DE3313344C2

DE3313344C2 - Verfahren zur Herstellung eines Absorptionsmaterials und seine Verwendung

Info

Publication number: DE3313344C2
Application number: DE3313344A
Authority: DE
Inventors: Miroslav Dipl.-Chem. Dr. 4150 Krefeld Chmelir
Original assignee: Chemische Fabrik Stockhausen GmbH
Current assignee: Stockhausen GmbH and Co KG
Priority date: 1981-10-16
Filing date: 1983-04-13
Publication date: 1987-04-23
Also published as: DE3313344A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Absorptionsmaterials für Wasser, wäßrige Lösungen und wäßrige Körperflüssigkeiten, das aus einem auf oder in einem Träger dauerhaft fixierten Absorptionsmittel besteht und das hergestellt wird, indem der Träger mit dem teilweise gequollenen Absorptionsmittel behandelt und anschließend getrocknet wird. Die teilweise Quellung des Absorptionsmittels wird ausschließlich mit Wasser, das heißt in Abwesenheit eines organischen Lösungsmittels, vorgenommen. Die teilweise Quellung des Absorptionsmittels kann durch die Wasserkonzentration bei der Herstellung des Absorptionsmittels gesteuert werden. Bei Aufbringen des Absorptionsmittels zwischen zwei Lagen eines Trägers, die Vertiefungen aufweisen, erfolgt die teilweise Quellung nach dem Aufbringen. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des so hergestellten Absorptionsmaterials in Wegwerferzeugnissen für hygienische, chirurgische oder andere medizinische Zwecke zur Aufnahme und/oder Zurückhaltung von Wasser und nachfolgender gesteuerter Abgabe von Wasser oder darin gelösten Komponenten an andere Körper, zum Beispiel Pflanzen sowie schließlich als Filtereinlage bei Rauchartikeln zur Aufnahme von im Rauch enthaltenen Destillationsprodukten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abänderung des Verfahrens zur Herstellung eines Absorptionsmaterials nach Patent 31 41 098 sowie die Verwendung dieses Absorptionsmaterials als Absorptionsmittel für Wasser, Wasserdampf, wäßrige Lösungen, wäßrige oder seröse Körperflüssigkeiten wie Urin oder Blut sowie zur Aufnahme Zurückhaltung und späteren gesteuerten Abgabe von Wasser, wäßrigen Lösungen und/oder den darin gelösten Komponenten an andere Körper.
Gegenstand von Patent 31 41 098 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Absorptionsmaterials, das aus einem auf oder in einem Träger dauerhaft fixierten Absorptionsmittel besteht, welches durch Behandlung des Trägermaterials mit dem teilweise gequollenen Absorptionsmittel und anschließende Trocknung erhalten wird. Die Quellung des Absorptionsmittels wird dabei in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels, bevorzugt mittels eines wasserhaltigen organischen Lösungsmittels, vorgenommen.
Die Verwendung eines organischen Lösungsmittels bei der Herstellung des Absorptionsmaterials setzt jedoch voraus, daß die Verarbeitung in einem geschlossenen und explosionsgeschützten System erfolgt. Es wäre daher eine Verfahrensweise erwünscht, bei der ein Absorptionsmaterial mit gleichem, möglichst hohem Absorptionsvermögen hergestellt werden könnte, die ohne Verwendung eines organischen Lösungsmittels auskommt.
In der DE-OS 30 37 507 wird ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen absorbierenden Materials aus Cellulosefasern und hydrocolloidalem Material beschrieben, bei dem das hydrocolloidale Material in Wasser vollständig gequollen ist. Aufgrund des hohen Quellvermögens des hydrocolloidalen Materials in der wäßrigen Faserstoffaufschlämmung liegt deren Feststoffgehalt an Faser sehr niedrig (0,1% und kleiner). Erwünscht wäre jedoch, auch mit hohen Faserstoffkonzentrationen arbeiten zu können.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäßen Abänderungen des Verfahrens nach Patent 31 41 098 dadurch gelöst, daß man ein teilweise gequollenes Absorptionsmittel verwendet, dessen Quellung ausschließlich mit Wasser vorgenommen wurde, wobei man den Quellungsgrad des Absorptionsmittels durch die Wasserkonzentration bei seiner Herstellung in einem Bereich von 30 bis 95%, vorzugsweise 60 bis 90%, bezogen auf das Absorptionsmittel/ Wasser-Gemisch steuert.
Als geeignete Absorptionsmittel kommen die wasserquellbaren Polymeren oder Copolymeren auf der Basis von (Meth-)Acrylsäure oder (Meth)-Acrylsäurederivaten in Frage, wobei es sich hierbei in erster Linie um die Homo- oder Copolymeren der Acryl-, Methacryl-, Acrylamidomethylpropansulfonsäure, der Salze dieser Säuren, des Acryl- oder Methacrylamids untereinander oder mit Vinylpyrrolidon und/oder Vinylacetat handelt. Die vorstehenden Polymeren können durch einen mindestens bifunktionellen Vernetzer vernetzt sein, damit sie in Wasser nur quellbar, aber nicht löslich sind. Alle diese Polymeren werden nach bekannten Verfahren hergestellt, wobei die Polymerisation in der Lösung, in der Emulsion oder in der Suspension durchgeführt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Quellungsgrad des Absorptionsmittels durch den Wassergehalt bei der Herstellung des Absorptionsmittels gesteuert. Obwohl die verwendeten Absorptionsmittel das Zweihundert- bis Dreihundertfache ihres Eigengewichts an Wasser aufnehmen, kann man eine partielle Quellung durch Verwendung von weniger Wasser als es dem maximalen Absorptionsvermögen der Produkte entspricht bei der Herstellung der Monomerlösung für die Polymerisation erreichen. Meistens wird die Polymerisation mit einer Monomeren- Konzentration von 5 bis 90 Gew.-% und vorzugsweise von 10 bis 40 Gew.-% durchgeführt, wobei ein Gel entsteht, das das teilweise gequollene Absorptionsmittel enthält. Der Quellungsgrad wird durch die Konzentration des Lösungsmittels (Wasser) gesteuert. Bevorzugt wird ein Quellungsgrad im Bereich von 30 bis 95, vorzugsweise 60- 90%, bezogen auf das Absorptionsm./Wasser-Gemisch, eingestellt. Die Polymerisation wird bevorzugt so geführt, daß das entstandene Polymergel neben den vernetzten wasserunlöslichen Anteilen noch unvernetzte, wasserlösliche Polymeranteile enthält. Das wenigstens teilweise gequollene Absorptionsmittel wird dann in einen teilchenförmigen Träger, der bevorzugt ein Faserstoff wie Cellulose oder eine Textilfaser ist, eingearbeitet und getrocknet. Bei dieser Herstellungsweise wird zweckmäßig der Faserstoff meistens in Pulverform dem partiell gequollenen Absorptionsmittel zugemischt. Die Trocknung erfolgt bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei 80 bis 130°C.
Überraschenderweise wirkt das teilweise aufgequollene Polymere durch seine wasserlöslichen Polymeranteile gleichzeitig als Bindemittel und Trockenverfestiger für den Faserstoff des Trägermaterials, so daß ein Absorptionsmaterial mit einer einstellbaren, im Bedarfsfall außerordentlich hohen Menge Absorptionsmittel ohne die Verwendung eines zusätzlichen Bindemittels, entsteht.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Absorptionsmaterials wird bevorzugt das wenigstens teilweise gequollene Absorptionsmittel auf die Oberfläche eines Trägers, vorzugsweise eines flächenförmigen Trägers, aufgebracht. Der Träger kann hierbei trocken oder ebenfalls angefeuchtet sein. Das Auftragen des gequollenen Absorptionsmittels auf den Träger kann auf beliebige Weise, zum Beispiel durch Aufstreichen, erfolgen, worauf anschließend getrocknet wird. Auch kann das Absorptionsmittel zwischen einen mehrlagigen Träger, bevorzugt zwischen zwei Trägerlagen, eingebracht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem zweilagigen Träger ist, wird die teilweise Quellung des Absorptionsmittels nach dem Auf- bzw. Einbringen des Absorptionsmittels auf den Träger bzw. zwischen die Lagen des Trägers vorgenommen. Das Absorptionsmittel wird hierbei in Pulverform angewendet. Bei Verwendung eines mindestens zweilagigen Trägermaterials weist bevorzugt eine Lage regelmäßige Vertiefungen auf. Diese Lage wird mit dem pulverförmigen Absorptionsmittel bestreut, durch die obere Lage eines aus dem gleichen oder einem anderen Material bestehenden Trägers abgedeckt, worauf bevorzugt diese obere Lage anschließend mit Wasser angefeuchtet wird. Danach wird das Absorptionsmittel zwischen den beiden Trägerlagen durch Anwendung von Wärme und/ oder Druck getrocknet und gleichzeitig fixiert. Dies erfolgt z. B. auf einfache Weise dadurch, daß die beiden Lagen des Trägermaterials mit einer heißen Platte oder einer Walze zusammengepreßt werden. Das Absorptionsmittel wird so zwischen den beiden Trägerlagen in den Vertiefungen fixiert, wobei die beiden Trägerlagen gleichzeitig durch das Absorptionsmittel, das in diesem Fall zugleich als Trockenverfestiger bzw. Bindemittel wirkt, zusammengehalten werden. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, daß ein Flächengebilde erhalten wird, in dem das Absorptionsmittel in punktartigen Anhäufungen regelmäßig verteilt ist. Die Verteilung der punktförmigen Materialansammlungen an Absorptionsmittel kann zum Beispiel durch die Prägewalze bei der Herstellung des Trägers (z. Beispiel bei der Papierherstellung) gesteuert werden.
Überraschenderweise wirken die durch Wasser oder Wasserdampf teilweise aufgequollenen Teilchen des Absorptionsmittels ebenfalls als Bindemittel zwischen den zwei Trägerlagen und gleichzeitig auch als Trockenverfestiger für den Faserstoff des Trägermaterials. Die Hauptmenge des Absorptionsmittels befindet sich in den Vertiefungen des Trägermaterials fest eingeschlossen, so daß ein Flächengebilde mit einstellbarer, im Bedarfsfall außerordentlich hoher Menge Absorptionsmittel entsteht, wobei auch eine verbesserte Trockenfestigkeit und Griffigkeit des Trägermaterials resultiert. Man erhält also, je nachdem wie das Absorptionsmittel zwischen den Vertiefungen und der glatten Oberfläche des Trägermaterials verteilt ist, ein Laminat mit verbesserter Griffigkeit, in dem das Absorptionsmittel integraler Bestandteil des Flächengebildes ist.
Neben dem Vorteil, der sich aus der Steuerung der Verteilung des Absorptionsmittels auf dem Träger ergibt, liegt also ein wesentlicher weiterer Vorteil darin, daß für die Fixierung des Absorptionsmittels in oder auf dem Trägermaterial im Regelfall keine zusätzlichen Bindemittel erforderlich sind. Es genügt vielmehr die Fixierung allein durch Trocknung und/oder Druckanwendung.
Das erfindungsgemäße Absorptionsmaterial ist aufgrund seiner Zusammensetzung zur Aufnahme und/oder Zurückhaltung von Wasser, Wasserdampf, wäßrigen Lösungen und Körperflüssigkeiten, wie zum Beispiel Urin oder Blut, geeignet, besonders für den Einsatz in absorbierenden Wegwerferzeugnissen wie Babywindeln, Damenbinden, Tampons oder in absorbierenden Erzeugnissen für chirurgische und medizinische Verwendung.
Weiterhin kann das mit Wasser oder wäßrigen Lösungen aufgequollene erfindungsgemäße Absorptionsmaterial zur gesteuerten Abgabe von Wasser und/oder den in Wasser gelösten Komponenten an andere Körper, wie zum Beispiel an Pflanzen, sowie als Nährboden für verschiedene Kulturen, beim gezielten Dosieren der Medikamente und ebenfalls im technischen Bereich (Akkumulatorflüssigkeiten, Filteranlagen usw.) verwendet werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht:

Beispiel 1

In einem Polymerisationsgefäß wurden 328 g Acrylsäure, 2,6 g N,N'-Methylenbisacrylamid in 980 g Wasser gelöst und mit 127,5 g Natriumhydrogencarbonat teilweise neutralisiert. Bei normaler Temperatur wurden die Komponenten des Katalysatorsystems (0,36 g Azobisamidinpropandihydrochlorid, 0,73 g Kaliumpersulfat und 1,34 g Natriumpyrosulfat), gelöst in 150 ml Wasser, zugegeben, wobei adiabatische Polymerisation erfolgte. Das entstandene Polymergel wurde zerkleinert und in einem Mischer mit 33 g pulverförmiger Cellulose B vermischt. Danach wurde das Polymergel getrocknet und gemahlen.
Zur Demonstration der Gebrauchseigenschaften wird das Flüssigkeitsaufnahmevermögen nach dem Demand-Absorbency- Test (W.F. Schlauch, Vortrag Index 1978, Amsterdam) durchgeführt: Das Meßgerät besteht aus einer Bürette, die mit der Modellurinlösung (2,0% NaCl, 0,1% MgSO₄ und 0,06% CaCl₂ aufgelöst in destilliertem Wasser) gefüllt ist, und einem Probetisch, der mit einer an die Meßbürette angeschlossenen Öffnung für den Modellurinlösungsaustritt vorgesehen ist. Auf den mit einem dünnen Vlies (10 × 13,5 cm) bedecktem Probetisch wird 0,5 g des erfindungsgemäßen Produkts in Form einer kreisrunden Fläche von 4,5 cm Durchmesser, zentrisch über dem Flüssigkeitsaustritt, gleichmäßig aufgestreut. Es wird die absorbierende Menge der Modellurinlösung in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Anschließend wurde die Retention durch Belastung des gequollenen Gels mit einem Gewicht von 10 g/cm² nach 5 Minuten ermittelt. Das getrocknete pulverisierte Produkt zeigt folgendes Absorptionsvermögen:

13,6 ml/g nach 60 Sekunden
55,4 ml/g nach 30 Minuten und
37,8 ml/g Retentionswert

Das Polymere ohne Cellulosezusatz (Vergleichsbeispiel) zeigt deutlich langsamere Aufnahmegeschwindigkeit: 5,5 ml/g nach 60 Sekunden.

Beispiel 2

In einem Polymerisationsgefäß werden 328 g Acrylsäure, 33 g Acrylamid und 1,5 g Tetraallyloxethan in 1060 g Wasser gelöst und mit 34,6 g Ammoniumhydrogencarbonat teilweise neutralisiert. Unter Zusatz von 0,6 g Azobisamidinpropandihydrochlorid wurde photochemisch polymerisiert. Das entstandene Polymergel wurde zerkleinert und mit 18 g pulverförmiger Cellulose vermischt. Danach wurde das Polymergel getrocknet, gemahlen und geprüft wie in Beispiel 1.
Das Produkt zeigt folgendes Absorptionsvermögen:

12,0 ml/g nach 60 Sekunden
51,5 ml/g nach 35 Minuten und
35,2 ml/g Retentionswert.

Das Polymere ohne Cellulosezusatz zeigt eine Aufnahmegeschwindigkeit von 4,5 ml/g nach 60 Sekunden.

Beispiel 3

Auf eine Papierlage (Flächengewicht 50 g/m²) mit regelmäßigen Vertiefungen (∅ 1,5 mm, Abstand 3 mm) wurde das mit Tetraallyloxyethan vernetzte Acrylsäure-Polymerisat, das noch 28% wasserlösliche Polymeranteile enthielt, aufgestreut, wobei die Menge des Absorptionsmittels so gewählt wurde, daß die Hauptmenge des Absorptionsmittels in den Vertiefungen war (insgesamt 60 g/m²). Danach wurde die untere Lage mit gleicher Papierlage bedeckt und mit 70 g/m² Wasser besprüht. Die beiden Lagen wurden dann mit heißen Platten zusammengepreßt und getrocknet.
Das Blatt hatte folgende Zusammensetzung:

Cellulosefaser 50 g/m²
Adsorptionsmittel 60 g/m ²
Gesamtflächengewicht 110 g/m²

Das Saugvermögen des erfindungsgemäßen Produkts wurde auf einer Fläche von 16 cm² mit Modellurinlösung (2,0% Harnstoff, 0,9% NaCl, 0,1% MgSO₄ und 0,06% CaCl₂ aufgelöst in destilliertem Wasser) geprüft.
Das Absorptionsvermögen dieses Blattes betrug 35,1 ml/g, wobei die Aufnahmegeschwindigkeit von 29,0 ml/g nach den ersten 60 Sekunden erreicht wurde.
Das Adsorptionsmaterial hat eine um 95% höhere Reißfestigkeit als das benutzte Papiermaterial ohne Absorptionsmittel (Vergleichsbeispiel).

Claims

1. Abänderung des Verfahrens zur Herstellung eines Absorptionsmaterials, das aus einem auf oder in einem Träger dauerhaft fixierten Absorptionsmittel besteht, durch Behandlung des Trägermaterials mit dem teilweise gequollenen Absorptionsmittel und anschließender Trocknung nach Patent 31 41 098, dadurch gekennzeichnet, daß man ein teilweise gequollenes Absorptionsmittel verwendet, dessen Quellung ausschließlich mit Wasser vorgenommen wurde, wobei man den Quellungsgrad des Absorptionsmittels durch die Wasserkonzentration bei seiner Herstellung in einem Bereich von 30 bis 95%, vorzugsweise 60 bis 90%, bezogen auf das Absorptionsmittel/Wasser-Gemisch, steuert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein partikelförmiges wasserfreies Trägermaterial mit dem teilweise gequollenen Absorptionsmittel vermischt und anschließend trocknet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Absorptionsmittel in Form eines teilweise gequollenen Gels auf die Oberfläche eines flächenförmigen Trägers oder zwischen zwei Trägerlagen aufbringt und anschließend trocknet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die teilweise Quellung des Absorptionsmittels nach dem Aufbringen auf das Trägermaterial mit Wasser und/oder Wasserdampf vornimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Absorptionsmittel zwischen zwei Lagen eines Trägers einbringt, die Vertiefungen aufweisen und das Absorptionsmittel zwischen den beiden Trägerlagen durch Trocknung und/oder Druckanwendung fixiert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Absorptionsmittel ein wasserquellbares, synthetisches Polymeres oder Copolymeres, bevorzugt ein solches, das neben den vernetzten, wasserunlöslichen noch mindestens 10 % unvernetzte, wasserlösliche Polymeranteile enthält, verwendet.

7. Verwendung des Absorptionsmaterials nach Ansprüchen 1 bis 6 zur Aufnahme und/oder Zurückhaltung von Wasser, Wasserdampf und/oder wäßriger Lösungen, insbesondere von wäßrigen und serösen Körperflüssigkeiten wie Urin oder Blut, in absorbierenden Wegwerferzeugnissen für hygienische, chirurgische und andere medizinische Zwecke wie Babywindeln, Tampons und Damenbinden.

8. Verwendung des Absorptionsmaterials nach Ansprüchen 1 bis 6 zur Aufnahme und/oder Zurückhaltung von Wasser oder wäßrigen Lösungen und zur nachfolgenden gesteuerten Abgabe von Wasser und/oder der in Wasser gelösten Komponenten an andere Körper, als Nährboden für verschiedene Kulturen, beim Dosieren von Medikamenten, für Akkumulatorflüssigkeiten oder Filteranlagen.

9. Verwendung des Absorptionsmaterials nach Ansprüchen 1 bis 6 als Filtereinlage bei Rauchartikeln wie Zigaretten, Zigarren oder Tabakpfeifen zur Aufnahme von im Rauch enthaltenen Destillationsprodukten.