auf sprüht, die eine Fläche
von 27,34 x 35,56 cm habenttZ bis 14 inch). Im Gegensatz zu den Burgeni-Schichten
waren jedoch die Packungen, die- nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt waren,
nicht so starr und zeigten außerdem neben der verdichteten Schicht beachtliche Ubergangsbereiche.
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Wenn eine Platte auf etwa 99°C, die andere auf etwa 77-0C
erhitzt
war, dann waren die Packungen mit 271,2 g/m2 ("eight ounce per square yard") mit
einer wärmeinduzierten, verdichteten gebmidenen Oberflächenschicht mindestens so
fest wie die gleichen Packungen mit Burgeni-Schichten. Bei Packungen mit einer Burgeni-Schicht
waren die Packungen mit einem Basisgewicht von 135,6 g/m2 ("four ounces per square
yard") in ihrer Konsistenz fester als die Packungen nit einem Basisgewicht von 271,2
g/m2. Bei den Packungen mit den erfindungsgemäßen, wärmeinduzierten, verdichteten,
gebundenen Schichten war es jedoch so, , daß die Packungen mit einem Basisgewicht
von 271,2 g/m2 eine größere Festigkeit besaßen als die mit einem Basisgewicht von
135,6 g/m2 Dies deutet darauf hin, daß die Anwesenheit von Feuchtigkeit im Blasfaserflaum
von größter Wichtig keit ist, da in den Packungen mit 271,2 g/m2 eine größere absolute
Menge Feuchtigkeit verfügbar ist, die sich dann in der Ebene, wo die verdichtete,
gebundene Schicht gebildet wird, konzentrieren kann.
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Bei der Bestimmung der Naßfestigkeiten einiger Packungen wurde festgestellt,
daß Packungen mit einer Burgeni-Schicht und Packungen mit den stärksten wärmeinduzierten,
verdichteten, gebundenen Schichten eine Naßfestigkeit zeigten, die mit der einer
ungebundenen Packung vergleichbar ist. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, daß sowoh1
die Burgeni-Methode als auch die erfindungsgemäße Methode zur Erzeugung wärmeinduzierter,
verdichteter, gebundener Schichten auf der Bildung von Wasserstoffbindungen beruht,
von denen bekannt ist, daß sie zusammenbrechen, wenn der Feuchtigkeitsgehalt zu
hoch wird.
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Zusätzliche Versuche deuteten darauf hin, daß eine wärmeinduzierte,
verdichtete, gebundene Schicht auch in einem Faserflaum erzeugt werden konnte, der
aus nahezu reiner Zellulose ohne thermoplastische
Hemizellulose
bestand. Die verdichtete,gebundene Schicht 20 wurde in einer Zellulosepackung {hergestellt
aus Sulfitpulpe aus Liefern aus dem Süden der VereinigtenStaaten und im Handel erhältlich
unter der Bezeichung "Placetate-F" von der ITT Rayonier, Inc.) mit einem Bas7sgewicht
von 440,3 gym2 ("13,0 ounces per square yard") und einem alpha-Zellulosegehalt von
mehr als 98%, dh also praktisch frei von Hemizellulosen hergestellt Die Ausbildung
der verdichteten, gebundenen Schicht deutete darauf hin, daß die Anwesenheit von
Hemizellulosen für die Ausbildung der Bindung nicht wesentlich ist. Die Placetate-F-Packung
wurde dann mit einer anderen Zellulosepackung (hergestellt aus Sulfatpulpe aus Kiefern
aus dem Süden der Vereinigten Staaten und im Handel erhältlich unter der Bezeichnung
Rayfloc-J" von der ITT Rayonier, Inc.) mit einem Basisgewicht von 274,6 g/m2 ("8
ounces per square yard") und einem alpha-Zellulosegehalt von ungefähr 88%, also
einem relativ hohen Hemizellulosegehalt,verglichen.
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Der Zelluloseflaum aus Placetate-F hatte eine Zugfestigkeit,die etwa
gleich war der aus der Packung aus Rayfloc-J. Die Packungen aus Placetate-F haben
jedoch ein höheres Basisgewicht Da das Verfahren der wärmeinduzierten Bindung in
einer Packung eine verdichtete, gebundene Schicht in trockenem Zustand erzeugt,
ist es möglich, die thermoplastische Polyäthylenstützschicht durch Einwirkung von
Wärme mit der verdichteten Schicht der Packung zu verbinden.
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Nach Erzeugung einer wärmeinduziertenl verdichteten, gebundenen Schicht
in der Packung in der Nähe der kälteren Platte wurde an einer der Platten eine Prägeplatte
angebracht und die Platte auf 110 bis 115,50C (230 bis 240°F)erhitzt,da die Erweichungstemperatur
des Polyäthylens bei etwa 1130 C (235°F)liegt. Gleichzeitig wurde die gegenüberliegende
Platte auf etwa 990C erhitzt, um die Ausbildung einer
wärmeinduzierten,
gebundenen Schicht auf der Rückseite der Packung zu verhindern Die Packung wurde
nun mehr zwischen den Platten verpreßt, wobei das Polyäthylenblatt auf der Prägeplatte
und die verdichtete, gebundene Schicht der Packung auf dem Polyäthylenblatt auf
lagen.
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Der Druck lag bei etwa 1 kg/cm2. Die Verbindung des Polyäthylenblattes
mit der verdichteten, gebundenen Schicht der Packung sollte vorzugsweise schnell
vorgenommen werden, um ein Schrumpfen des Polyäthylenblattes zu verhindern.
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Die Absorptionskapazität der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Packungen wurde durch Messung der Maximalmenge von 1,7%iger wässriger
NaCl-Lösung gemessen, die unter einer gegeben Belastung von einer Zellulosepackung
zurückgehalten wurde. Sowohl eine Erhöhung. der Temperatur als auch eine Erhöhung
der bei der Ausbildung der wärmeinduzierten, verdichteten, gebundenen Schicht in
einer Packung herrschenden Spannung führte zu einer Verminderung der Flüssigkeitsrückhaltekapazität
der Packung. Vom Standpunkt der Flüssigkeitsrückhaltekapazität wurden die wüns chenswertesten-
Eigenschaften dann- erreicht, wenn eine Platte bei einer Temperatur zwischen ungefähr
17 und ungefähr 93°C und die andere Platte bei etwa Raumtemperatur gehalten wurde.
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Die Beziehung zwischen der Flüssigkeitsabsorptionskapazität der Packungen
und der Trockenzugfestigkeit ist derart, daß eine Zunahme der Trockenzugfestigkeit
eine Abnahme der Absorptionskapazität der Packung bedingt. Die niedrigste Absorptionskapazität
bei einer gegebenen Trockenzugfestigkeit wird dann erreicht, wennbeide Platten auf
derselben erhöhten Temperatur gehalten werden.
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Es muß festgehalten werden, daß die Fähigkeit einer
Packung,Flüssigkeit
zu verbreiten und zu verteilen, ein anderer wichtiger Punkt ist, der bei der Beurteilung
der Absorptionsfähigkeit einer Packung berücksichtigt werden muß. Packungen mit
wärmeinduzierten, verdichteten, gebundenen Schichten zeigen eine Fähigkeit, Flüssigkeit
in sich zu verteilen, die mindestens mit der der bekannten Packungen mit Burgeni-Schichten
vergleichbar ist.
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Packungen, die hydrokolloide Teilchen enthielten und wärmeinduzierte,
verdichteter gebundene Schichten hatten, zeigten eine ähnliche Fähigkeit zur Verteilung
von Flüssigkeit, hielten aber die Flüssigkeit besser zurück.
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Um die Fähigkeit einer Packung,Flüssigkeit auszubreiten und zu verteilen;
zu testen, wurden Windelpackungen in einer Größe von 27,94 x 35,56 cm auf einen
Polyäthylenfilm gelegt, wobei die verdichtete, gebundene Schicht näher am Film lag
Dann wurde, parallel zur Packung breite und durch das Zentrum der Packung eine Linie
gezogen, um die Packung in zwei gleiche Hälften zu teilen. Auf jeder Hälfte wurden
zwei Linien gezogen, und zwar eine Linie parallel zur Zentrallinie in einem Abstand
von 5,08 cm(2 inch.) und die andere Linie.in einem Abstand von 10,16 cm (d inch.-)
von der Zentralljnie. Auf. diese Weise wurde die 35,56 cm lange Packung in 6 Sektionen
eingeteilt, wobei die am weitesten von der Zentrallinie entferntesten Endsektionen
7,62 x 27,94 cm und die 4 Sektionen zwischen den Endsektionen 5,08 x 27,94 cm maßen.
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An der Zentrallinie parallel zur Breite wurde dann die Packung in
einem Winkel von 600 geknickt und in eine solche Lage gebracht, daß die Packung
und der Polyäthylenfilm zu einer Hälfte horizontal lagen und zur anderen Hälfte
in einem Winkel von 600 dagegen geneigt waren.
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Auf dem teilweise geneigten Stück der Packung wurde dann ein Stück
Windelfutter gefaltet.
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Mit Hilfe einer Bürette wurde eine gefärbte wäßrige Salzlösung auf
das Zentrum der 600 Falte aufgebracht und zwar in Abständen von 3 Minuten 3 Portionen
a 50 ml. 3 Minuten nach Aufbringung des letzten Flüssigkeitsanteils wurde das Futterblatt
entfernt und die nasse Packung längs der auf der Packungsoberfläche gezogenen fünf
Linie zerschnitten. Die sich ergebenden sechs Packungsabschnitte wurden einzeln
gewogen, im Ofen getrocknet und wiederum zur Bestimmung der. in jedem Abschnitt
absorbierten Menge Flüssigkeit gewogen. Auf diese Weise wurde das tatsächliche Gewicht
der gewanderten Flüssigkeit für jeden Abschnitt be stimmt.
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Die Daten in Tabelle I (siehe unten) geben das Gewicht der in jedem
Packungsabschnitt aufgefundenen Flüssigkeit wieder und zwar ausgedrückt als Prozentsatz
des Gesamtgewichtes der während des Versuches zugefügten Flüssigkeit. Die Spalten
1 in Tabelle I enthalten die Ergebnisse der 5,08 cm x 27,94 cm messenden Abschnittel
die der Zentralfalte am nächsten lagen; die Spalten 2 geben die Resultate der nächsten
Abschnitte wieder, die 5,08 cm x 27,94 cm maßen; und die Spalten 3 geben die Ergebnisse
der Abschnitte in den Größen 7,62 cm x 27,94 cm wieder. Die wärmeinduzierten verdichteten
gebundenen Schichten in den Packungen ohne hydrokolloide Teilchen und in den Packungen
mit hydrokolloiden Teilchen wurden so hergestellt, daß die obere Platte auf 29,5°C(85°
F) und die andere auf 9600 (2050 F)gehalten -wurde und der. Druck 8,5 kg/cm2 betrug.
Die wasserinduzierte Burgeni-Schicht wurde bei einem Druck von 8,5 kg/cm2 und mit
einer beidseitigen Temperatur von 270C erzeugt, wobei auf die Packung von 27,94
cmx 35,56 cm lg Wasser gesprüht wurde.
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Aus der Sicht der Flüssigkeitsverteilung oder der Dochtwirkung eines
Materials ist die beste Packung diejenige, die die meiste Flüssigkeit außerhalb
des Mittelabschnitts der Packung absorbieren kann, ins besondere in der geneigten
Ebene aufwärts gegen die dagegen wirkenden Schwerkräfte. Hinsichtlich der Dochtwirkung
wurden Cellulosepackungen aus Rayfloc-J mit einem Basisgewicht von 275 g/m2 untersucht.
Die Daten sind in Tabelle I wiedergegeben. Die Daten in den drei obersten Zeilen
der Tabelle I zeigen, daß das Ausmaß der Flüssigkeitsverteilung oder der Dochtwirkung
in Packungen mit einer wärmeinduziertell,verdichteten,gebundenen Schicht mit und
ohne hydrokolloide Teilchen etwa gleich war der in Packungen mit wasserinduzierten
Burgeni-Schichten. Die Packungen wurden in der Platten presse unter einem Druck
von 8,5 kg/cm2 rder drei Sekunden aufrechterhalten wurde, hergestellt. Ähnliche
Resultate wurden mit Packungen erzielt, die unter anderen Druckbedingungen hergestellt
worden waren.
Tabelle I Vergleich der in verschiedenen Packungen
absorbierten Flüssigkeitsmengen
| Packungsbeschreibung Gew.-% absorbiert, bezogen auf Packung
Zugfestigkeit |
| geneigte Packung waagerechte Packung g/cm Breite |
| 3 2 1 1 2 3 |
| wärmeinduzierte Schicht 8 10 17 20 19 26 --- |
| mit SPAN-Hydrokolloid |
| wärmeinduzierte Schicht 7 10 18 21 17 27 207 |
| wasserinduzierte Schicht 6 9 18 21 19 27 142 |
| Packung mit aufgeprägtem 2 8 20 25 23 22 --- |
| Polyäthylen |
Packungen mit einer wänmeinduziertenßverdichteterJ, gem bundenen
Schicht 20 können auch mit hoher Geschwindigkeit hergestellt werden, wenn man als
erste und zweite Druckeinrichtungen obere und untere Kalanderrollen 32 und 34 (Fig.
63 anstelle der oberen und unteren Platten 12 und 14 (Fig. 1 und 23 verwendet. Die
Kalanderrollen können wie gewünscht erhitzt oder gekühlt werdenlum auf. den Packungsoberflächen
die notwendigen Temperaturbedingungen zu schaffen. Wenn beide Kalanderrollen auf
derselben Temperatur gehalten werden, werden in den Pakkungen 10 verdichtete,gebundene
Schichten längs einer Mittelebene der Packung erzeugt, wogegen, wenn eine der Kalanderrollen
eine relativ höhere Temperatur als die andere hat, die verdichteten,gebundenen Schichten
in der Nähe der Oberfläche der Packung erzeugt werden, die mit der kälteren Kalanderrolle
in Kontakt steht.
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Unter den statischen Bedingungen der Plattenpresse (Fig. 1 und 2)
ist die Oberflächentemperatur der Platten sehr nahe an der Oberflächentemperatur
der Packung, d.h. wenn für die Herstellung wärmeinduzierter,verdi.chteter Schichten
eine Plattenpresse verwendet wird, kann die Temperatur der Plattenoberfläche als
Ober flächentemperatur der angrenzenden Packung angenommen werden. Unter den dynamischen
Bedingungen eines Kalanderbetriebes mit kontinuierlichem Drehen kann jedoch eine
höhere Rollenoberflächentemperatur notwendig sein und zwar in Abhängigkeit von der
Kontaktzeit mit den Packungsoberflächen, um sicherzustellen, daß genügend Wärme
in die Packung eindringt, um die in der Blaspackung-vorhandene Feuchtigkeit in der
Bindungsebene, wo die verdichtete, gebundene Schicht gebildet wird, zu konzentrieren.
Da die Geschwindigkeit des Wärmeübergangs proportional zu der Temperaturdifferenz
zwischen jeder Kalanderrolle und der Packung ist, ist die
optimale
Oberflächentemperatur jeder Kalanderrolle eine Funktion der Geschwindigkeit, mit
der die Packung zwischen den Kalanderrollen hindurchläuft und kann für gegebene
Betriebsparameter leicht festgestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung kann auch in Kombination mit wasserinduzierten,
verdichteten Schichten, wie sie von Burgeni in den oben erwähnten Patenten gelehrt
werden, verwendet werden. Wenn z.B auf die Seite der Packung, die mit der relativ
kälteren Platte oder Kalanderrolle in Kontakt steht, Wasser aufgesprüht wird, dann
wird auf dieser Oberfläche eine dichte,wasserinduzierte, 1.auf ähnliche Schicht
und darüberhinaus eine relativ diffusere, wärmeinduzierte, dichte Schicht in der
Packung zwischen den Oberflächen erzeugt.
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Die Erfindung läßt sich noch weiteren Anwendungszwecken.
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zuführen. Die Erfindung ist durch die in den Zeichnungen und in der
Beschreibung detailliert dargestellten vorzugsweisen Ausführungsformen lediglich
beispielhaft dargestellt,um die ihr zugrundeliegenden Prinzipien darzulegen.
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L e e r s e i t e