DE60022401T2

DE60022401T2 - Hydrophile binderfasern

Info

Publication number: DE60022401T2
Application number: DE60022401T
Authority: DE
Inventors: Daniel Fu-Jya TSAI; C. Brigitte WERTHEIM
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: AU2053201A; US6218009B1; MXPA02005412A; EP1252378B1; WO2001040555A2; WO2001040555A3; EP1252378A2; DE60022401D1; KR100671371B1; AR026671A1; CN1433489A; AU776472B2; BR0015929A; JP2003515681A; KR20020060768A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine hydrophile Binderfaser. Diese Fasern können hergestellt werden durch gemeinsames Verspinnen eines Polyolefin-Kernmaterials und eines gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischungs-Hüllenmaterials. Die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung umfasst eine Mischung aus einem aliphatischen Polyesterpolymer, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinat-Polymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, einem Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer dieser Polymeren; einer Multicarbonsäure; und einem Netzmittel, deren Komponenten nicht miteinander reagieren. Die hydrophile Binderfaser weist beträchtlich verbesserte biologische Abbaueigenschaften auf, und kann leicht verarbeitet werden. Die hydrophile Binderfaser kann in einem absorptionsfähigen wegwerfbaren Produkt verwendet werden, das für die Absorption von Flüssigkeiten, wie z.B. Körperflüssigkeiten, bestimmt ist.
Hintergrund der Erfindung
Wegwerfbare absorptionsfähige Produkte werden derzeit in großem Umfang für viele Anwendungszwecke verwendet. So haben beispielsweise im Kinder- und Kleinkind-Pflegebereich Windeln und Trainingshosen im Allgemeinen wiederverwendbare absorptionsfähige Stoffartikel ersetzt. Beispiele für andere typische wegwerfbare absorptionsfähige Produkte sind Frauenpflegeprodukte, wie z.B. Damenbinden oder Tampons, Erwachsenen-Inkontinenzprodukte und Produkte für den Gesundheitsbereich, wie z.B. chirurgische Tücher oder Wundverbände. Ein typisches wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt umfasst im Allgemeinen eine Verbundstruktur, die eine Deckseitenlage, eine Rückseitenlage und eine absorptionsfähige Struktur zwischen der Deckseitenlage und der Rückseitenlage umfasst. Diese Produkte enthalten in der Regel irgendeinen Typ eines Befestigungssystems zum Befestigen des Produkts an dem Körper des Trägers.
Wegwerfbare absorptionsfähige Produkte sind in der Regel einer oder mehreren Verunreinigungen durch eine Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, Urin, Monatsblutungen oder Blut, während ihrer Verwendung ausgesetzt. Als solche sind die äußeren Überzugs-Rückseitenmaterialien der wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkte in der Regel aus in einer Flüssigkeit unlöslichen und für eine Flüssigkeit undurchlässigen Materialien, wie z.B. Polypropylenfilmen, hergestellt, die eine ausreichende Festigkeit und Handhabungseigenschaften aufweisen, sodass das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt während der Verwendung durch einen Träger seine Integrität behält und kein Austreten der das Produkt verunreinigenden Flüssigkeit erlaubt.
Obgleich die derzeit verfügbaren Kleinkind-Windeln und anderen wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkte im Allgemeinen durch die Öffentlichkeit angenommen worden sind, besteht für diese Produkte weiterhin ein Bedarf für Verbesserungen in spezifischen Bereichen. So kann es beispielsweise schwierig sein, viele wegwerfbare absorptionsfähige Produkte zu beseitigen. Beispielsweise führen viele wegwerfbare absorptionsfähige Produkte bei dem Versuch, sie in einer Toilette in ein Abwassersystem hinunterzuspülen, in der Regel zu einer Verstopfung der Toilette oder der Rohrleitungen, welche die Toilette mit dem Abwassersystem verbinden. Insbesondere die äußeren Überzugsmaterialien, die in der Regel in den wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten verwendet werden, zerfallen im Allgemeinen nicht oder werden nicht dispergiert, wenn sie in einer Toilette hinuntergespült werden, sodass das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt auf diese Weise nicht beseitigt werden kann. Wenn die äußeren Überzugsmaterialien sehr dünn gemacht werden, um die Gesamtmasse des wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkts zu vermindern, um so die Wahrscheinlichkeit der Verstopfung einer Toilette oder einer Abwasserleitung zu verringern, dann weist das äußere Überzugsmaterial in der Regel keine ausreichende Festigkeit mehr auf, um ein Zerreißen oder ein Aufreißen zu verhindern, wenn das äußere Überzugsmaterial den Beanspruchungen des normalen Gebrauchs durch einen Träger ausgesetzt ist.
Außerdem wird die Beseitigung von festen Abfällen zu einem immer größeren Problem in der gesamten Welt. Da die Mülldeponien immer voller werden, besteht eine steigende Nachfrage nach einer Materialreduktion bei den wegwerfbaren Produkten, nach Einarbeitung von mehr recyclisierbaren und/oder abbaubaren Komponenten in wegwerfbare Produkte und nach einer solchen Gestaltung der Produkte, dass sie auf andere Weise beseitigt werden können als durch Ablagerung auf Beseitigungseinrichtungen für feste Abfälle, wie z.B. Mülldeponien.
Es besteht daher ein Bedarf für neue Materialien, die in wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten verwendet werden können, die ihre Integrität und Festigkeit während des Gebrauchs beibehalten, jedoch nach dem Gebrauch wirksamer beseitigt werden können. Beispielsweise kann das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt leicht und wirksam durch Kompostieren beseitigt werden. Alternativ kann das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt leicht und wirksam in einem Abwassersystem beseitigt werden, in dem das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt abgebaut werden kann.
Viele der im Handel erhältlichen biologisch abbaubaren Polymeren sind aliphatische Polyestermaterialien. Obgleich Fasern, die aus aliphatischen Polyestern hergestellt sind, bereits bekannt sind, treten bei ihrer Verwendung Probleme auf. Insbesondere sind aliphatische Polyesterpolymere bekannt dafür, dass sie eine verhältnismäßig niedrige Kristallisationsrate aufweisen im Vergleich beispielsweise zu Polyolefinpolymeren, sodass die aliphatischen Polyesterpolymeren häufig schlecht verarbeitbar sind. Die meisten aliphatischen Polyester polymeren weisen außerdem viel niedrigere Schmelztemperaturen auf als Polyolefine und sind daher nach der thermischen Verarbeitung nur schwer ausreichend abzukühlen. Aliphatische Polyesterpolymere sind im Allgemeinen an sich nicht benetzbare Materialien und erfordern für die Verwendung auf dem Gebiet der Körperpflege Modifikationen. Außerdem kann durch die Verwendung von Verarbeitungszusätzen die biologische Abbaurate des ursprünglichen Materials hinausgezögert werden oder die Verarbeitungszusätze selbst können nicht biologisch abbaubar sein.
Obgleich auch bereits abbaubare Monokomponentfasern bekannt sind, treten auch bei ihrer Verwendung Probleme auf. Insbesondere weisen die bekannten abbaubaren Fasern in der Regel keine gute thermische Dimensionsbeständigkeit auf, sodass die Fasern in der Regel einer starken Wärmeschumpfung unterliegen als Folge der Polymerketten-Relaxation während der stromabwärts durchgeführten Wärmebehandlungsverfahren, wie z.B. einer thermischen Bindung oder Lamierung.
Obgleich auch bereits Fasern bekannt sind, die aus Poly(milchsäure)-Polymer hergestellt sind, treten auch bei ihrer Verwendung Probleme auf. Insbesondere sind Poly(milchsäure)-Polymere bekannt dafür, dass sie eine verhältnismäßig niedrige Kristallisationsrate aufweisen, verglichen beispielsweise mit Polyolefin-Polymeren, was häufig zu einer schlechten Verarbeitbarkeit der aliphatischen Polyesterpolymeren führt. Außerdem weisen die Poly(milchsäure)-Polymeren im Allgemeinen keine gute thermische Dimensionsbeständigkeit auf. Die Poly(milchsäure)-Polymeren unterliegen in der Regel einer starken Wärmeschrumpfung als Folge der Relaxation der Polymerkette während der stromabwärts durchgeführten Wärmebehandlungsverfahren, wie z.B. einer thermischen Bindung und Laminierung, es sei denn, dass eine zusätzliche Stufe, wie z.B. eine Wärmefixierung, durchgeführt wird. Durch die Durchführung einer solchen Wärmefixierungsstufe ist jedoch im Allgemeinen die Verwendung der Faser in in situ-Vliesstoff-Formgebungsverfahren, beispielsweise durch Spunbonding und Meltblowing eingeschränkt, bei denen eine Wärmefixierung sehr schwierig durchzuführen ist.
Außerdem gibt es dann, wenn Vliesstoffe für Körperpflege-Anwendungszwecke hergestellt werden, eine Reihe von erwünschten physikalischen Eigenschaften, welche die Funktionalität der fertigen Bahn verbessern. Zur Herstellung einer Bahn aus geschnittenen Fasern, beispielsweise einer Airlaid- oder Carded-Bahn, muss eine der Faserkomponenten eine Binderfaser sein. Um als Binderfaser wirksam zu sein, sollten die Fasern in der Regel homogene Multikomponentenfasern mit einem signifikanten Unterschied, d.h. von mindestens 20°C in Bezug auf die Schmelztemperatur zwischen der höher schmelzenden Komponente und der niedriger schmelzenden Komponente sein. Diese Fasern können zu vielen verschiedenen Konfigurationen, beispielsweise einer Seite-an-Seite- oder einer Hülle-Kern-Konfiguration geformt werden.
Die Mehrzahl der Materialien, die für Körperpflege-Anwendungszwecke verwendet werden, sind Polyolefine, die an sich hydrophobe Materialien sind. Um diese Materialien funktionsfähig zu machen, sind zusätzliche Behandlungsstufen nach dem Verspinnen erforderlich, beispielsweise eine Tensid-Behandlung. Diese zusätzlichen Stufen erhöhen die Kosten und stellen eine Lösung dar, die häufig nicht ausreicht, um optimale Fluid- bzw. Flüssigkeits-Behandlungseigenschaften zu erzielen.
Für Körperpflege-Anwendungszwecke ist eine der wichtigsten Eigenschaften der Vliesstoff-Bahnen und ihrer Komponenten-Fasern ihre Benetzbarkeit. Es ist wünschenswert, ein Material herzustellen, das stark hydrophob und dauerhaft benetzbar ist. Eine der Schwierigkeiten, die bei den derzeit verfügbaren Stapelfasern auftritt, ist ihr Mangel an dauerhafter Benetzbarkeit. Polyolefine sind hydrophobe Materialien, die einer Tensidbehandlung unterzogen werden müssen, um benetzbar zu sein. Außer dem Umstand, dass die Faser nach dieser Behandlung nur schwach hydrophil ist, ist diese Benetzbarkeit auch nicht dauerhaft, da das Tensid die Neigung hat, während der nachfolgenden Verunreinigungen herausgewaschen zu werden.
In WO99/18269 sind Multikomponenten-Fasern beschrieben, die mindestens ein wasserempfindliches Polymer und ein zusätzliches Polymer umfassen, das Polybutylensuccinat, Polybutylensuccinat-co-adipat, Polycaprolacton oder eine Mischung davon umfassen kann. Es besteht daher ein Bedarf für eine Binderfaser, die ausgezeichnete Benetzbarkeits- und Bindungseigenschaften ergibt. Außerdem besteht ein Bedarf für eine Binderfaser, die eine beträchtlich verbesserte biologische Abbaubarkeit besitzt und außerdem verbesserte Benetzbarkeits- und Bindungseigenschaften aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher wünschenswert, eine Binderfaser mit verbesserten Benetzbarkeitseigenschaften bereitzustellen. Es ist außerdem wünschenswert, eine Binderfaser mit verbesserten Bindungseigenschaften bereitzustellen.
Es ist auch wünschenswert, eine Binderfaser mit wesentlich verbesserter biologischer Abbaubarkeit bereitzustellen, die gleichzeitig bessere Benetzbarkeits- und Bindungseigenschaften aufweist.
Es ist außerdem wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung einer Binderfaser bereitzustellen, die eine wesentlich verbesserte biologische Abbaubarkeit aufweist bei gleichzeitig verbesserten Benetzbarkeits- und Bindungseigenschaften.
Es ist ferner wünschenswert, ein Vliesstoffmaterial (Nonwoven-Material) zur Verfügung zu stellen, das die Binderfaser enthält, die eine wesentlich verbesserte biologische Abbaubarkeit bei gleichzeitig verbesserten Benetzbarkeits- und Bindungseigenschaften aufweist.
Es ist ferner wünschenswert, ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt bereitzustellen, das für die Absorption für Flüssigkeiten, wie z.B. Körperflüssigkeiten, verwendet werden kann, wobei jedoch dieses wegwerfbare absorpti onsfähige Produkt Komponenten umfasst, die unter Umgebungsbedingungen leicht abbaubar sind.
Diese Wünsche werden durch die vorliegende Erfindung erfüllt, die eine Binderfaser bereitstellt, die eine wesentlich verbesserte biologische Abbaubarkeit aufweist und gleichzeitig verbesserte Benetzbarkeits- und Bindungseigenschaften aufweist und die leicht hergestellt und leicht zu den gewünschten Vliesstoff-Endstrukturen verarbeitet werden kann.
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Bikomponenten-Binderfaser, die einen Polyolefin-Kern und eine aliphatische Polyestermischungs-Hülle umfasst, wobei die aliphatische Polyestermischung umfasst:

a. ein aliphatisches Polyesterpolymer, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinat-Polymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, einem Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer dieser Polymeren, wobei das aliphatische Polyesterpolymer ein gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht aufweist, das zwischen 10000 und 2000000 liegt, und das aliphatische Polyesterpolymer in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 40 und weniger als 100 Gew.-% liegt;
b. eine Multicarbonsäure mit einer Gesamtanzahl der Kohlenstoffatome von ≤ 30, wobei die Multicarbonsäure in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen mehr als 0 Gew.-% und 30 Gew.-% liegt; und
c. ein Netzmittel, das ein hydrophiles-lipophiles Gleichgewichtsverhältnis zwischen 10 und 40 aufweist und in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen > als 0 Gew.-% und 25 Gew.-% liegt, wobei alle Gewichtsprozentsätze auf das Gesamtgewicht von aliphatischem Polyesterpolymer, Multicarbonsäure und Netzmittel, die in der aliphatischen Polyestermischung vorliegen, bezogen sind;

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Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vliesstoff-Struktur, welche die hier beschriebene Bikomponenten-Binderfaser enthält.
Eine Ausführungsform einer solchen Vliesstoff-Struktur ist eine Schicht, die in einem wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkt verwendbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der hier beschriebenen Bikomponenten-Binderfaser.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt, das die hier beschriebene Bikomponenten-Binderfaser enthält.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Binderfaser, die umfasst ein Polyolefin-Kernmaterial mit einem dieses umgebenden Hüllenmaterial, das eine gut benetzbare aliphatische Polyestermischung umfasst. Die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung ist eine thermoplastische Zusammensetzung. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "thermoplastisch" ist ein Material zu verstehen, das weich wird, wenn es Wärme ausgesetzt wird, und das in seinen ursprünglichen Zustand im Wesentlichen wieder zurückkehrt, wenn es auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Es wurde gefunden, dass durch Verwendung einer Mischung von nicht miteinander reagierenden Komponenten, wie sie hier beschrieben wird, eine Binderfaser hergestellt werden kann, wobei diese Binderfaser im Wesentlichen biologisch abbaubar ist und die Binderfaser gleichzeitig leicht verarbeitbar ist zu Vliesstoff-Strukturen, die wirkungsvolle mechanische Fasereigenschaften aufweisen.
Die Binderfaser umfasst eine Bikomponentenfaser, die ein Polyolefin-Kernmaterial zusammen mit einem gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischungs-Hüllenmaterial umfasst. Die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung ist eine thermoplastische Zusammensetzung, die eine erste Komponente, eine zweite Komponente und eine dritte Komponente umfasst.
Die erste Komponente in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung ist ein aliphatisches Polyester-Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinat-Polymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, einem Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer dieser Polymeren.
Ein Polybutylensuccinat-Polymer wird im Allgemeinen hergestellt durch Kondensationspolymerisation eines Glycols und einer Dicarbonsäure oder eines Säureanhydrids derselben. Ein Polybutylensuccinat-Polymer kann entweder ein lineares Polymer oder ein langkettiges verzweigtes Polymer sein. Ein langkettiges verzweigtes Polybutylensuccinat-Polymer wird im Allgemeinen hergestellt durch Verwendung einer zusätzlichen polyfunktionellen Komponente, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus trifunktionellen oder tetrafunktionellen Polyolen, Oxycarbonsäuren und polybasischen Carbonsäuren. Polybutylensuccinat-Polymere sind aus dem Stand der Technik bekannt und sie sind beispielsweise beschrieben in der Europäischen Patentanmeldung 0 569 153 A2 der Firma Showa Highpolymer Co., Ltd., Tokyo, Japan.
Ein Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer wird im Allgemeinen hergestellt durch Polymerisieren mindestens eines Alkylglycols und mehr als einer aliphatischen multifunktionellen Säure. Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymere sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bereits bekannt.
Zu Beispielen für Polybutylensuccinat-Polymere und Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymere, die für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, gehören eine Vielzahl von Polybutylensuccinat-Polymeren und Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymeren, die erhältlich sind von der Firma Showa Highpolymer Co., Ltd., Tokyo, Japan, unter der Bezeichnung BIONOLLE^TM 1020 Polybutylensuccinat-Polymer oder BIONOLLE^TM 3020 Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, die im Wesentlichen lineare Polymere darstellen. Diese Materialien sind dafür bekannt, dass sie im Wesentlichen biologisch abbaubar sind.
Ein Polycaprolacton-Polymer wird im Allgemeinen hergestellt durch Polymerisieren von ε-Caprolacton. Zu Beispielen für Polycaprolacton-Polymere, die für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, gehören eine Vielzahl von Polycaprolacton-Polymeren, die von der Firma Union Carbide Corporation, Somerset, Nen Jersey, unter der Bezeichnung TONE^TM Polymer P767E und TONE^TM Polymer P787 als Polycaprolacton-Polymere erhältlich sind. Diese Materialien sind dafür bekannt, dass sie im Wesentlichen biologisch abbaubar sind.
Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass das aliphatische Polyesterpolymer, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinat-Polymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, einem Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer dieser Polymeren, in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung in einer Menge vorliegt, die wirksam ist, um zu Binderfasern zu führen, welche die gewünschten Eigenschaften aufweisen. Das aliphatische Polyesterpolymer liegt in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge vor, die zwischen 40 und weniger als 100 Gew.-%, zweckmäßig zwischen 50 und weniger als 100 Gew.-%, besonders zweckmäßig zwischen 50 und 95 Gew.-%, vorteilhaft zwischen 60 und 90 Gew.-%, besonders vorteilhaft zwischen 60 und 80 Gew.-% und am vorteilhaftesten zwischen 70 und 75 Gew.-% liegt, wobei alle Gewichtsprozentsätze auf das Gesamtgewicht von aliphatischem Polyesterpolymer, Multicarbonsäure und Netzmittel, die in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung vorliegen, bezogen sind.
Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass das aliphatische Polyesterpolymer ein gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht aufweist, das ausreicht, damit die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung die gewünschte(n) Schmelzfestigkeit, mechanische Faserfestigkeit und Faserspinneigenschaften aufweist. Wenn das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht eines aliphatischen Polyesterpolymers zu hoch ist, führt dies im Allgemeinen dazu, dass die Polymerketten stark verfilzen, was zu einer thermoplastischen Zusammensetzung führen kann, die das aliphatische Polyesterpolymer umfasst, das schwer zu verarbeiten ist. Umgekehrt bedeutet dies, dass dann, wenn das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht eines aliphatischen Polyesterpolymers zu niedrig ist, dass die Polymerketten nicht ausreichend miteinander verfilzt sind, was zu einer gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung führen kann, die das aliphatische Polyesterpolymer umfasst, das eine verhältnismäßig geringe Schmelzfestigkeit aufweist, wodurch eine Verarbeitung mit hoher Geschwindigkeit sehr schwierig wird. Aliphatische Polyesterpolymere, die für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, weisen somit ein gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht auf, das zwischen 10000 und 2000000, besonders vorteilhaft zwischen 50000 und 400000 und am zweckmäßigsten zwischen 100000 und 300000 liegt. Das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht für Polymere oder Polymermischungen kann nach Verfahren bestimmt werden, wie sie dem Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt sind.
Es ist außerdem erwünscht, dass das aliphatische Polyesterpolymer einen Polydispersitätsindex-Wert aufweist, der ausreichend ist, sodass die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung die gewünschten Schmelzfestigkeits-mechanischen Faserfestigkeits- und Faserspinneigenschaften aufweist. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Polydispersitätsindex" ist der Wert zu verstehen, der erhalten wird, wenn man das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht eines Polymers durch das zahlendurchschnittliche Molekulargewicht des Polymers dividiert. Das zahlendurchschnittliche Molekulargewicht von Polyme ren oder Polymermischungen kann nach Verfahren bestimmt werden, wie sie dem Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt sind. Im Allgemeinen ist dann, wenn der Polydispersitätsindex-Wert eines aliphatischen Polyesterpolymers zu hoch ist, eine gut benetzbare aliphatische Polyestermischung, die das aliphatische Polyesterpolymer umfasst, schwer zu verarbeiten wegen der unzureichenden Verarbeitungseigenschaften, die durch die Polymersegmente verursacht werden, die Polymere mit einem niedrigen Molekulargewicht umfassen, die während des Verspinnens schlechtere Schmelzfestigkeitseigenschaften aufweisen. Es ist daher erwünscht, dass das aliphatische Polyesterpolymer einen Polydispersitätsindex-Wert aufweist, der zweckmäßig zwischen etwa 1 und etwa 15, besonders zweckmäßig zwischen etwa 1 und etwa 4 und am zweckmäßigsten zwischen etwa 1 und etwa 3 liegt.
Es ist im Allgemeinen erwünscht, dass das aliphatische Polyesterpolymer in der Schmelze verarbeitbar ist. Es ist daher erwünscht, dass das aliphatische Polyesterpolymer eine Schmelzflussrate aufweist, die zweckmäßig zwischen etwa 1 und etwa 200 g/10 min, vorteilhaft zwischen etwa 10 und etwa 100 g/10 min und besonders zweckmäßig zwischen etwa 20 und etwa 40 g/10 min liegt. Die Schmelzflussrate eines Materials kann beispielsweise nach dem ASTM Testverfahren D1238-E bestimmt werden, auf das hier in vollem Umfang Bezug genommen wird.
Erfindungsgemäß ist es erwünscht, dass das aliphatische Polyesterpolymer im Wesentlichen biologisch abbaubar ist. Als Folge davon ist das Vliesstoff-Material (Nonwoven-Material), welches die Binderfaser umfasst, im Wesentlichen biologisch abbaubar, wenn es in die Umwelt entsorgt wird und Luft und/oder Wasser ausgesetzt ist. Der hier verwendete Ausdruck "biologisch abbaubar" bedeutet, dass ein Material aufgrund der Einwirkung von in der Natur vorkommenden Mikroorganismen, wie z.B. Bakterien, Fungi und Algen, abgebaut wird. Die biologische Abbaubarkeit eines Materials kann bestimmt werden unter Anwendung des ASTM-Testverfahrens 5338.92 oder des ISO CD-Testverfahrens 14855, auf deren gesamten Inhalt hier Bezug genommen wird. Bei einer speziellen Ausführungsform kann die biologische Abbaubarkeit eines Materials bestimmt werden unter Anwendung eines modifizierten ASTM-Testverfahrens 5338.92, bei dem die Testkammern während des Tests bei einer konstanten Temperatur von etwa 58°C gehalten werden anstatt ein ingrementales Temperaturprofil anzuwenden.
Erfindungsgemäß ist es auch erwünscht, dass das aliphatische Polyesterpolymer im Wesentlichen kompostierbar ist. Als Folge davon ist das Vliesstoff-Material, das eine Binderfaser umfasst, die das aliphatische Polyesterpolymer enthält, im Wesentlichen kompostierbar, wenn es in die Umwelt entsorgt wird und Luft und/oder Wasser ausgesetzt wird. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "kompostierbar" ist ein Material zu verstehen, das auf einer Kompostierstelle biologisch zersetzt wird, sodass das Material visuell nicht mehr erkennbar ist und zu Kohlendioxid, Wasser, anorganischen Verbindungen und einer Biomasse mit einer Geschwindigkeit zerfällt, die mit derjenigen der bekannten kompostierbaren Materialien übereinstimmt.
Die zweite Komponente in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung ist eine Multicarbonsäure. Eine Multicarbonsäure ist eine Säure, die zwei oder mehr Carbonsäuregruppen aufweist. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Multicarbonsäure linear ist. Für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind Dicarbonsäuren, die zwei Carbonsäuregruppen umfassen. Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass die Multicarbonsäure eine Gesamtanzahl der Kohlenstoffatome aufweist, die nicht zu groß ist, weil dann die Kristallisationskinetik, die Geschwindigkeit, mit der eine Kristallisation einer Faser oder einer Vliesstoff-Struktur auftritt, die aus der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung hergestellt worden ist, niedriger als erwünscht sein könnte. Die Multicarbonsäure weist eine Gesamtanzahl der Kohlenstoffatome auf, die ≤ 30 beträgt, zweckmäßiger zwischen 4 und 30, vorteilhaft zwischen 5 und 20 und besonders vorteilhaft zwischen 6 und 10 liegt. Zu geeigneten Multicarbonsäuren gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und Mischungen dieser Säuren.
Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass die Multicarbonsäure in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung in einer Menge vorliegt, die wirksam ist, um zu bewirken, dass die thermoplastische Zusammensetzung die gewünschten Eigenschaften aufweist. Die Multicarbonsäure liegt in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge vor, die zwischen mehr als 0 Gew.-% und 40 Gew.-%, vorteilhafter zwischen 1 Gew.-% und 30 Gew.-%, zweckmäßig zwischen 5 Gew.-% und 25 Gew.-%, zweckmäßiger zwischen 5 Gew.-% und 20 Gew.-%, und am zweckmäßigsten zwischen 5 Gew.-% und 15 Gew.-% liegt, wobei alle Gewichtsprozentsätze auf das Gesamtgewicht von aliphatischem Polyesterpolymer, Multicarbonsäure und Netzmittel, die in der thermoplastischen Zusammensetzung vorliegen, bezogen ist.
Damit die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung, die erfindungsgemäß verwendet und zu einem Vliesstoffmaterial verarbeitet werden soll, die erfindungsgemäß erwünschten Eigenschaften aufweist, ist es allgemein erwünscht, wie gefunden wurde, dass die Multicarbonsäure zweckmäßig in einem flüssigen Zustand während der thermischen Verarbeitung der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung vorliegt, dass jedoch während des Abkühlens der verarbeiteten gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung die Multicarbonsäure in einen festen Zustand übergeht oder kristallisiert, bevor das aliphatische Polyesterpolymer in einen festen Zustand übergeht oder kristallisiert.
Es wird angenommen, dass in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung die Multicarbonsäure zwei wichtige, jedoch getrennte (verschiedene) Funktionen ausübt. Erstens hat dann, wenn die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung in einem geschmolzenen Zustand vorliegt, die Multicarbonsäure, wie angenommen wird, die Funktion als Verarbeitungs-Schmiermittel oder Weichmacher zu wirken, das (der) die Verarbeitung der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung erleichtert, während gleichzeitig die Flexibilität und Zähigkeit eines Vliesstoffmaterials durch eine innere Modifizierung des aliphatischen Polyesterpolymers erhöht werden. Ohne an irgendeine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Multicarbonsäure die sekundären Valenzbindungen, welche die aliphatischen Polyesterpolymer-Ketten zusammenhalten, durch Multicarbonsäure-aliphatische Polyesterpolymer-Valenzbindungen ersetzt, wodurch die Bewegung der Polymerketten-Segmente erleichtert wird. Durch diesen Effekt wird das Drehmoment, das erforderlich ist, um einen Extruder zu drehen, im Allgemeinen dramatisch herabgesetzt, verglichen mit der Verarbeitung des aliphatischen Polyesterpolymers allein. Außerdem wird die Verarbeitungstemperatur, die erforderlich ist, um die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung in das Vliesstoffmaterial einzuarbeiten, im Allgemeinen dramatisch herabgesetzt, wodurch die Gefahr eines thermischen Abbaus des aliphatischen Polyesterpolymers verringert wird, während gleichzeitig auch das Ausmaß und die Rate der Abkühlung vermindert werden, die für die Herstellung des Vliesstoffmaterials erforderlich sind. Zweitens hat dann, wenn das Vliesstoffmaterial abgekühlt wird und von seinem flüssigen oder geschmolzenen Zustand in einen festen Zustand übergeht, die Multicarbonsäure, wie angenommen wird, die Funktion, als Keimbildner zu wirken. Aliphatische Polyesterpolymere sind bekannt dafür, dass sie eine sehr niedrige Kristallisationsrate aufweisen. Üblicherweise gibt es zwei Hauptwege, um dieses Problem zu lösen. Ein Weg besteht darin, das Abkühlungstemperaturprofil zu verändern, um die Kristallisationskinetik zu maximieren, während der andere Weg darin besteht, einen Keimbildner zuzugeben, um die Stellen und den Grad der Kristallisation zu erhöhen.
Die Abkühlung eines extrudierten Polymers auf Umgebungstemperatur wird in der Regel erzielt durch Aufblasen von Luft von Umgebungstemperatur oder von Luft mit einer Temperatur unterhalb Umgebungstemperatur auf das extrudierte Polymer. Ein solches Verfahren kann als Abschreckung oder Superkühlung bezeichnet werden, weil die Temperaturänderung in der Regel mehr als 100°C, meistens mehr als 150°C, innerhalb eines relativ kurzen Zeitrahmens (Sekunden) beträgt. Durch Herabsetzung der Schmelzviskosität eines Polymers kann ein solches Polymer im Allgemeinen bei niedrigeren Temperaturen erfolgreich extrudiert werden. Dadurch wird im Allgemeinen die Temperaturän derung, die beim Abkühlen erforderlich ist, herabgesetzt auf vorzugsweise weniger als 150°C und in einigen Fällen auf weniger als 100°C. Die Anpassung dieses allgemeinen Verfahrens an das ideale Abkühlungstemperaturprofil das bisher das einzige Verfahren zur Maximierung der Kristallisationskinetik von aliphatischen Polyestern in einem realen Herstellungsverfahren darstellt, ist sehr schwierig wegen der extrem starken Kühlung, die innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums erforderlich ist. Es können jedoch Standard-Abkühlungsverfahren in Kombination mit einem zweiten Modifizierungsverfahren angewendet werden. Das traditionelle zweite Verfahren erfordert, dass ein Keimbildner, beispielsweise Feststoffteilchen, mit einer thermoplastischen Zusammensetzung gemischt wird, um Stellen für die Initiierung der Kristallisation während der Abschreckung zu ergeben. Diese festen Keimbildner agglomerieren jedoch im Allgemeinen in der thermoplastischen Zusammensetzung sehr leicht, was zu einer Verstopfung von Filtern und Spinndüsen während des Verspinnens führen kann. Außerdem erreicht der Keimbildungseffekt dieser festen Keimbildner in der Regel einen Spitzenwert bei Zugabemengen von etwa 1% dieser festen Keimbildner. Durch diese beiden Faktoren wird im Allgemeinen die Möglichkeit oder der Wunsch, hohe Gewichtsprozentsätze dieser festen Keimbildner der thermoplastischen Zusammensetzung zuzusetzen, vermindert. Bei der Verarbeitung der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung wurde jedoch gefunden, dass die Multicarbonsäure während der Extrusion im Allgemeinen in einem flüssigen Zustand vorliegt, wobei die Multicarbonsäure als Weichmacher fungiert, während die Multicarbonsäure noch in der Lage ist, sich zu verfestigen oder zu kristallisieren, bevor der aliphatische Polyester während der Abkühlung fest wird oder kristallisiert, wobei die Multicarbonsäure als Keimbildner fungiert. Es wird angenommen, dass beim Abkühlen aus der homogenen Schmelze die Multicarbonsäure relativ schneller und vollständiger fest wird oder kristallisiert, wenn die Temperatur unter ihren Schmelzpunkt fällt, da sie ein verhältnismäßig kleines Molekül darstellt. So hat beispielsweise Adipinsäure eine Schmelztemperatur von etwa 162°C und eine Kristallisationstemperatur von etwa 145°C.
Das aliphatische Polyesterpolymer, das ein Makromolekül darstellt, weist eine relativ niedrige Kristallisationsrate auf, was bedeutet, dass dann, wenn es abgekühlt wird, es im Allgemeinen langsamer und bei einer niedrigeren Temperatur fest wird oder kristallisiert als seiner Schmelztemperatur. Während dieses Abkühlens beginnt dann die Multicarbonsäure vor dem aliphatischen Polyesterpolymer zu kristallisieren und wirkt im Allgemeinen als fester Keimbildner innerhalb der Abkühlung der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung.
Eine weitere Hauptschwierigkeit, die bei der thermischen Einarbeitung von aliphatischen Polyesterpolymeren zu Binderfasern auftritt, ist die klebrige Natur dieser Polymeren. Versuche, die Fasern auszuziehen, entweder mechanisch oder durch ein Luftausziehverfahren, führen häufig zu einer Aggregation der Fasern zu einer festen Masse. Es ist allgemein bekannt, dass die Zugabe eines festen Füllstoffes in den meisten Fällen bewirkt, dass die Klebrigkeit einer Polymerschmelze vermindert wird. Die Verwendung eines festen Füllstoffes kann jedoch in einem Vliesstoff problematisch sein, wenn ein Polymer durch ein Loch mit einem sehr kleinen Durchmesser extrudiert wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Füllstoffteilchen die Neigung haben, die Spinndüsenlöcher und die Filtersiebe zu verstopfen, wodurch das Faserspinnverfahren unterbrochen wird. Erfindungsgemäß bleibt dagegen die Multicarbonsäure im Allgemeinen während des Extrusionsverfahrens flüssig, wird dann jedoch unmittelbar während des Abschreckungsverfahrens fest. Auf diese Weise fungiert die Multicarbonsäure auf wirksame Weise als fester Füllstoff, der die gesamte Kristallinität des Systems verbessert und die Klebrigkeit der Fasern vermindert und Probleme eliminiert, beispielsweise eine Faseraggregation während des Ausziehens.
Es ist erwünscht, dass die Multicarbonsäure einen hohen Grad der chemischen Verträglichkeit mit dem aliphatischen Polyesterpolymer aufweist, mit dem die Multicarbonsäure gemischt wird. Während in dem Stand der Technik allgemein die Verwendbarkeit einer Polylactid-Adipinsäure-Mischung gezeigt wurde, wurde erfindungsgemäß ein neues Merkmal gefunden. Eine Polylactid- Adipinsäure-Mischung kann im Allgemeinen nur mit einer verhältnismäßig geringen Menge eines Netzmittels, beispielsweise mit weniger als etwa 2 Gew.-% Netzmittel, und selbst dann nur mit extremen Schwierigkeiten gemischt werden. Es wurde jedoch gefunden, dass Polybutylensuccinat, Polybutylensuccinat-co-adipat und Polycaprolacton sehr gut verträglich sind mit großen Mengen sowohl einer Multicarbonsäure als auch eines Netzmittels. Der Grund dafür ist, wie angenommen wird, die chemische Struktur der aliphatischen Polyesterpolymeren. Ein Polylactidpolymer hat eine verhältnismäßig voluminöse chemische Struktur ohne lineare Abschnitte, die länger als CH₂ sind. Das heißt mit anderen Worten, jedes CH₂-Segment ist mit Kohlenstoffatomen verbunden, die entweder ein Sauerstoffatom oder eine andere Seitenkette tragen. Auf diese Weise kann sich eine Multicarbonsäure, wie z.B. Adipinsäure, nicht selbst nahe bei dem Polylactidpolymer-Grundgerüst ausrichten. Im Falle von Polybutylensuccinat und Polybutylensuccinat-co-adipat weist das Polymer-Grundgerüst innerhalb seiner Struktur wiederkehrende (CH₂)₂- und (CH₂)₄-Einheiten auf. Polycaprolacton weist wiederkehrende (CH₂)₅-Einheiten auf. Diese verhältnismäßig langen, offenen, linearen Abschnitte, die durch Sauerstoffatome und voluminöse Seitenketten nicht behindert sind, richten sich gut aus zusammen mit einer geeigneten Multicarbonsäure, wie z.B. Adipinsäure, die ebenfalls eine (CH₂)₄-Einheit aufweist, wodurch ein sehr enger Kontakt zwischen der Multicarbonsäure und den geeigneten aliphatischen Polyesterpolymer-Molekülen möglich ist. Diese ausgezeichnete Verträglichkeit zwischen der Multicarbonsäure und dem aliphatischen Polyesterpolymer in diesen speziellen Fällen erlaubt, wie gefunden wurde, eine relativ leichte Einarbeitung eines Netzmittels, der dritten erfindungsgemäßen Komponente. Eine solche geeignete Verträglichkeit (Kompatibilität) zeigt sich in der Leichtigkeit der Compoundierung und der Faser- oder Vliesstoff-Bildung aus Mischungen, die Polybutylensuccinat, Polybutylensuccinat-co-adipat, Polycaprolacton oder eine Mischung oder ein Copolymer dieser Polymeren enthalten, mit geeigneten Multicarbonsäuren und Netzmitteln. Die Verarbeitbarkeit dieser Mischungen ist ausgezeichnet, während im Falle eines Polylactid-Multicarbonsäure-Systems ein Netzmittel im Allgemeinen nicht leicht in die Mischung eingearbeitet werden kann.
Einzeln oder im Gemisch sind ein Polybutylensuccinat-Polymer, ein Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, ein Polycaprolacton-Polymer, eine Mischung dieser Polymeren oder ein Copolymer aus diesen Polymeren im Allgemeinen hydrophob. Da es erwünscht ist, dass die Binderfasern, die aus der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung hergestellt werden, im Allgemeinen hydrophil sind, wurde gefunden, dass es erforderlich ist, eine weitere Komponente in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung zu verwenden, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Als eine solche Komponente enthält die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung vorzugsweise ein Netzmittel.
Die dritte Komponente in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung ist somit ein Netzmittel für das Polybutylensuccinat-Polymer, das Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, das Polycaprolacton-Polymer, eine Mischung dieser Polymeren und/oder ein Copolymer aus diesen Polymeren. Netzmittel, die für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, umfassen im Allgemeinen einen hydrophilen Abschnitt, der im Allgemeinen mit den hydrophilen Abschnitten des Polybutylensuccinat-Polymers, eines Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymers, eines Polycaprolacton-Polymers, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer aus diesen Polymeren kompatibel ist, und einen hydrophoben Abschnitt, der im Allgemeinen mit den hydrophoben Abschnitten des Polybutylensuccinat-Polymers, eines Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymers, eines Polycaprolacton-Polymers, einer Mischung dieser Polymeren oder eines Copolymers aus diesen Polymeren kompatibel ist. Diese hydrophilen und hydrophoben Abschnitte des Netzmittels liegen im Allgemeinen in getrennten Blöcken vor, sodass die gesamte Netzmittelstruktur diejenige eines Di-Blocks oder Random-Blocks sein kann. Ein Netzmittel mit einer Schmelztemperatur unterhalb oder nur geringfügig oberhalb derjenigen des aliphatischen Polyesterpolymers ist bevorzugt, sodass während des Abschreckungsverfahrens das Netzmittel flüssig bleibt, nachdem das aliphatische Polyesterpolymer kristallisiert ist. Dies führt im Allgemeinen dazu, dass das Netzmittel an die Oberfläche der hergestellten Faserstruktur wandert, wodurch die Benetzungseigenschaften verbessert und die Verarbeitung der Faserstruktur verbessert werden. Es ist dann allgemein erwünscht, dass das Netzmittel als Tensid in einer Binderfaser dient, die aus der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung hergestellt wird durch Modifizieren des Kontaktwinkels von Wasser in der Luft der bearbeiteten Faser. Der hydrophobe Abschnitt des Netzmittels kann sein, ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt, ein Polyolefin, wie z.B. Polyethylen oder Polypropylen. Der hydrophile Abschnitt des Netzmittels kann Ethylenoxid, Ethoxylate, Glycole, Alkohole oder beliebige Kombinationen davon enthalten. Zu Beispielen für geeignete Netzmittel gehören UNITHOX^®480 und UNITHOX^®750 ethoxylierte Alkohole oder UNICID^TM Säureamidethoxylate, alle erhältlich von der Firma Petrolite Corporation, Tulsa, Oklahoma.
Zu anderen geeigneten Tensiden gehören beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Verbindungen:

a. Tenside, die bestehen aus Siliconglycol-Copolymeren, wie z.B. D193 und D1315 Siliconglycol-Copolymere, die erhältlich sind von der Firma Dow Corning Corporation, Midland, Michigan;
b. ethoxylierte Alkohole, wie z.B. GENAPOL^TM 24-L-60, GENAPOL^TM 24-L-92 oder GENAPOL^TM 24-L-98N ethoxylierte Alkohole, die erhältlich sind von der Firma Hoechst Celanese Corp., Charlotte, North Carolina;
c. Tenside, die bestehen aus ethoxylierten Mono- und Diglyceriden, wie z.B. MAZOL^TM 80 MGK ethoxylierte Diglyceride, die erhältlich sind von der Firma PPG Industries, Inc., Gurnee, Illinois;
d. Tenside, die bestehen aus carboxylierten Alkoholethoxylaten, wie z.B. SANDOPAN^TM DTC, SANDOPAN^TM KST oder SANDOPAN^TM DTC-100 carboxyliere Alkoholethoxylate, die erhältlich sind von der Firma Sandoz Chemical Corp.;
e. ethoxylierte Fettsäureester, wie z.B. TRYLON^TM 5906 und TRYLON^TM 5909 ethoxylierete Fettsäureester, die erhalten werden können von der Firma Henkel Corp./Emery Group, Cincinnati, Ohio.

Es ist allgemein erwünscht, dass das Netzmittel ein gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht aufweist, das bewirkt, dass die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung die gewünschte(n) Schmelzfestigkeit, mechanische Faserfestigkeit und Faserspinneigenschaften aufweist. Wenn das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht eines Netzmittels zu hoch ist, lässt sich das Netzmittel im Allgemeinen nicht gut mit den anderen Komponenten in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung mischen, weil die Viskosität des Netzmittels so hoch ist, dass es nicht die für die Vermischung erforderliche Mobilität aufweist. Wenn umgekehrt das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht des Netzmittels zu niedrig ist, führt dies dazu, dass sich das Netzmittel im Allgemeinen mit den anderen Komponenten nicht gut mischen lässt und eine derart niedrige Viskosität aufweist, dass es Verarbeitungsprobleme hervorruft. Netzmittel, die für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, weisen daher gewichtsdurchschnittliche Molekulargewichte auf, die vorteilhaft zwischen etwa 1000 und etwa 100000, vorteilhaft zwischen etwa 1000 und etwa 50000 und besonders zweckmäßig zwischen etwa 1000 und etwa 10000, liegen. Das gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht eines Netzmittels kann unter Anwendung von Verfahren bestimmt werden, wie sie dem Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt sind.
Das Netzmittel weist ein wirksames hydrophiles-lipophiles Gleichgewichtsverhältnis (HLB-Verhältnis) auf. Das HLB-Verhältnis eines Materials gibt die relative Hydrophilie des Materials wieder. Das HLB-Verhältnis wird errechnet durch Division des gewichtsdurchschnittlichen Molekulargewichtes des hydrophilen Anteils durch das gesamte gewichtsdurchschnittliche Molekulargewicht des Materials, wobei dieser Wert dann mit 20 multipliziert wird. Wenn der Wert für das HLB-Verhältnis zu niedrig ist, verleiht das Netzmittel im Allgemeinen nicht die gewünschte Verbesserung der Hydrophilie. Wenn umgekehrt der Wert für das HLB-Verhältnis zu hoch ist, wird das Netzmittel im Allgemeinen nicht in die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung eingemischt wegen der chemischen Inkompatibilität und der Unterschiede in Bezug auf die Viskositäten zu den anderen Komponenten. Die erfindungsgemäß verwendbaren Netzmittel weisen somit Werte für das HLB-Verhältnis auf, die zwischen 10 und 40, zweckmäßig zwischen 10 und 20 und besonders zweckmäßig zwischen 12 und 16 liegen. Der Wert für das HLB-Verhältnis für ein spezielles Netzmittel ist im Allgemeinen bekannt und/oder kann aus einer Vielzahl von bekannten technischen Literaturstellen entnommen werden.
Es ist auch allgemein erwünscht, dass der hydrophobe Anteil des Netzmittels eine lineare Kohlenwasserstoffkette ist, die (CH₂)_n enthält, wobei n vorzugsweise für eine Zahl von 4 oder größer steht. Dieser lineare hydrophobe Kohlenwasserstoff-Teil ist im Allgemeinen sehr kompatibel mit ähnlichen Abschnitten in den Polybutylensuccinat-, Polybutylensuccinat-co-adipat- und Polycaprolacton-Polymeren sowie mit vielen Multicarbonsäuren wie Adipinsäure. Durch Ausnutzung dieser Strukturähnlichkeiten können die hydrophoben Abschnitte des Netzmittels sehr eng an das aliphatische Polyesterpolymer gebunden werden, während die hydrophilen Abschnitte sich bis zur Oberfläche einer hergestellten Binderfaser hin erstrecken können. Die allgemeine Konsequenz dieses Phänomens ist eine verhältnismäßig starke Verkleinerung des Vorlauf-Kontaktwinkels, den das hergestellte Vliesstoffmaterial aufweist. Zu Beispielen für geeignete Netzmittel gehören UNITHOX^®480 und UNITHOX^®750 ethoxylierte Alkohole, die erhältlich sind von der Firma Petrolite Corporation, Tulsa, Oklahoma. Diese Netzmittel weisen eine durchschnittliche lineare Kohlenwasserstoff-Kettenlänge von 26 bis 50 Kohlenstoffatomen auf. Wenn der hydrophobe Anteil des Netzmittels zu voluminös ist, wie z.B. bei Phenylringen oder voluminösen Seitenketten, lässt sich ein solches Netzmittel im Allgemeinen nicht gut in die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung einarbeiten. Wenn die hydrophilen Anteile des Netzmittels freiliegen, anstatt dass die hydrophoben Abschnitte des Netzmittels an die aliphatischen Polyesterpolymer-Moleküle gebunden sind, können die gesamten Moleküle des Netzmittels in der Mischung frei schwimmen, wodurch sie in der Mischung eingefangen werden. Dies zeigt sich in einem großen Vorlauf-Kontaktwinkel und einem verhältnismäßig kleinen Rücklauf-Kontaktwinkel, der anzeigt, dass die hydrophilen Ketten nicht an der Oberfläche liegen. Nach einer Verunreinigung durch eine Flüssigkeit kann das Netzmittel an die Oberfläche wandern, was zu einem kleinen Rücklauf-Kontaktwinkel führt. Dies zeigt sich eindeutig bei Verwendung von IGEPAL^TM RC-630, einem ethoxylierten Alkylphenol-Tensid, erhältlich von der Firma Rhone-Poulenc, Cranbury, NJ. Das ethoxylierte Alkylphenol IGEPAL^TM RC-630 weist eine voluminöse Phenylgruppe auf, die seine Kompatibilität mit aliphatischen Polyesterpolymeren einschränkt, was sich äußert in dem großen Vorlauf-Kontaktwinkel und dem kleinen Rücklauf-Kontaktwinkel einer Mischung aus einem aliphatischen Polyesterpolymer und dem ethoxylierte Alkylphenol IGEPAL^TM RC-630.
Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass das Netzmittel in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung in einer Menge vorliegt, die auf wirksame Weise dazu führt, dass die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung die gewünschten Eigenschaften, wie z.B. die gewünschten Kontaktwinkelwerte, aufweist. Im Allgemeinen kann eine zu große Menge des Netzmittels zu Verarbeitungsproblemen der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung oder zu einer gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung führen, die nicht die gewünschten Eigenschaften, z.B. nicht die gewünschten Vorlauf- und Rücklauf-Kontaktwinkelwerte, aufweist. Das Netzmittel liegt in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge vor, die mehr als 0 Gew.-% bis zu 25 Gew.-% beträgt, zweckmäßiger zwischen 0,5 Gew.-% und 20 Gew.-%, vorteilhaft zwischen 1 Gew.-% und 20 Gew.-% und besonders vorteilhaft zwischen 1 Gew.-% und 10 Gew.-% liegt, wobei alle Gewichtsprozentsätze bezogen sind auf das Gesamtgewicht von Polybutylensuccinat-Polymer, Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer aus diesen Polymeren, Multicarbonsäure und Netzmittel, in die der thermoplastischen Zusammensetzung vorliegen.
Während vorstehend die Hauptkomponenten der erfindungsgemäß verwendeten gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung beschrieben worden sind, ist diese gut benetzbare aliphatische Polyestermischung darauf nicht beschränkt und kann auch andere Komponenten enthalten, welche die gewünschten Eigenschaften der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung nicht in nachteiliger Weise beeinflussen. Zu beispielhaften Materialien, die als zusätzliche Komponenten verwendet werden können, gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Pigmente, Antioxidationsmittel, Stabilisatoren, Tenside, Wachse, Fließmittelpromotoren, feste Lösungsmittel, Weichmacher, Keimbildner, Teilchen und andere Materialien, die zugegeben werden, um die Verarbeitbarkeit der thermoplastischen Zusammensetzung zu verbessern. Wenn diese zusätzlichen Komponenten in einer gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung enthalten sind, ist es im Allgemeinen erwünscht, dass diese zusätzlichen Komponenten in einer Menge verwendet werden, die zweckmäßig weniger als etwa 10 Gew.-%, besonders zweckmäßig weniger als etwa 5 Gew.-% und vorteilhaft weniger als etwa 1 Gew.-% beträgt, wobei alle Gewichtsprozentsätze bezogen sind auf das Gesamtgewicht von aliphatischem Polyesterpolymer, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinat-Polymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer, einem Polycaprolacton-Polymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer aus diesen Polymeren, Multicarbonsäure und Netzmittels, die in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung vorliegen.
Die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung, die erfindungsgemäß verwendet wird, hat im Allgemeinen die Morphologie einer Mischung aus dem aliphatischen Polyesterpolymer, der Multicarbonsäure und dem Netzmittel und gegebenenfalls irgendwelchen zusätzlichen Komponenten. Um die gewünschten Eigenschaften bei der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung, die erfindungsgemäß verwendet wird, zu erzielen, ist es, wie gefunden wurde, wichtig, dass das aliphatische Polyesterpolymer, die Multicarbonsäure und das Netzmittel im Wesentlichen nicht miteinander reagieren, sodass kein Copolymer gebildet wird, welches jeweils das aliphatische Polyesterpolymer, die Multicarbonsäure und/oder das Netzmittel umfasst. Das aliphatische Polyesterpolymer, die Multicarbonsäure und das Netzmittel bleiben als solche jeweils getrennte Komponenten der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung.
Das aliphatische Polyesterpolymer, die Multicarbonsäure und das Netzmittel bilden jeweils im Allgemeinen getrennte Regionen oder Domänen innerhalb einer daraus hergestellten Mischung, welche die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung darstellt. Je nach den relativen Mengen, die von dem aliphatischen Polyesterpolymer, der Multicarbonsäure und dem Netzmittel jeweils verwendet werden, kann jedoch aus dem Polymer, das in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung in einer relativ größeren Menge vorliegt, eine im Wesentlichen kontinuierliche Phase gebildet werden. Dagegen kann das Polymer, das in der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung in einer relativ geringeren Menge vorliegt, eine im Wesentlichen diskontinuierliche Phase bilden, es kann getrennte Regionen oder Domänen innerhalb der kontinuierlichen Phase aus dem in überwiegender Menge vorliegenden Polymer bilden, wobei die kontinuierliche Phase aus dem in überwiegender Menge vorliegenden Polymer das in geringerer Menge vorliegende Polymer innerhalb seiner Struktur im Wesentlichen einschließt. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "einschließen" und verwandten Ausdrücken ist zu verstehen, dass die kontinuierliche Phase aus dem in einer überwiegenden Menge vorliegenden Polymer die getrennten Regionen oder Domänen aus dem in geringerer Menge vorliegende Polymer im Wesentlichen einschließt oder umgibt.
Der zweite Teil der erfindungsgemäßen Bikomponenten-Binderfaser umfasst ein Polyolefin-Kernmaterial. Die Verwendung eines Polyolefin-Kernmaterials bietet eine Reihe von Vorteilen in Bezug auf die Herstellung von Binderfasern. Erstens entsteht durch die verhältnismäßig hohen Schmelztemperaturen der meisten Polyolefine im Vergleich zu aliphatischen Polyestern ein ausreichender Schmelztemperaturabstand zwischen den Hüllen- und Kernkomponenten. Zweitens führt die Verwendung eines Polyolefin-Kerns zu einer ausgezeichneten Verarbeitbarkeit. Die große Anzahl von Polypropylenen und Polethylenen vom Vliesstoff-Typ führt zu einer Vielseitigkeit in Bezug auf die Auswahl eines Rheologieprofils, das für ein gegebenes Kernmaterial geeignet ist. Der Bereich der verfügbaren Schmelztemperaturen erlaubt eine breitere Auswahl an Materialien, um sicherzustellen, dass ein ausreichender Zwischenraum (Abstand) in Bezug auf die Schmelztemperaturen zwischen Hüllen- und Kernmaterial erzielt wird. Zu Kernmaterialien, die erfindungsgemäß verwendbar sind, gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Polyethylen, Polypropylen, Copolymere von Polyethylen und Copolymere von Polypropylen.
Für die vorliegende Erfindung ist es erwünscht, dass das Kernmaterial eine Schmelztemperatur aufweist, die um mindestens 20°C höher ist als diejenige des Hüllenmaterials, welches die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung, wie weiter oben diskutiert, umfasst. Das Kernmaterial sollte eine Schmelztemperatur von mindestens 125°C haben. Der Bereich von verfügbaren Schmelztemperaturen von PLA erlaubt eine breitere Auswahl von Materialien, um sicherzustellen, dass ein ausreichender Abstand zwischen den Schmelztemperaturen des Hüllenmaterials und des Kernmaterials erzielt wird, während gleichzeitig die Anforderungen in Bezug auf die Funktionalität und die biologische Abbaubarkeit erfüllt werden.
Zur Herstellung einer Bahn aus geschnittenen Fasern, beispielsweise einer Airlaid- oder Carded-Bahn, muss eine der Faserkomponenten eine Binderfaser sein.
Bei einer Ausführungsform einer Bikomponenten-Binderfaser, wie sie erfindungsgemäß verwendet wird, wird nach dem trockenen Vermischen des aliphatischen Polyesterpolymers, der Multicarbonsäure und des Netzmittels zur Bildung einer gut benetzbaren aliphatischen Polyestertrockenmischung diese gut benetzbare aliphatische Polyestertrockenmischung zweckmäßig bewegt, gerührt oder anderweitig durchmischt zur wirksamen Bildung einer gleichförmigen Durchmischung des aliphatischen Polyesterpolymers, der Multicarbonsäure und des Netzmittels, sodass eine im Wesentlichen homogene trockene Mischung gebildet wird. Die trockene Mischung kann dann beispielsweise in einem Extruder geschmolzen und durchmischt werden, um das aliphatische Polyesterpolymer, die Multicarbonsäure und das Netzmittel auf wirksame Weise gleichförmig zu durchmischen, sodass eine im Wesentlichen homogene geschmolzene Mischung gebildet wird. Die im Wesentlichen homogene geschmolzene Mischung kann dann abgekühlt und pelletisiert werden. Alternativ kann die im Wesentlichen homogene geschmolzene Mischung direkt in eine Spinneinrichtung oder in eine andere Einrichtung zur Bildung der Binderfaser überführt werden.
Alternative Verfahren zum Durchmischen der Komponenten umfassen die Zugabe der Multicarbonsäure und des Netzmittels zu dem aliphatischen Polyesterpolymer beispielsweise in einem Extruder, der zum Durchmischen der Komponenten verwendet wird. Außerdem ist es auch möglich, zu Beginn alle Komponenten gleichzeitig in Form einer Schmelze miteinander zu mischen. Andere Verfahren zum Vermischen der Komponenten sind ebenfalls möglich und sind für den Fachmann auf diesem Gebiet leicht ersichtlich. Um festzustellen, ob das aliphatische Polyesterpolymer, die Multicarbonsäure und das Netzmittel im Wesentlichen nicht miteinander reagieren, ist es möglich, Methoden anzuwenden, wie z.B. die kernmagnetische Resonanz- und die Infrarot-Analyse, um die chemischen Eigenschaften der fertigen thermoplastischen Zusammensetzung zu beurteilen.
Typische Bedingungen für die thermische Verarbeitung der verschiedenen Komponenten umfassen die Anwendung einer Scherrate, die vorteilhaft zwischen etwa 100 s^–1 und etwa 50000 s^–1, besonders vorteilhaft zwischen etwa 500 s^–1 und etwa 5000 s^–1, zweckmäßig zwischen etwa 1000 s^–1 und etwa 3000 s^–1 liegt und am zweckmäßigsten etwa 1000 s^–1 beträgt. Typische Bedingungen für die thermische Verarbeitung der Komponenten umfassen auch die Anwendung einer Temperatur, die zweckmäßig zwischen etwa 50°C und etwa 500°C, besonders zweckmäßig zwischen etwa 75°C und etwa 300°C und am zweckmäßigsten zwischen etwa 100°C und etwa 250°C liegt.
Wenn einmal das Polyolefin-Kernmaterial und das gut benetzbare aliphatische Polyestermischungs-Hüllenmaterial ausgewählt und gebildet worden sind, können diese Materialien durch gemeinsames Verspinnen der beiden Materialien zu den Binderfasern geformt werden. Nach dem Spinnen der Fasern können diese ausgezogen, geschnitten und/oder gekräuselt werden zur Herstellung von hydrophilen Stapelfasern. Diese Fasern können dann in einer Bonded-Carded-Bahn oder in einem Airlaid-Verfahren verwendet werden zur Herstellung von Vliesstoffmaterialien, die anschließend in wegwerfbaren Kleidungsstücken verwendet werden. Die Herstellung von Bikomponentenfasern wird unter Verwendung eines Doppelextruder-Spinnsystems durchgeführt. Jede Komponente wird in einen Einzelschnecken- oder Doppelschnecken-Extruder eingeführt, bis zur Bildung einer Schmelze erhitzt und in eine Spinndüse überführt. Der Aufbau der Spinndüse bestimmt die Endgestalt der Fasern. Das geschmolzene Polymer, das durch die Spinndüse extrudiert wird, wird durch Luft von Umgebungstemperatur oder durch Luft unterhalb Umgebungstemperatur abgekühlt, bis es einen festen Zustand erreicht hat. Die festen Fasern werden dann auf irgendeine geeignete Weise, beispielsweise unter Verwendung einer Godet-Rolle, ausgezogen. Danach kann jedes beliebige Standard-Verfahren zum Schneiden, Kräuseln, Ausziehen oder Behandeln der Fasern angewendet werden.
Der hier verwendete Ausdruck "hydrophob" bezieht sich auf ein Material, das einen Kontaktwinkel von Wasser in Luft von mindestens 90° aufweist. Im Gegensatz dazu bezieht sich der hier verwendete Ausdruck "hydrophil" auf ein Material, das einen Kontaktwinkel von Wasser in Luft von weniger als 90° aufweist. Handelsübliche Körperpflegeprodukte erfordern im Allgemeinen jedoch Kontaktwinkel, die signifikant unter 90° liegen, um die gewünschten Flüssigkeitstransport-Eigenschaften zu ergeben. Um die für Körperpflegeprodukte erwünschten schnellen Aufnahme- und Benetzungseigenschaften zu erzielen, ist es im Allgemeinen erwünscht, dass der Kontaktwinkel von Wasser in Luft im Allgemeinen unter etwa 70° liegt. Im Allgemeinen ist die Benetzbarkeit umso besser, je niedriger der Kontaktwinkel ist. Tür die Zwecke der vorliegenden Anmeldung werden die Kontaktwinkelmessungen durchgeführt wie in dem weiter unten folgenden Abschnitt "Testverfahren" angegeben. Die allgemeine Bedeutung der Kontaktwinkel und ihre Messung sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, wie z.B. aus Robert J. Good und Robert J. Stromberg, Ed., "Surface and Colloid Science-Experimental Methods", Band II, Plenum Press, 1979).
Es ist erwünscht, dass die resultierenden erfindungsgemäßen Binderfasern eine verbesserte Hydrophilie aufweisen, nachgewiesen durch eine Verkleinerung des Kontaktwinkels von Wasser in Luft. Der Kontaktwinkel von Wasser in Luft einer Faserprobe kann entweder als Vorlauf- oder als Rücklauf-Kontaktwinkel gemessen werden, je nach Art des Testverfahrens. Der Vorlauf-Kontaktwinkel misst das anfängliche Ansprechen eines Materials auf eine Flüssigkeit, wie z.B. Wasser. Der Rücklauf-Kontaktwinkel stellt ein Maß dafür dar, wie ein Material sich während der Dauer einer ersten Verunreinigung oder Einwirkung einer Flüssigkeit sowie bei den nachfolgenden Verunreinigungen verhält. Ein kleinerer Rücklauf-Kontaktwinkel bedeutet, dass das Material hydrophiler wird während der Einwirkung einer Flüssigkeit, und es ist dann im Allgemeinen in der Lage, Flüssigkeiten gleichmäßiger zu transportieren. Sowohl die Vorlauf- als auch die Rücklauf-Kontaktwinkeldaten werden zweckmäßig dazu verwendet, eine stärker hydrophile Natur einer Multikomponentenfaser oder einer Vliesstoffe-Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung einzustellen.
Es ist erwünscht, dass die resultierenden erfindungsgemäßen Binderfasern eine Verbesserung in Bezug auf die Flüssigkeitstransportrate aufweisen, nachgewiesen durch eine niedrige Kontaktwinkelhysterese. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Kontaktwinkelhysterese" ist die Differenz zwischen dem Vorlauf-Kontaktwinkel und dem Rücklauf-Kontaktwinkel für ein Material zu verstehen, das bewertet wird. So würden beispielsweise ein verhältnismäßig großer Vorlauf-Kontaktwinkel und ein verhältnismäßig kleiner Rücklauf-Kontaktwinkel zu einer großen (hohen) Kontaktwinkelhysterese führten. In einem solchen Fall würde eine anfängliche Verunreinigung durch eine Flüssigkeit im Allgemeinen langsam absorbiert durch ein Material, obgleich das Material im Allgemeinen die Flüssigkeit, wenn sie einmal absorbiert ist, zurückhält. Im Allgemeinen sind verhältnismäßig kleine Vorlauf- und Rücklauf-Kontaktwinkel sowie eine kleine (niedrige) Kontaktwinkel-Hysterese erwünscht, um eine hohe Flüssigkeitstransportrate zu erzielen. Die Kontaktwinkel-Hysterese kann als Anzeichen für die Aufsaugrate einer Flüssigkeit durch das zu bewertende Material verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass ein Vliesstoffmaterial, das die hier beschriebenen Binderfasern aufweist, einen Vorlauf-Kontaktwinkel aufweist, der zweckmäßig kleiner als 70° ist, besonders zweckmäßig kleiner als 65° ist, am zweckmäßigsten kleiner als 60° ist, vorteilhafter weniger als 55° beträgt und am vorteilhaftesten weniger als 50° beträgt, wobei der Vorlauf-Kontaktwinkel nach einem Verfahren bestimmt wird, wie es in dem weiter unten folgenden Abschnitt "Testverfahren" beschrieben ist.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass ein Vliesstoffmaterial, welches die hier beschriebenen Binderfasern aufweist, einen Rücklauf-Kontaktwinkel aufweist, der zweckmäßig kleiner als 60° ist, besonders zweckmäßig kleiner als 55° ist, am zweckmäßigsten kleiner als 50° ist, besonders vorteilhaft weniger als 45° beträgt und am vorteilhaftesten weniger als 40° beträgt, wobei der Rücklauf-Kontaktwinkel bestimmt wird nach einem Verfahren, wie es in dem weiter unten folgenden Abschnitt "Testverfahren" beschrieben ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass ein Vliesstoffmaterial, das die hier beschriebenen Binderfasern aufweist, einen Vorlauf-Kontaktwinkel aufweist, der zweckmäßig um mindestens etwa 10°, besonders zweckmäßig um mindestens etwa 15°, am zweckmäßigsten um mindestens etwa 20° und besonders vorteilhaft um mindestens etwa 25° kleiner ist als der Vorlauf-Kontaktwinkel, den eine ansonsten im Wesentlichen identische Faser oder Vliesstoffstruktur aufweist, die aus einer thermoplastischen Zusammensetzung hergestellt ist, die kein Netzmittel umfasst.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass ein Vliesstoffmaterial, welches die hier beschriebenen Binderfasern aufweist, einen Rücklauf-Kontaktwinkel aufweist, der zweckmäßig um mindestens etwa 5°, besonders zweckmäßig um mindestens etwa 10°, am zweckmäßigsten um mindestens etwa 15° und besonders vorteilhaft um mindestens etwa 20° kleiner ist als der Rücklauf-Kontaktwinkel, den eine ansonsten im Wesentlichen identische Faser oder Vliesstoffstruktur aufweist, die aus einer thermoplastischen Zusammensetzung hergestellt ist, die kein Netzmittel umfasst.
Der hier verwendeter Ausdruck "ein ansonsten im Wesentlichen identisches Vliesstoffmaterial, das aus einer thermoplastischen Zusammensetzung hergestellt ist, die kein Netzmittel umfasst" und ähnliche Ausdrücke stehen für ein Kontroll-Vliesstoffmaterial, das unter Verwendung von im Wesentlichen identischen Materialien und unter Anwendung eines im Wesentlichen identischen Verfahrens, verglichen mit einem Vliesstoffmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung, hergestellt worden ist, wobei jedoch das Kontroll-Vliesstoffmaterial das hier beschriebene Netzmittel nicht umfasst oder nicht mit dem hier beschriebenen Netzmittel hergestellt worden ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass die Differenz zwischen dem Vorlauf-Kontaktwinkel und dem Rücklauf-Kontaktwinkel, hier als Kontaktwinkel-Hysterese bezeichnet, so klein wie möglich ist. Daher ist es erwünscht, dass die Binderfaser eine Differenz zwischen dem Vorlauf-Kontaktwinkel und dem Rücklauf-Kontaktwinkel aufweist, die zweckmäßig weniger als etwa 50°, besonders zweckmäßig weniger als etwa 40°, am zweckmäßigsten weniger als etwa 30° und besonders vorteilhaft weniger als etwa 20° beträgt.
Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass die Schmelz- oder Erweichungstemperatur der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung innerhalb eines Bereiches liegt, wie er typischerweise bei den meisten Verfahrensanwendungen vorkommt. Daher ist es im Allgemeinen erwünscht, dass die Schmelz- oder Erweichungstemperatur der gut benetzbaren aliphatische Polyestermischung zweckmäßig zwischen etwa 25 und etwa 350°C, besonders zweckmäßig zwischen etwa 35°C und etwa 300°C und am zweckmäßigsten zwischen etwa 45°C und etwa 250°C liegt.
Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemäß verwendete gut benetzbare aliphatische Polyestermischung im Allgemeinen verbesserte Verarbeitungsei genschaften aufweist, verglichen mit einer thermoplastischen Zusammensetzung, die das aliphatische Polyesterpolymer, jedoch weder eine Multicarbonsäure noch ein Netzmittel enthält. Dies ist im Allgemeinen zurückzuführen auf die signifikante Abnahme der Viskosität, die auftritt als Folge der Anwesenheit der Multicarbonsäure und des inneren Schmiereffekts des Netzmittels. Ohne die Multicarbonsäure ist die Viskosität einer Mischung aus dem aliphatischen Polyesterpolymer und dem Netzmittel im Allgemeinen für eine Verarbeitung zu hoch. Ohne das Netzmittel ist eine Mischung aus dem aliphatischen Polyesterpolymer und der Multicarbonsäure im Allgemeinen nicht genügend hydrophil und weist im Allgemeinen nicht die Verarbeitungsvorteile des flüssigen Netzmittels in der Abschreckungszone auf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, dass nur mit der richtigen Kombination der drei Komponenten eine geeignete Viskosität und Schmelzfestigkeit für das Faserspinnen erzielt werden kann.
Die verbesserte Verarbeitbarkeit einer gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung wird gemessen als Abnahme der scheinbaren Viskosität der thermoplastischen Zusammensetzung bei einer Temperatur von etwa 170°C und einer Scherrate von etwa 1000 s^–1, typischen industriellen Extrusionsverarbeitungsbedingungen. Wenn die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung eine scheinbare Viskosität aufweist, die zu hoch ist, ist die Verarbeitung der gut benetzbaren aliphatischen Polyestermischung im Allgemeinen sehr schwierig. Wenn dagegen die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung eine scheinbare Viskosität aufweist, die zu niedrig ist, führt die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung im Allgemeinen zu einer extrudierten Faser, die eine sehr geringe Zugfestigkeit aufweist.
Es ist daher im Allgemeinen erwünscht, dass die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung eine scheinbare Viskosität bei einer Temperatur von etwa 170°C und einer Scherrate von etwa 1000 s^–1 aufweist, die zweckmäßig zwischen etwa 5 und etwa 200 Pa·s, besonders zweckmäßig zwischen etwa 10 und etwa 150 Pa·s und am zweckmäßigsten zwischen etwa 20 und etwa 100 Pa·s liegt. Das Verfahren, nach dem die scheinbare Viskosität bestimmt wird, ist weiter unten in Zusammenhang mit den Beispielen beschrieben.
Der hier verwendete Ausdruck "Faser" oder "faserförmig" bezieht sich auf ein Material, bei dem das Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser des Materials mehr als etwa 10 beträgt. Umgekehrt ist unter einer "Nicht-Faser" oder einem "nicht-faserförmigen" Material ein Material zu verstehen, bei dem das Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser des Materials etwa 10 oder weniger beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Fasern sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht im Detail beschrieben zu werden. Das Schmelzverspinnen von Polymeren umfasst die Herstellung eines Endlos-Filaments, beispielsweise eines Spunbond- oder Meltblown-Filaments und eines nicht-endlosen Filaments, wie z.B. von Stapelfasern und kurz geschnittenen Fasern, und daraus hergestellten Strukturen. Zur Herstellung einer Spunbond- oder Meltblown-Faser wird im Allgemeinen eine thermoplastische Zusammensetzung extrudiert und einem Verteilersystem zugeführt, mit dem die thermoplastische Zusammensetzung in eine Spinndüsenplatte eingeführt wird. Die gesponnene Faser wird dann abgekühlt, verfestigt, durch Anwendung eines aerodynamischen Systems ausgezogen und dann zu einem konventionellen Vliesstoff geformt. Zur Herstellung von kurz geschnittenen Fasern oder Stapelfasern wird die gesponnene Faser abgekühlt, verfestigt und ausgezogen, im Allgemeinen unter Anwendung eines mechanischen Walzensystems, zu einem Filament mit mittlerem Durchmesser und die Faser wird gesammelt, anstatt direkt zu einer Vliesstoffstruktur verarbeitet zu werden. Anschließend kann die gesammelte Faser "kalt ausgezogen (verstreckt)" werden bei einer Temperatur unterhalb ihrer Erweichungstemperatur bis zu dem gewünschten Durchmesser der Endfaser, und daran kann sich ein Kräuseln/Texturieren und ein Zuschneiden auf die gewünschte Faserlänge anschließen. Multikomponentenfasern können auf eine verhältnismäßig kurze Länge zugeschnitten werden, wie z.B. Stapelfasern, die im Allgemeinen Längen in dem Bereich von etwa 25 bis etwa 50 mm haben, und kurzgeschnittene Fasern, die noch kürzer sind und im Allgemeinen Längen von weniger als etwa 18 mm haben (vgl. z.B. US-Patent 4 789 592 (Taniguchi et al.) und US-Patent 5 336 552 (Strack et al.)).
Die biologisch abbaubaren Vliesstoffmaterialien, in denen die erfindungsgemäßen Binderfasern verwendet werden, sind geeignet für die Verwendung in wegwerfbaren Produkten, wie z.B. wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten, beispielsweise in Windeln, Erwachsenen-Inkontinenzprodukten und Betteinlagen; in Katamenial-Einrichtungen, wie z.B. Damenbinden und Tampons, und in anderen absorptionsfähigen Produkten, wie z.B. Wischtüchern, Latzschürzen, Wundverbänden und chirurgischen Umhängen und Tüchern. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt, das die Multikomponentenfasern umfasst.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Binderfasern zu einer Fasermatrix geformt für die Einarbeitung in ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt. Eine Fasermatrix kann beispielsweise die Form einer Vliesstofffaserbahn haben. Die Länge der verwendeten Fasern kann von dem jeweils in Betracht gezogenen Endverwendungszweck abhängen. Wenn die Fasern in Wasser abgebaut werden sollen, beispielsweise in einer Toilette, ist es vorteilhaft, wenn die Längen bei einem Wert von etwa 15 mm oder darunter gehalten werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt vorgesehen, das eine Verbundstruktur umfasst, die eine für eine Flüssigkeit durchlässige Decklage, eine Flüssigkeit aufnehmende Schicht, eine absorptionsfähige Struktur und eine für Flüssigkeit undurchlässige Rückseitenlage umfasst, wobei mindestens ein Vertreter aus der Gruppe für Flüssigkeit durchlässige Decklage, Flüssigkeit aufnehmende Schicht oder für Flüssigkeit undurchlässige Rückseitenlage das erfindungsgemäße Vliesstoffmaterial umfasst. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn alle drei Vertreter aus der Gruppe Decklage, Flüssigkeit aufnehmende Schicht und Rückseitenlage, die vorstehend beschriebenen Vliesstoffmaterialien umfassen.
Bei einer anderen Ausführungsform kann das wegwerfbare absorptionsfähige Produkt allgemein eine Verbundstruktur umfassen, die eine für Flüssigkeit durchlässige Decklage, eine absorptionsfähige Struktur und eine für Flüssigkeit undurchlässige Rückseitenlage umfasst, wobei mindestens ein Vertreter aus der Gruppe für Flüssigkeit durchlässige Decklage und für Flüssigkeit undurchlässige Rückseitenlage die hier beschriebenen Vliesstoffmaterialien umfasst.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Vliesstoffmaterial auf einer Spunbond-Anlage hergestellt werden. Es werden Harzpellets, welche die vorstehend beschriebenen thermoplastischen Materialien umfassen, hergestellt und vorgetrocknet. Dann werden sie in einen Einzelschnecken-Extruder eingeführt. Die Fasern können durch eine Faserauszieh-Einheit (FDU) oder durch eine Luftauszieh-Einheit auf einem Drahtnetz ausgezogen und thermisch gebunden werden. Es können aber auch andere Verfahren und Herstellungstechniken angewendet werden.
Beispielhafte wegwerfbare absorptionsfähige Produkte sind allgemein in US-A-4 710 187; US-A-4 762 521; US-A-4 770 656 und US-A-4 798 603 beschrieben.
Die absorptionsfähigen Produkte und Strukturen gemäß allen Aspekten der vorliegenden Erfindung sind im Allgemeinen während ihres Gebrauchs mehrfachen Verunreinigungen durch Körperflüssigkeit ausgesetzt. Daher ist es wünschenswert, dass die absorptionsfähigen Produkte und Strukturen mehrfache Verunreinigungen durch Körperflüssigkeiten in Mengen, denen die absorptionsfähigen Produkte und Strukturen während ihres Gebrauchs ausgesetzt sind, absorbieren können. Die Verunreinigungen sind im Allgemeinen durch eine gewisse Zeitspanne voneinander getrennt.
Testverfahren
Schmelztemperatur
Die Schmelztemperatur eines Materials wurde bestimmt unter Anwendung der Differentialabtastelcalorimetrie. Zur Bestimmung der Schmelztemperaturen wurde ein Differentialabtastelcalorimeter mit der Handelsbezeichnung Thermal Analyst 2910 Differential Scanning Calorimeter verwendet, das mit einer flüssigen Stickstoff-Kühlanlage ausgestattet war und in Kombination mit einem Thermal Analyst 2200 Analysen-Softwareprogramm (Version 8.10) verwendet wurde (beide erhältlich von der Firma T. A. Instruments Inc., New Castle, Delaware).
Die getesteten Materialproben lagen entweder in Form von Fasern oder Harzpellets vor. Es ist bevorzugt, nicht die Materialproben selbst zu handhaben, sondern Pinzetten und andere Werkzeuge zu verwenden, um so nichts einzuführen, das fehlerhafte Ergebnisse erzeugen könnte. Die Materialproben wurden im Falle der Fasern zugeschnitten oder im Falle der Harzpellets in eine Aluminiumpfanne eingeführt und auf eine Genauigkeit von 0,01 mg auf einer analytischen Waage ausgewogen. Erforderlichenfalls wurde auf die Materialprobe in der Pfanne ein Deckel aufgelegt.
Das Differentialabtastelcalorimeter wurde unter Verwendung eines Indiummetallstandards geeicht und es wurde eine Basislinienkorrektur durchgeführt, wie in dem Handbuch für das Differentialabtastelcalorimeter beschrieben. Es wurde eine Materialprobe in die Testkammer des Differentialabtastelcalorimeters zur Durchführung eines Tests eingeführt und als Vergleich wurde eine leere Pfanne verwendet. Der gesamte Test wurde unter Anwendung einer Stickstoffspülung von 55 cm³/min (Industriequalität) in der Testkammer durchgeführt. Das Erhitzungs- und Abkühlungsprogramm war ein 2-Zyklen-Test, der mit einer Äquilibrierung der Kammer auf –75°C begann, gefolgt von einem Erhitzungszyklus mit 20°C/min bis auf 220°C, danach gefolgt von einem Abkühfungszyklus mit 20°C/min bis auf –75°C und danach gefolgt von einem weiteren Erhitzungszyklus mit 20°C/min bis auf 220°C.
Die Ergebnisse wurden ausgewertet unter Verwendung des Analysen-Softwareprogramms, wobei die Glasumwandlungstemperatur (Tg) bei der Inflektion (Wende), bei endothermen und exothermen Peaks identifiziert und quantitativ ermittelt wurde. Die Glasumwandlungstemperatur wurde identifiziert als der Bereich auf der Linie, in dem eine ausgeprägte Änderung der Steigung auftrat, und dann wurde die Schmelztemperatur unter Verwendung einer automatischen Inflektionsberechnung bestimmt.
Scheinbare Viskosität
Ein Kapillar-Rheometer, erhältlich unter der Bezeichnung Gottfert Rheograph 2003 Kapillar-Rheometer, das in Kombination mit einer WinRHEO (Version 2.31) Analysen-Software verwendet wurde (beide erhältlich von der Firma Göttfert Company, Rock Hill, Sout Carolina), wurde zur Bewertung der rheologischen Eigenschaften in Bezug auf die scheinbare Viskosität der Materialproben verwendet. Die Kapillar-Rheometer-Vorrichtung umfasste einen 2000 bar Druckwandler und eine Kapillardüse mit einem runden Loch mit einer Länge von 30 mm, einer aktiven Länge von 30 mm, einem Durchmesser von 1 mm, einer Höhe von 0 mm und einem 180° Versuchswinkel.
Wenn bekannt war, dass die zu testende Materialprobe wasserempfindlich war oder sich dies im Test zeigte, wurde die Materialprobe in einem Vakuumofen bei einer Temperatur oberhalb ihrer Glasumwandlungstemperatur, d.h. oberhalb 55 oder 60°C für Poly(milchsäure)-Materialien, unter einem Vakuum von mindestens 38,1 cm (15 inches) Quecksilber und unter einer Stickstoffgas-Spülung mit mindestens 0,81 Std-m³ (30 Std.-ft³) pro h mindestens 16 h lang getrocknet.
Wenn einmal das Instrument aufgewärmt worden war und der Druckwandler geeicht worden war, wurde die Materialprobe portionsweise in die Kolonne eingeführt, wobei das Harz jeweils mit einem Rammstab in die Kolonne eingefüllt wurde, um ein gleichmäßiges Schmelzen während des Tests zu gewährleisten.
Nach dem Einführen der Materialprobe ging jedem Test eine 2-minütige Schmelzzeit voran, um zu ermöglichen, dass die Materialprobe bei der Testtemperatur vollständig schmolz. Das Kapillar-Rheometer nahm automatisch Daten auf und bestimmte die scheinbare Viskosität (in Pa·s) bei 7 scheinbaren Scherraten (in s^–1): 50, 100, 200, 500, 1000, 2000 und 5000. Bei der Überprüfung der resultierenden Kurve war es wichtig, dass die Kurve verhältnismäßig glatt verlief. Wenn signifikante Abweichungen von der allgemeinen Kurve von einem Punkt zum anderen vorlagen, möglicherweise als Folge der Anwesenheit von Luft in der Kolonne, wurde der Testversuch wiederholt, um die Ergebnisse zu bestätigen.
Die resultierende Rheologielkurve der scheinbaren Scherrate in Abhängigkeit von der scheinbaren Viskosität zeigt an, wie die Materialprobe, bei dieser Temperatur in dem Extrusionsverfahren fließt. Die scheinbaren Viskositätswerte bei einer Scherrate von mindestens 1000 s^–1 sind von besonderem Interesse, weil dies die typischen Bedingungen sind, die in handelsüblichen Faserspinnextrudern anzutreffen sind.
Kontaktwinkel
Die Vorrichtung umfasst einen dynamischen Kontaktwinkel-Analysator DCA-322 und eine WinDCA-Software (Version 1.02), beide erhältlich von der Firma ATI-CAHN Instruments, Inc., Madison, Wisconsin. Der Test wurde durchgeführt auf einer "A"-Schleife mit einem daran befestigten Ausgleichsbügel. Die Eichungen sollten monatlich an dem Motor und täglich an der Waage (verwendete Masse 100 mg) durchgeführt werden, wie in dem Handbuch angegeben.
Thermoplastische Zusammensetzungen wurden zu Fasern versponnen und eine freifallende Probe (Jetstretch 0) wurde zur Bestimmung des Kontaktwinkels verwendet. Während der Faserherstellung sollte sorgfältig darauf geachtet werden, eine Handhabung der Faser zu minimieren, um sicherzustellen, dass eine Kontamination minimal ist. Die Faserprobe wurde an dem Drahtaufhänger mit einem Klebeband so befestigt, dass sich 2 bis 3 cm der Faser über das Ende des Aufhängers hinaus erstreckten. Dann wurde die Faserprobe mit einem Rasiermesser so zugeschnitten, dass sich etwa 1,5 cm über das Ende des Aufhängers hinaus erstreckten. Zur Bestimmung des durchschnittlichen Durchmessers entlang der Faser (3 bis 4 Messungen) wurde ein optisches Mikroskop verwendet.
Die Probe auf dem Drahtaufhänger wurde von dem Ausgleichsbügel auf die Schleife "A" herunterhängen gelassen. Die Eintauchflüssigkeit war destilliertes Wasser und es wurde für jede Probe ausgetauscht. Die Probenparameter wurden eingegeben (d.h. der Faserdurchmesser) und der Test wurde gestartet. Der Schlitten bewegte sich vorwärts mit 151,75 μm/s, bis die Eintauchtiefe Null gemessen wurde, wenn die Faser mit der Oberfläche des destillierten Wassers in Kontakt kam. Ab der Eintauchtiefe Null wurde die Faser über eine Strecke von 1 cm in das Wasser eingetaucht, 0 s ruhen gelassen und dann sofort wieder 1 cm zurückgezogen. Die Autoanalyse des Kontaktwinkels, die durch die Software durchgeführt wurde, bestimmte die Vorlauf- und Rücklauf-Kontaktwinkel der Faserprobe auf der Basis von Standardberechnungen, wie sie in dem Handbuch angegeben sind. Kontaktwinkel von 0 oder < 0 zeigen an, dass die Probe vollständig benetzt wurde. Jede Probe wurde fünfmal getestet und es wurde eine statistische Analyse für den Mittelwert, die Standardabweichung und den Abweichungskoeffizienten in % errechnet. Wie in den nachstehenden Beispielen und in den nachstehenden Patentansprüchen angegeben, repräsentiert der Wert für den Vorlauf-Kontaktwinkel den Kontaktwinkel von destilliertem Wasser auf einer Faserprobe, der nach dem vorstehend beschriebenen Testverfahren bestimmt wurde. In entsprechender Weise repräsentiert der Wert für den Rücklauf-Kontaktwinkel, wie in den nachfolgenden Beispielen und in den Patentansprüchen angegeben, den Rücklauf-Kontaktwinkel von destilliertem Wasser auf einer Faserprobe, der unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens bestimmt wurde.
Beispiele
Als Komponenten zur Herstellung von thermoplastischen Zusammensetzungen und Multikomponentenfasern, wie in den folgenden Beispielen angegeben, wurden verschiedene Materialien verwendet. Die Bezeichnung und verschiedenen Eigenschaften dieser Materialien sind in der Tabelle 1 aufgezählt.
Ein Poly(milchsäure) (PLA)-Polymer wurde erhalten von der Firma Chronopol Inc., Golden, Colorado, unter der Bezeichnung HEPLON^TM A10005 Poly(milchsäure)-Polymer.
Unter der Bezeichnung BIONOLLE^TM 1020 Polybutylensuccinat wurde ein Polybutylensuccinat-Polymer, erhältlich von der Firma Showa Highpolymer Co., Ltd., Tokyo, Japan, erhalten. In der nachstehenden Tabelle 2 ist das Polybutylensuccinat-Polymer BIONOLLE^TM 1020 als PBS bezeichnet.
Ein Polybutylensuccinat-co-adipat wurde unter der Bezeichnung BIONOLLE^TM 3020 Polybutylensuccinat-co-adipat von der Firma Showa Highpolymer Co., Ltd., Tokyo, Japan, erhalten.
Ein Polycaprolacton-Polymer wurde von der Firma Union Carbide Chemicals and Plastics Company, Inc., unter der Bezeichnung TONE^TM Polymer P767E Polycaprolacton-Polymer erhalten.
Ein als Netzmittel verwendetes Material wurde von der Firma Petrolite Corporation, Tulsa, Oklahoma, unter der Bezeichnung UNITHOX^TM 480 ethoxylierter Alkohol erhalten, das ein zahlendurchschnittliches Molekulargewicht von etwa 2250, einen Ethoxylat-Gehalt von etwa 80 Gew.-%, eine Schmelztemperatur von etwa 65°C und einen HLB-Wert von etwa 16 aufwies.
Ein als Netzmittel verwendetes Material wurde erhalten von der Firma Baker Petrolite Corporation, Tulsa, Oklahoma, unter der Bezeichnung UNICID^TM X-8198 saures Amidethoxylat, das einen HLB-Wert von etwa 35 und eine Schmelztemperatur von etwa 60°C aufwies.
Als Netzmittel wurde ein Material von der Firma Rhone-Poulenc, Cranbury, New Jersey, unter der Bezeichnung IGEPAL^TM RC-630 als ethoxyliertes Alkylphenol-Tensid erhalten, das einen HLB-Wert von etwa 12,7 und eine Schmelztemperatur von etwa 4°C aufwies.
Tabelle 1
Beispiele 1 bis 2
Die gut benetzbare aliphatische Polyestermischung wurde hergestellt durch Verwendung der verschiedenen Komponenten, trockenes Vermischen derselben und anschließendes Vermischen derselben in der Schmelze in einem gegenläufigen Doppelschneckenextruder um ein starkes Durchmischen der Komponenten zu erzielen. Das Durchmischen der Schmelze führte zu einem vollständigen oder partiellen Schmelzen der Komponenten in Kombination mit dem Schereffekt der rotierenden Mischschnecken. Diese Bedingungen ergeben eine optimale Durchmischung und sogar eine Dispersion der Komponenten der thermoplastischen Zusammensetzung. Für diese Aufgabe gut geeignet sind Doppelschneckenextruder, wie z.B. ein Doppelschneckenextruder Haake Rheocord 90, erhältlich von der Firma Haake GmbH, Karlsruhe, Deutschland, oder ein Brabender Doppelschneckenmischer (Katalog Nr. 05-96-000), erhältlich von der Firma Brabender Instruments, South Hackensack, New Jersey, oder andere vergleichbare Doppelschneckenextruder. Dies gilt auch für Gleichlauf-Doppelschneckenextruder, wie z.B. den Extruder ZSK-30, erhältlich von der Firma Werner und Pfleiderer Corporation, Ramsey, New Jersey. Wenn nichts anderes angegeben ist, wurden alle Proben in einem Haake Rheocord 90 Doppelschneckenextruder hergestellt. Die geschmolzenene Zusammensetzung wurde nach der Extrusion aus dem Schmelzmischer entweder mit einer Flüssigkeits-gekühlen Walze oder oberflächlich und/oder durch Druckluft, die über das Extrudat geleitet wird, abgekühlt. Die gekühlte Zusammensetzung wurde dann anschließend pelletisiert, um sie in Fasern zu überführen.
Die Umwandlung dieser Harze in Binderfasern wurde in einer hausinternen Spinnanlage mit zwei Extrudern mit einem Durchmesser von 1,905 cm (0,75 inch) durchgeführt. Die Extruder wiesen jeweils eine Schnecke mit einem L : D (Längen : Durchmesser)-Verhältnis von 24 : 1 und drei Heizzonen auf, die über eine Überführungsrohrleitung aus dem Extruder in die Spinnanlage übergehen. Das Überführungsrohr stellt die 4. und 5. Heizzone dar und enthält eine statische Mischereinheit vom KOCH^TM SMX-Typ mit einem Durchmesser von 1,6 cm (0,62 inch), erhältlich von der Firma Koch Engineering Company Inc., New York, N. Y. Die Überführungsrohrleitung erstreckt sich in den Spinnkopf hinein (6. Heizzone) und durch eine Spinnplatte mit zahlreichen kleinen Löchern wird das geschmolzene Polymer extrudiert. Die hier verwendete Spinnplatte wies 15 Löcher auf, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 0,508 mm (20 mil) hatte. Die Fasern wurden mit Luft abgeschreckt unter Verwendung von Luft mit einer Temperatur von 13 bis 22°C, mittels einer mechanischen Ausziehwalze ausgezogen und auf eine Aufwickeleinheit zum Sammeln oder in eine Faserverstreckungseinheit für die Herstellung von Spunbond-Fasern und für das Binden überführt. Alternativ kann für die Behandlung vor dem Sammeln auch eine andere Zusatzeinrichtung verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Binderfasern wurden in einer hausinternen Spinnanlage im Labormaßstab hergestellt. Die Spinnanlage bestand aus zwei Einzelschnecken-Extrudern mit einem L : D-Verhältnis von 24 : 1, statischen Mischeinheiten und einer Spinneinrichtung. Die Spinneinrichtung enthielt drei schichtenförmige Platten, die das Polymer verteilten, woran sich eine vierte Platte anschloss, deren Aufbau die Konfiguration der fertigen Fasern bestimmte. Für diese Beispiele wurde eine Hüllen-Kern-Konfiguration angewendet.
Die Benetzbarkeit der Binderfasern der Beispiele wurde quantitativ bestimmt durch Anwendung von Kontaktwinkel-Messungen, wobei ein niedrigerer (kleinerer) Kontaktwinkel ein besser benetzbares Material anzeigt. Die Kontaktwinkel-Messungen wurden wie vorstehend angegeben durchgeführt.
Die Ergebnisse für die Vorlauf- und Rücklauf-Kontaktwinkel sind in der Tabelle 2 angegeben. Der Vorlauf-Kontaktwinkel ist ein Maß dafür, wie eine Faser bei ihrem ersten Kontakt mit der Flüssigkeit mit dieser in Wechselwirkung tritt. Der Rücklauf-Kontaktwinkel ist ein Maß dafür, wie das Material sich während mehrfacher Verunreinigungen mit einer Flüssigkeit oder in einer feuchten Umgebung mit hohem Feuchtigkeitsgehalt verhält. Die erfindungsgemäßen Mischungen ergaben gut benetzbare Fasern.
Tabelle 2 Kontaktwinkeldaten
Der Kontaktwinkel wird bestimmt durch die Grenzfläche, die eine Flüssigkeit, in diesem Falle Wasser, mit der Materialoberfläche bildet. Im Falle von Hüllen-Kern-Fasern ist die Oberfläche, die mit dem Wasser in Kontakt kommt, nur das Hüllenmaterial, sodass der Kontaktwinkel einer solchen Verbundfaser der gleiche ist wie derjenige einer Monokomponentenfaser, die nur aus dem Hüllenmaterial besteht. Dieses Ergebnis gilt nur dann, wenn die Hülle eine kontinuierliche Oberfläche darstellt, die den Kern umgibt, ohne dass das Kernmaterial sichtbar ist, und dass keine Reaktion zwischen den Hüllen- und Kernmaterialien auftritt.
Die Schlüsseleigenschaften, welche die Verarbeitbarkeit von Bikomponentenfasern, die aus unterschiedlichen Komponenten hergestellt sind, beeinflussen, sind die Viskositätsprofile der Komponenten. Um erfolgreich eine Bikomponentenfaser herzustellen, müssen die Viskositäten der Materialien verhältnismäßig ähnlich sein bei den Schmelztemperaturen, die nicht zu unterschiedlich sein dürfen. Obgleich jeder Extruder bei einem Bikomponenten-Spinnarbeitsgang einzeln kontrolliert werden kann, müssen die Polymeren bei einer einzigen Temperatur eine Spinndüse passieren und sind unmittelbar nach dem Austritt aus der Spinneinrichtung einander ausgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt tritt eine Wärmeübertragung zwischen den zwei Komponenten auf. Daher wird dann, wenn eine Komponente viel heißer ist, das kühlere Polymer schnell erhitzt, was zu einem Abfall der Viskosität und zu einer schlechten Faserbildung führt. In der folgenden Tabelle 3 sind die Scherviskositäten einiger potentieller Hüllenmaterialien bei verschiedenen Temperaturen angegeben.
Tabelle 3 Viskositätseigenschaften
Diese Materialien können mit Polyolefin-Kernen kombiniert werden, die bei ähnlichen Temperaturprofilen verarbeitet werden können. In der folgenden Tabelle 4 sind einige der potentiellen Kernmaterialien zusammengefasst.
Tabelle 4
Aus den vorstehenden Ergebnissen geht hervor, dass durch Einstellung der Temperatur und der Zusammensetzung die Rheologie der Komponentenmaterialien und damit die Verarbeitbarkeit kontrolliert werden kann.
Danach wurde im Labormaßstab ein Pilot-Versuch bei der Firma Chisso Corporation in Japan durchgeführt. In der folgenden Tabelle 5 ist eine Zusammenfassung der Eigenschaften der fertigen Faser angegeben.
Tabelle 5
Diese Fasern wurden in Längen von 5 mm und 38 mm hergestellt und können für den gewünschten Anwendungszweck auf jede beliebige Länge zugeschnitten werden. Diese Materialien lassen sich nicht nur gut verarbeiten, sondern ergeben auch, wie die Tabelle zeigt, Fasern mit einer ausgezeichneten Festigkeit und Dehnung.
Die vorstehende detaillierte Beschreibung und die vorstehend angegebenen Beispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränken in keiner Weise den Bereich der Erfindung ein, wie er sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen ergibt.

Claims

Bikomponenten-Binderfaser, die einen Polyolefin-Kern und eine Hülle aus einer aliphatischen Polyestermischung umfasst, wobei die aliphatische Polyestermischung umfasst: a. ein aliphatisches Polyesterpolymer, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einem Polybutylensuccinatpolymer, einem Polybutylensuccinat-co-adipatpolymer, einem Polycaprolactonpolymer, einer Mischung dieser Polymeren oder einem Copolymer dieser Polymeren, wobei das aliphatische Polyesterpolymer ein gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht aufweist, das zwischen 10000 und 2000000 liegt, und das aliphatische Polyesterpolymer in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen 40 und weniger als 100 Gew.-% liegt; b. eine Multicarbonsäure mit einer Gesamtanzahl von Kohlenstoffatomen von ≤ 30, wobei die Multicarbonsäure in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen mehr als 0 Gew.-% und 30 Gew.-% liegt; und c. ein Netzmittel, das ein hydrophiles-lipophiles Gleichgewichtsverhältnis zwischen 10 und 40 aufweist und in einer Gewichtsmenge vorliegt, die zwischen größer als 0 Gew.-% und 25 Gew.-% liegt, wobei alle Gewichtsprozentsätze auf das Gesamtgewicht von aliphatischem Polyesterpolymer, Multicarbonsäure und Netzmittel, die in der aliphatischen Polyestermischung vorliegen, bezogen sind; worin die aliphatische Polyestermischung einen Wert für die scheinbare Viskosität aufweist, der bei einer Temperatur von 170°C und einer Scherrate von 1000 s^–1 zwischen 5 Pa·s und 200 Pa·s liegt; und worin das aliphatische Polyesterpolymer, die Multicarbonsäure und das Netzmittel im Wesentlichen nicht miteinander reagieren.
Bikomponenten-Binderfaser nach Anspruch 1, in der das aliphatische Polyesterpolymer ein Polybutylensuccinatpolymer ist.
Bikomponenten-Binderfaser nach Anspruch 1, in der das aliphatische Polyesterpolymer ein Polybutylensuccinat-co-adipatpolymer ist.
Bikomponenten-Binderfaser nach Anspruch 1, in der das aliphatische Polyesterpolymer ein Polycaprolactonpolymer ist.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der die Faser einen Wert für den Vorlauf-Kontaktwinkel aufweist, der weniger als 70° beträgt, und einen Wert für den Rücklauf-Kontaktwinkel aufweist, der weniger als 60° beträgt.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in der das aliphatische Polyesterpolymer in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge zwischen 50 Gew.-% und 95 Gew.-% vorliegt.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in der das aliphatische Polyesterpolymer in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge zwischen 60 Gew.-% und 90 Gew.-% vorliegt.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in der die Multicarbonsäure ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und einer Mischung dieser Säuren.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in der die Multicarbonsäure ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Glutarsäure, Adipinsäure und Suberinsäure.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in der die Multicarbonsäure in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge zwischen 1 Gew.-% und 30 Gew.-% vorliegt.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in der die Multicarbonsäure in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge zwischen 5 Gew.-% und 25 Gew.-% vorliegt.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, in der die Multicarbonsäure insgesamt zwischen 4 und 30 Kohlenstoffatome aufweist.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, in der das Netzmittel ein hydrophiles-lipophiles Gleichgewichtsverhältnis zwischen 10 und 20 aufweist.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, in der das Netzmittel in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge zwischen 0,5 Gew.-% und 20 Gew.-% vorliegt.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 13, in der das Netzmittel in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge zwischen 1 Gew.-% und 15 Gew.-% vorliegt.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 15, in der das Netzmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus ethoxylierten Alkoholen, Säureamidethoxylaten und ethoxylierten Alkylphenolen.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 16, in der das aliphatische Polyesterpolymer in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge zwischen 50 Gew.-% und 95 Gew.-% vorliegt, die Multicarbonsäure ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und einer Mischung dieser Säuren und in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge zwischen 1 Gew.-% und 30 Gew.-% vorliegt, und das Netzmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus ethoxylierten Alkoholen, Säureamidethoxylaten und ethoxylierten Alkylphenolen und in der aliphatischen Polyestermischung in einer Gewichtsmenge zwischen 0,5 Gew.-% und 20 Gew.-% vorliegt.
Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 17, in der das Polyolefin ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Polyethylen, Polypropylen, Polyethylen-Copolymeren und Polypropylen-Copolymeren.
Bikomponenten-Binderfaser nach Anspruch 5, in der die Faser einen Wert für den Vorlauf-Kontaktwinkel aufweist, der weniger als 65° beträgt.
Bikomponenten-Binderfaser nach Anspruch 5, in der die Faser einen Wert für den Rücklauf-Kontaktwinkel aufweist, der weniger als 55° beträgt.
Bikomponenten-Binderfaser nach Anspruch 5, in der die Faser einen Wert für den Rücklauf-Kontaktwinkel aufweist, der weniger als 50° beträgt.
Bikomponenten-Binderfaser nach Anspruch 5, in der das aliphatische Polyesterpolymer Polybutylensuccinatpolymer ist, die Multicarbonsäure Adipinsäure ist und das Netzmittel ein ethoxylierter Alkohol ist.
Bikomponenten-Binderfaser nach Anspruch 5, in der das aliphatische Polyesterpolymer Polybutylensuccinat-co-adipatpolymer ist, die Multicarbonsäure Adipinsäure ist und das Netzmittel ein ethoxylierter Alkohol ist.
Bikomponenten-Binderfaser nach Anspruch 5, in der das aliphatische Polyesterpolymer eine Mischung von Polybutylensuccinatpolymer und Polybu tylensuccinat-co-adipatpolymer ist, die Multicarbonsäure Adipinsäure ist und das Netzmittel ein ethoxylierter Alkohol ist.
Bikomponenten-Binderfaser nach Anspruch 5, in der das aliphatische Polyesterpolymer eine Mischung von Polybutylensuccinatpolymer und Polybutylensuccinat-co-adipatpolymer ist, die Multicarbonsäure Glutarsäure ist und das Netzmittel ein ethoxylierter Alkohol ist.
Bikomponenten-Binderfaser nach Anspruch 5, in der das aliphatische Polyesterpolymer eine Mischung von Polybutylensuccinatpolymer und Polybutylensuccinat-co-adipatpolymer ist, die Multicarbonsäure Suberinsäure ist und das Netzmittel ein ethoxylierter Alkohol ist.
Bikomponenten-Binderfaser nach Anspruch 5, in der das aliphatische Polyesterpolymer Polycaprolactonpolymer ist, die Multicarbonsäure Adipinsäure ist und das Netzmittel ein ethoxylierter Alkohol ist.
Vliesstoff, der eine Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 27 umfasst.
Absorptionsfähiges wegwerfbares Produkt, das eine Bikomponenten-Binderfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 27 umfasst.