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Gebiet der
Erfindung
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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.
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Hintergrund
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher wünschenswert,
eine Binderfaser mit verbesserten Benetzbarkeitseigenschaften bereitzustellen.
Es ist außerdem
wünschenswert,
eine Binderfaser mit verbesserten Bindungseigenschaften bereitzustellen.
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Es
ist auch wünschenswert,
eine Binderfaser mit wesentlich verbesserter biologischer Abbaubarkeit bereitzustellen,
die gleichzeitig bessere Benetzbarkeits- und Bindungseigenschaften aufweist.
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Es
ist außerdem
wünschenswert,
ein Verfahren zur Herstellung einer Binderfaser bereitzustellen,
die eine wesentlich verbesserte biologische Abbaubarkeit aufweist
bei gleichzeitig verbesserten Benetzbarkeits- und Bindungseigenschaften.
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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.
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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.
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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.
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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;
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.
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Gemäß einem
anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vliesstoff-Struktur,
welche die hier beschriebene Bikomponenten-Binderfaser enthält.
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Eine
Ausführungsform
einer solchen Vliesstoff-Struktur ist eine Schicht, die in einem
wegwerfbaren absorptionsfähigen
Produkt verwendbar ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung der hier beschriebenen Bikomponenten-Binderfaser.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein wegwerfbares
absorptionsfähiges
Produkt, das die hier beschriebene Bikomponenten-Binderfaser enthält.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 BIONOLLETM 1020 Polybutylensuccinat-Polymer
oder BIONOLLETM 3020 Polybutylensuccinat-co-adipat-Polymer,
die im Wesentlichen lineare Polymere darstellen. Diese Materialien
sind dafür
bekannt, dass sie im Wesentlichen biologisch abbaubar sind.
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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
TONETM Polymer P767E und TONETM Polymer
P787 als Polycaprolacton-Polymere erhältlich sind. Diese Materialien
sind dafür
bekannt, dass sie im Wesentlichen biologisch abbaubar sind.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 UNICIDTM Säureamidethoxylate,
alle erhältlich
von der Firma Petrolite Corporation, Tulsa, Oklahoma.
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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. GENAPOLTM 24-L-60,
GENAPOLTM 24-L-92 oder GENAPOLTM 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. MAZOLTM 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. SANDOPANTM DTC, SANDOPANTM KST oder SANDOPANTM DTC-100
carboxyliere Alkoholethoxylate, die erhältlich sind von der Firma Sandoz
Chemical Corp.;
- e. ethoxylierte Fettsäureester,
wie z.B. TRYLONTM 5906 und TRYLONTM 5909 ethoxylierete Fettsäureester, die
erhalten werden können
von der Firma Henkel Corp./Emery Group, Cincinnati, Ohio.
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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.
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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.
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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 IGEPALTM RC-630,
einem ethoxylierten Alkylphenol-Tensid, erhältlich von der Firma Rhone-Poulenc,
Cranbury, NJ. Das ethoxylierte Alkylphenol IGEPALTM 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 IGEPALTM RC-630.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zur
Herstellung einer Bahn aus geschnittenen Fasern, beispielsweise
einer Airlaid- oder Carded-Bahn, muss eine der Faserkomponenten
eine Binderfaser sein.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.)).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Testverfahren
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Beispiele
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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.
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Ein
Poly(milchsäure)
(PLA)-Polymer wurde erhalten von der Firma Chronopol Inc., Golden,
Colorado, unter der Bezeichnung HEPLONTM A10005
Poly(milchsäure)-Polymer.
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Unter
der Bezeichnung BIONOLLETM 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 BIONOLLETM 1020
als PBS bezeichnet.
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Ein
Polybutylensuccinat-co-adipat wurde unter der Bezeichnung BIONOLLETM 3020 Polybutylensuccinat-co-adipat von
der Firma Showa Highpolymer Co., Ltd., Tokyo, Japan, erhalten.
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Ein
Polycaprolacton-Polymer wurde von der Firma Union Carbide Chemicals
and Plastics Company, Inc., unter der Bezeichnung TONETM Polymer
P767E Polycaprolacton-Polymer erhalten.
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Ein
als Netzmittel verwendetes Material wurde von der Firma Petrolite
Corporation, Tulsa, Oklahoma, unter der Bezeichnung UNITHOXTM 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
UNICIDTM X-8198 saures Amidethoxylat, das einen
HLB-Wert von etwa 35 und eine Schmelztemperatur von etwa 60°C aufwies.
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Als
Netzmittel wurde ein Material von der Firma Rhone-Poulenc, Cranbury,
New Jersey, unter der Bezeichnung IGEPALTM RC-630
als ethoxyliertes Alkylphenol-Tensid erhalten, das einen HLB-Wert
von etwa 12,7 und eine Schmelztemperatur von etwa 4°C aufwies.
-
-
Beispiele 1 bis 2
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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.
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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 KOCHTM 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.
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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.
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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.
-
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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.
-
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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.
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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.