DE60109026T2

DE60109026T2 - Permanent wasserbenetzbare hochabsorbierende fasern

Info

Publication number: DE60109026T2
Application number: DE60109026T
Authority: DE
Inventors: Jian Qin; Xiaomin Zhang; Sridhar Ranganathan; Yong Li
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2021-03-17
Also published as: MXPA02008764A; WO2001070287A2; DE60109026D1; EP1265649B1; WO2001070287A3; CN1220527C; US20040186239A1; AU2001247489B2; RU2266140C2; CN1423569A; EP1265649A2; KR20030027884A; JP2003527213A; BR0109380A; RU2002128608A; ZA200206461B; AR028274A1; AU4748901A

Description

Technisches Sachgebiet
Die Erfindung bezieht sich auf hoch absorbierende Mittel, insbesondere auf hoch absorbierende Fasern, die permanent benetzbar sind.
Hintergrund der Erfindung
Die Verwendung von durch Wasser quellfähige, im Wesentlichen wasserunlösliche, absorbierende Materialien, herkömmlich bekannt als hoch absorbierende Mittel (Superabsorptionsmittel) in absorbierenden Einweg-Vorsorgegegenständen ist ausreichend bekannt. Solche absorbierende Materialien werden allgemein in absorbierenden Produkten, wie beispielsweise Windeln, Trainingshosen, Inkontinenzprodukten für Erwachsene, und in Vorsorgeprodukten für Frauen, eingesetzt, um die absorbierende Fähigkeit solcher Produkte zu erhöhen, während deren Gesamtvolumen verringert wird. Absorbierende Materialien sind allgemein als hoch absorbierende Teilchen in einer fasrigen Matrix, wie beispielsweise einer Matrix aus Holzpulpeflocken, vorhanden.
Hoch absorbierende Teilchen sind manchmal schwierig zu verwenden, da sie nicht stationär während des Herstellvorgangs verbleiben und ihre Position in dem Gegenstand verschieben können. Die potenziellen Vorteile einer Verwendung von hoch absorbierenden Fasern, im Gegensatz zu hoch absorbierenden Teilchen, umfassen eine verbesserte Produktintegrität, bessere Eingrenzung und verbesserte, absorbierende Fähigkeiten, wie beispielsweise schnelle Flüssigkeits-Absorptions- und Flüssigkeitsverteilungs-Eigenschaften. Die Verwendung von hoch absorbierenden Fasern kann auch zu verbesserten Produktattributen führen, wie beispielsweise dünnere und weichere Produkte, die eine bessere Passung, eine geringere Gel-Migration und eine potenzielle Vereinfachung der Herstellvorgänge für das Produkt liefern.
Die Oberflächen-Charakteristiken von hoch absorbierenden Fasern spielen eine zentrale Rolle beim Bestimmen der Flüssigkeitsaufnahmeeigenschaften von Verbundmaterialien, die diese enthalten. Dementsprechend ist ein Bedarf nach hoch ab sorbierenden Fasern vorhanden, die eine ausreichende Oberflächenbenetzbarkeit haben. Herkömmlich erhältliche, hoch absorbierende Fasern zeigen keine permanente Benetzbarkeit.
Die US-A-3 989 586 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Papierprodukten, die eine erhöhte Absorptionsfähigkeit haben. Ein oberflächenaktives Mittel wird eingesetzt, um ein Copolymer in einer zellulosen Bahn oder Pulpe zu verteilen, und wird zu dem Copolymer hinzugefügt, bevor das Copolymer in ein hoch absorbierendes Material umgewandelt wird. Die oberflächenaktive Lösung wird dann von der Pulpe durch Trocknen entfernt, bevor das hoch absorbierende Material durch Behandlung mit Alkali gebildet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen von permanent benetzbarem, hoch absorbierendem Material, umfassend eine Behandlung des hoch absorbierenden Materials mit einer oberflächenaktiven Lösung. Ein oberflächenaktives Mittel wird verwendet, das mindestens eine funktionale Gruppe, die mit dem hoch absorbierenden Material reaktiv ist, und mindestens eine nicht reaktive und hydrophile, funktionale Gruppe besitzt. Das oberflächenaktive Mittel wird auf das hoch absorbierende Material aufgebracht, wenn funktionale Gruppen auf der Oberfläche des hoch absorbierenden Materials in einem aktivierten Zustand vorhanden sind. In einer Ausführungsform wird das oberflächenaktive Mittel auf das hoch absorbierende Material dann aufgebracht, wenn das hoch absorbierende Material solvatiert wird. Es ist wünschenswert, dass die oberflächenaktive Lösung ein Lösungsmittel umfasst, das ein Lösungsmittel für das oberflächenaktive Mittel, allerdings kein Lösungsmittel für das hoch absorbierende Material, ist, und die oberflächenaktive Lösung umfasst eine Menge an Wasser, die ausreichend ist, um die Oberfläche des hoch absorbierenden Materials zu solvatieren, allerdings geringer als ausreichend ist, um ein wesentliches Quellen des hoch absorbierenden Materials zu bewirken.
Die Erfindung umfasst weiterhin permanent benetzbare, hoch absorbierende Materialien, wie beispielsweise Fasern, hergestellt durch das Verfahren, und absorbierende Einwegprodukte, die das permanent benetzbare, hoch absorbierende Material aufweisen. Die permanent benetzbaren, hoch absorbierenden Materialien, hergestellt durch das Verfahren, besitzen eine Floatierungszeit geringer als 30 Sekunden, und bewirken eine Verringerung in der Oberflächenspannung von Kochsalz geringer als ungefähr 30%.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, hoch absorbierende Fasern, und Verfahren zum Herstellen derselben, zu schaffen, die eine permanent benetzbare Oberfläche (θ < 90° und eine Floatierungszeit geringer als 30 Sekunden) zeigen, und eine geringe Verringerung in der Oberflächenspannung der Flüssigkeit verursachen, in erwünschter Weise geringer als oder gleich zu ungefähr 30% einer Reduktion in der Oberflächenspannung von Saline (Kochsalz) (0,9% NaCl), noch bevorzugter geringer als oder gleich zu ungefähr 25%, und noch bevorzugter 20%, einer Reduktion der Oberflächenspannung von Saline.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Hoch absorbierende Fasern (Superabsorbent Fibers – SAFs) haben das Potenzial für bessere Flüssigkeitsverteilungs-Eigenschaften als hoch absorbierende Teilchen (Superabsorbent Particles – SAPs), und zwar aufgrund der kleineren Dimensionen und des größeren Oberflächenbereichs der Fasern. Allerdings sind kommerziell erhältliche SAFs, wie beispielsweise Fiberdri^® von Camelot Superabsorbents Ltd, Calgary, Kanada, und Oasis^® von Technical Absorbents UK, tatsächlich schlecht in den Flüssigkeitsverteilungs-Eigenschaften gegenüber kommerziell erhältlichen SAPs. Ein üblicher Grund für diese schlechtere Funktionsweise ist die schnellere Flüssigkeitsaufnahmerate von hoch absorbierenden Fasern. Allerdings sind mindestens zwei Ursachen für diese Beeinträchtigung vorhanden. Erstens wird die Oberfläche einer SAF hydrophob während eines Faserspinnverfahrens gemacht. Zweitens können oberflächenaktive Mittel, aufgebracht auf die Faser, um der Hydrophobizität der Faser entgegenzuwirken, von der Faser in die Flüssigkeit freigesetzt werden, die in Kontakt mit der Faser gelangt, und verringern die Oberflächenspannung der Flüssigkeit.
Offenbart hier sind permanent benetzbare (hydrophile), hoch absorbierende Fasern, die keine wesentliche Verringerung in der Saline-Oberflächenspannung verursachen, wenn sie in Saline bzw. Kochsalz eingebracht werden, und Verfahren zum Modifizieren von hoch absorbierenden Fasern zu solchen Materialien. Der Ausdruck „permanent", wie er hier verwendet wird, bedeutet nicht notwendigerweise, dass das hoch absorbierende Mittel benetzbar für eine unbegrenzte Zeitdauer verbleibt, sondern bedeutet vielmehr, dass das hoch absorbierende Mittel benetzbar zumindest unter wiederholtem Waschen und unter einer normalen Benutzung verbleibt. Verbundmaterialien, die die permanent benetzbaren, hoch absorbierenden Fasern enthalten, zeigen verbesserte Flüssigkeitsverteilungs-Eigenschaften gegenüber Verbundmaterialien, die andere SAFs enthalten. Während die Erfindung hier insbesondere als ein Verfahren zum Herstellen von permanent benetzbaren, hoch absorbierenden Fasern beschrieben ist, sollte verständlich werden, dass sie auch anwendbar ist, um andere Formen von permanent benetzbaren, hoch absorbierenden Materialien herzustellen, wie, zum Beispiel ein teilchenförmiges Material, ein Film, ein Vlies, ein Wulst, ein Schaum und eine Coform.
Die Annahme, dass hoch absorbierende Fasern eine verbesserte Flüssigkeitsverteilung gegenüber SAPs zeigen sollten, basiert auf der Laplace-Gleichung: p = 2γ-cosθ/R_c (wobei p ein Kapillardruck ist, γ die Oberflächenspannung der Flüssigkeit ist, θ der Kontaktwinkel an der Grenzfläche Flüssigkeit-Feststoff-Luft ist und R_c der Kapillarradius ist). Aufgrund einer wesentlichen Verringerung des Kapillarradius, R_c, von SAPs zu SAFs, sollte der Kapillardruck p eine wesentliche Zunahme haben, was bedeutet, eine Zunahme in der Flüssigkeitsverteilungsleistung. Allerdings sind SAFs tatsächlich dahingehend befunden worden, schlechter als SAPs in der Flüssigkeitsverteilung in einigen Fällen zu arbeiten.
Ohne an die Theorie gebunden zu sein wird angenommen, dass der Grund für die schlechteren Ergebnisse derjenige ist, dass die SAF-Oberfläche während des Spinnvorgangs hydrophobilisiert wird. Zum Beispiel ist Natriumpolyacrylat ein üblich verwendetes, hoch absorbierendes Material, ein hydrophiles Polymer aufgrund des Vorhandenseins von Carboxylgruppen (-COO^–) und Carboxylsäuregruppen (-COOH). Allerdings kann die Oberfläche einer Natriumpolyacrylatfaser sehr hydrophob sein, falls eine Lösung des Polymers in heißer Luft getrocknet wird. Das bedeutet, dass heiße Luft relativ zu Wasser hydrophobisch ist, so dass heiße Luft mehr hydrophobe Segmente (-C-C-)_n des Natriumpolyacrylats auf die Oberfläche anzieht und gleichzeitig die hydrophilen Segmente (-COO^–, -COOH) des Polymers von der Oberfläche wegstößt. Dies ist eine sogenannte Oberflächen-Hydrophobilisierung. Eine Oberflächen-Hydrophobizität ist einer der Gründe, warum SAFs keine verbesserten Flüssigkeitsverteilungs-Eigenschaften zeigen. Eine hydrophobe Oberfläche ist eine solche mit einem Kontaktwinkel θ größer als 90°, was zu einem negativen Kapillardruck in der Laplace-Gleichung führt.
Um hoch absorbierende Fasern benetzbar zu machen, sind andere oberflächenaktive Mittel auf die Fasern aufgebracht worden, um deren Kontaktwinkel und Benetzbarkeit zu verbessern. Diese Maßnahme kann das Problem der Oberflächenbenetzbarkeit lösen, ruft aber ein anderes Problem hervor. Das oberflächenaktive Mittel, das aufgebracht ist, verbleibt nicht permanent auf der Oberfläche der hoch absorbierenden Faser aufgrund des oberflächenaktiven Mittels, das verwendet wird, und der Verfahren zum Aufbringen. Das oberflächenaktive Mittel auf der Oberfläche der hoch absorbierenden Faser ist flüchtig und wird sich in die Flüssigkeit hinein, die die Faser berührt, auflösen, was sehr stark die Oberflächenspannung γ der Flüssigkeit verringert und negativ die Flüssigkeitsverteilungs-Eigenschaften behindert.
Die Verfahren der Erfindung umfassen eine Aufbringung eines reaktiven, oberflächenaktiven Mittels auf die Oberfläche einer hoch absorbierenden Faser, wenn die Faser aktiviert wird. Dabei sind mehrere Arten und Weisen vorhanden, um dies zu erreichen. Gemäß einem erwünschten Verfahren, das insbesondere hier beschrieben ist, wird das oberflächenaktive Mittel auf die Faser dann aufgebracht, wenn die Faser solvatiert wird. Das oberflächenaktive Mittel wird auf die Faser in einer Flüssigkeit aufgebracht, die ein Lösungsmittel für das oberflächenaktive Mittel, allerdings nicht für die Faser, ist. Wasser wird zu der oberflächenaktiven Lösung hinzugegeben. Die Menge an Wasser sollte genug sein, um die Oberfläche der Faser zu solvatieren, so dass ionische Gruppen auf den Oberflächen von Makro-Molekülen der Faser befreit werden können, um zu rotieren, um eine Wechselwirkung mit den funktionalen, reaktiven Gruppen des oberflächenaktiven Mittels zu fördern. Allerdings sollte die Menge an Wasser nicht genug sein, um ein wesentliches Anquellen der Faser zu verursachen. Die Faser kann mit der Lösung aus oberflächenaktivem Mittel/Wasser/Lösungsmittel in einer Anzahl von Arten und Weisen behandelt werden, einschließlich Aufsprühen oder Eintauchen. Die behandelte Faser kann dann, falls erwünscht, gewaschen werden, und kann getrocknet werden, um das Lösungsmittel und das Wasser zu entfernen.
Andere Verfahren können verwendet werden, um eine Wechselwirkung zwischen den funktionalen Gruppen des oberflächenaktiven Mittels und der SAF zu un terstützen. Zum Beispiel kann die SAF einer Umgebung mit höherer Luftfeuchtigkeit für eine bestimmte Dauer ausgesetzt werden und kann dann mit dem oberflächenaktiven Mittel behandelt werden. Der Wasserdampf wird die Oberfläche der SAF solvatieren, um denselben solvatierten Zustand wie bei flüssigem Wasser zu erreichen. Ein anderes Beispiel ist dasjenige, dass die SAF einer hochenergetischen Strahlung, wie beispielsweise einem e-Strahl oder einem Plasma, ausgesetzt werden kann und dann mit dem oberflächenaktiven Mittel behandelt werden kann. Eine solche Strahlung kann die Oberflächen-Makromoleküle aktivieren, was freie Radikale oder Ionen erzeugt, was eine Reaktion mit dem oberflächenaktiven Mittel unterstützen.
Fasern
Irgendeine Anzahl von hoch absorbierenden Fasern kann in der Erfindung verwendet werden. So, wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck „hoch absorbierend" auf ein in Wasser quellfähiges, in Wasser unlösliches Material, das, unter den meisten, bevorzugten Zuständen, dazu geeignet ist, mindestens ungefähr 10, bevorzugt ungefähr 20, und oftmals bis zu 100-mal seines Gewichts in Wasser zu absorbieren. Organische Materialien, die zur Verwendung als ein hoch absorbierendes Material der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können natürliche Materialien, wie Agar-Agar, Algin, Karrageen, Stärke, Pektin, Guar-Gummi, Chitosan, und dergleichen, modifizierte, natürliche Materialien, wie beispielsweise Carboxylakylzellulose, Methylzellulose, Hydroxyalkylzellulose, Chitosan-Salz, Dextran, und dergleichen; ebenso wie synthetische Materialien, wie beispielsweise synthetische Hydrogelpolymere. Solche Hydrogelpolymere umfassen, sind allerdings nicht darauf beschränkt, Alkalimetallsalze aus Polyacrylsäuren, Polyacrylamiden, Polyvinylalkohol, Ethylenmaleinanhydridcopolymere, Polyvinylether, Hydroxypropylzellulose, Polyvinylmorpholinon, und Polymere und Copolymere aus Vinylsulfonsäure, Polyacrylaten, Polyacrylamiden, Polyvinylaminen, Polyallylaminen, Polyvinylpyrridin, und dergleichen. Andere, geeignete Polymere umfassen hydrolysierte, mit Acrylonitril veredelte Stärke, mit Acrylsäure veredelte Stärke und Isobutylenmaleinanhydridcopolymere und Mischungen davon. Die Hydrogel-Polymere sind in erwünschter Weise leicht quer vernetzt, um das Material im Wesentlichen wasserunlöslich zu machen. Eine Quervernetzung kann, zum Beispiel, eine solche durch Bestrahlung oder durch eine covalente, ionische, van der Waal'sche oder eine Wasserstoffbindung sein.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die absorbierenden Fasern ein oder mehrere hoch absorbierende Materialien) in der Form eines Natriumsalzes und eines quer vernetzten Polymers auf. Solche hoch absorbierenden Materialien umfassen, sind allerdings nicht darauf beschränkt, Fiberdri^® 1161, Fiberdri^® 1231 und Fiberdri^® 1241 (alle erhältlich von Camelot Superabsorbent Ltd., Calgary, Kanada); und Oasis^® 101, Oasis^® 102 und Oasis^® 111 (alle erhältlich von Technical Absorbents, UK).
Die hoch absorbierenden Fasern können durch eine Anzahl von Verfahren, die für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt sind, hergestellt werden.
Oberflächenaktive Mittel
Geeignete oberflächenaktive Mittel sind Verbindungen, die mindestens eine funktionale Gruppe, reaktiv mit der SAF, und mindestens eine nicht-reaktive und hydrophile, funktionale Gruppe haben. Reaktive, funktionale Gruppen umfassen kationische Gruppen für eine anionische SAF und anionische Gruppen für eine kationische SAF. Beispiele von kationischen Gruppen sind, ohne Beschränkung, quaternäre Ammoniumgruppen, und Aminogruppen, wenn die anionische SAF azidische Gruppen enthält, wie beispielsweise Carboxylsäure-Gruppen. Beispiele von anionischen Gruppen sind, ohne Beschränkung, Carboxyl-Gruppen, Sulfonat-Gruppen, Phosphat-Gruppen, und deren entsprechende Säure-Gruppen, wenn die kationische SAF basische Gruppen, wie beispielsweise Amino-Gruppen, enthält.
Nicht-reaktive, hydrophile, funktionale Gruppen umfassen, ohne Beschränkung, Hydroxyl-Gruppen, Ether-Gruppen, Carboxylsäure-Gruppen, Amino-Gruppen und Imino-Gruppen.
Ein geeignetes, oberflächenaktives Mittel ist Rhodamox LO (Lauryldimethylaminoxid) von Rhone-Poulenc, Inc.. Die Lösung aus oberflächenaktivem Mittel bevorzugt in erwünschter Weise eine Konzentration von ungefähr 0,001 g bis 20 g an oberflächenaktivem Mittel pro 1000 g Lösungsmittel, bevorzugter ungefähr 0,005 g bis 10 g an oberflächenaktivem Mittel pro 1000 g Lösungsmittel, noch bevorzugter ungefähr 0,01 g bis 5 g an oberflächenaktivem Mittel pro 1000 g Lösungsmittel und am bevorzugtesten ungefähr 0,05 bis 1 g an oberflächenaktivem Mittel pro 1000 g Lösungsmittel.
Lösungsmittel
Das Lösungsmittel besitzt eine Kompatibilität oder Mischbarkeit mit dem die SAFs aktivierenden Mittel, wie beispielsweise Wasser. Das Lösungsmittel ist ein solches, das das oberflächenaktive Mittel solvatiert, allerdings nicht wesentlich die Faser solvatiert. Geeignete Lösungsmittel können durch Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ausgewählt werden, und umfassen, ohne Einschränkung, Isopropanol, Methanol, Ethanol, Butylalkohol, Butanediol, Butanetriol, Butanon, Aceton, Ethylenglykol, Propylenglykol, Glycerol, und Mischungen davon. Bevorzugte Lösungsmittel umfassen Isopropanol, Ethanol und Aceton.
Menge an Wasser
Die Menge an Wasser, die hinzugegeben werden soll, ist wichtig; sie sollte genug sein, um die Oberfläche der Faser zu solvatieren, so dass ionische Gruppen auf den Oberflächen-Makromolekülen der Faser freigesetzt werden können, um sich zu drehen, um eine Wechselwirkung mit den funktionalen Gruppen des oberflächenaktiven Mittels zu unterstützen. Allerdings sollte die Menge an Wasser genug sein, um ein wesentliches Quellen der Faser zu bewirken. Ein wesentliches Quellen einer SAF ist als eine Volumenerhöhung von mindestens ungefähr 100% definiert.
Eine erwünschte Menge an Wasser reicht von 0,5 bis 30 Gewichts-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Lösungsmittels, bevorzugt von ungefähr 1 bis 20%, noch bevorzugter von ungefähr 1 bis 15%, am bevorzugtesten von ungefähr 1 bis 10%. Alle Prozentsätze hier sind in Bezug auf das Gewicht angegeben, ohne dass dies in anderer Weise angegeben ist.
Es wird angenommen, ohne durch die Theorie eingeschränkt zu sein, dass Wasser als ein Aktivierungsmittel wirkt, um eine Reaktion zwischen den reaktiven, funktionalen Gruppen des oberflächenaktiven Mittels und den funktionalen Gruppen der hoch absorbierenden Faser zu unterstützen. Zum Beispiel sind, falls ein kationisches/nicht-ionisches, oberflächenaktives Mittel auf die Oberfläche einer hoch absorbierenden Polyacrylat-Faser beim Vorhandensein von Wasser aufgebracht wird, anionische Gruppen (-COO^–) der Faser nicht auf der Oberfläche aufgrund der Oberflächen-Hydrophobilisierung vorhanden oder liegen nicht in der ionischen Form aufgrund eines Fehlens von Wasser vor. Obwohl das oberflächenaktive Mittel kationische Gruppen besitzt, können sie keine ionische Bindungen mit den anionischen Gruppen der Faser bilden. Das oberflächenaktive Mittel klebt nur an der Oberfläche der Faser an und wird flüchtig. Allerdings kann, wenn eine bestimmte Menge an Wasser in der Behandlungslösung vorhanden ist, das Wasser die Oberfläche der Faser solvatieren, und die anionischen Gruppen nahe der Oberfläche der Faser werden in der Lage sein, von einer innenliegenden Konformation zu einer außenliegenden Konformation zu rotieren, während den kationischen Gruppen des oberflächenaktiven Mittels ermöglicht wird, ionische Bindungen mit diesen außenliegenden, anionischen Gruppen zu bilden und eine permanente, Oberflächen-benetzbare Behandlung zu erreichen.
Reaktionsbedingungen
Die Faser kann mit der oberflächenaktiven Lösung in einer Anzahl von Arten und Weisen behandelt werden, einschließlich Sprühen oder Eintauchen. Das Verhältnis von SAF zu der Behandlungslösung wird stark in Abhängigkeit davon variieren, wie das oberflächenaktive Mittel auf die Faser aufgebracht wird. Zum Beispiel ist ein Verhältnis von 1:1 (Gramm an SAF zu Gramm der Lösung) bis 1:5 bevorzugt, wenn die Lösung durch Aufsprühen aufgebracht wird. In einer Ausführungsform einer Eintauchbehandlung wird die SAF in die vorpräparierte Behandlungslösung hinzugegeben. Das Verhältnis von SAF zu der Behandlungslösung wird bevorzugt von ungefähr 1:1 bis 1:500, noch bevorzugter von ungefähr 1:1 bis 1:100, und am bevorzugtesten von ungefähr 1:1 bis 1:50, reichen.
Die Behandlung wird bei einer Temperatur von ungefähr 0°C bis 100°C, bevorzugter von ungefähr 10 bis 60°C, noch bevorzugter von ungefähr 20 bis 30°C, am bevorzugtesten bei ungefähr Zimmertemperatur (23°C), durchgeführt. Die Länge der Behandlung hängt von dem Verfahren einer Aufbringung, der Temperatur bei der Aufbringung, ebenso wie von den Komponenten, ab. Die Behandlungslänge wird von ungefähr 0,01 bis 1 Stunde, bevorzugt von ungefähr 0,05 bis 0,5 Stunde, noch bevorzugter von ungefähr 0,1 bis 0,3 Stunde, bevorzugt unter einem konstanten Rühren, reichen.
Waschen und Trocknen
Der Zweck eines Waschens ist derjenige, irgendwelches flüchtiges, oberflächenaktives Mittel zu entfernen. Gerade wenn ein reaktives, oberflächenaktives Mittel und geeignete Reaktionsbedingungen ausgewählt werden, können flüchtige, oberflächenaktive Mittel noch erzeugt werden, wenn zuviel oberflächenaktives Mittel verwendet wird (die Zahl der Moleküle des oberflächenaktiven Mittels ist größer als die Zahl der verfügbaren, funktionalen Gruppen auf der Oberfläche der SAF, oder es ist eine nicht vollständige Reaktion zwischen dem oberflächenaktiven Mittel und den funktionalen Gruppen der SAF vorhanden). Ein effektives Waschen wendet ein Gewichtsverhältnis von SAF zu dem Waschmittel in einem Bereich von ungefähr 1:2 bis 1:500, bevorzugt ungefähr 1:5 bis 1:200, noch bevorzugter ungefähr 1:10 bis 1:100, an. Ein Waschen bei Zimmertemperatur ist bevorzugt, allerdings kann eine Temperatur, die von 0°C bis 100°C reicht, verwendet werden. Eine Mischhilfe, wie beispielsweise ein mechanisches Rühren, eine Vibration oder eine Ultraschallbehandlung werden dabei helfen, eine höhere Effektivität beim Waschen zu erreichen. Die Flüssigkeit, die zum Waschen verwendet wird, wird ein Lösungsmittel für das oberflächenaktive Mittel, allerdings nicht für die Faser, sein.
Irgendein herkömmliches Trocknungsverfahren, wie beispielsweise Lufttrocknung bei Umgebungsbedingung oder bei einer erhöhten Temperatur, ein Vakuumtrocknen, ein Gefriertrocknen, ein superkritisches Trocknen, usw., kann verwendet werden, um die behandelten und/oder gewaschenen Fasern zu trocknen.
Die hoch absorbierenden Fasern der vorliegenden Erfindung sind zur Verwendung in absorbierenden Einwegprodukten, wie beispielsweise Gegenständen der persönlichen Vorsorge, wie beispielsweise Windeln, Trainingshosen, Babytücher, Vorsorgeprodukte für Frauen, Inkontinenz-Produkte für Erwachsene und medizinische Produkte, wie beispielsweise Wundverbände, chirurgische Umhänge und Stoffe, geeignet.
Die SAFs können in gewebten oder nicht gewebten Produkten verwendet werden, da kommerziell erhältliche, hoch absorbierende Fasern nun verwendet werden. Es kann wünschenswert sein, die erfindungsgemäßen, hoch absorbierenden Fasern mit anderen Fasern zu mischen und/oder hoch absorbierende Teilchen zu einer Bahn, hergestellt aus den erfindungsgemäßen Fasern, hinzuzugeben, um eine absorbierende Struktur herzustellen. Die Erfindung, die offenbart ist, kann auch bei anderen Formen von hoch absorbierenden Mitteln angewandt werden, wie beispielsweise teilchenförmigem Material, Filmen, Flocken, nicht gewebtem Material, Wulsten und Schäumen, um deren Oberflächenbenetzbarkeit zu verbessern.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein absorbierendes Einwegprodukt geschaffen, das aus einer flüssigkeits-permeablen Oberseitenschicht, einer Unterlagenschicht, befestigt an der Oberseitenschicht, und einer absorbierenden Struktur, hergestellt aus den erfindungsgemäßen Fasern, positioniert zwischen der Oberseitenschicht und der Unterlagenschicht, hergestellt ist.
Die absorbierenden Einwegprodukte gemäß allen Aspekten der vorliegenden Erfindung werden allgemein, während der Benutzung, mehreren Insults einer Körperflüssigkeit unterworfen. Dementsprechend sind bevorzugt die absorbierenden Einwegprodukte dazu geeignet, mehrere Insults aus Körperflüssigkeiten in Mengen zu absorbieren, denen die absorbierenden Produkte und Strukturen während der Benutzung ausgesetzt werden. Die Insults sind allgemein voneinander durch eine Zeitperiode getrennt.
Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet werden Materialien erkennen, die zur Verwendung als Oberseitenschicht und Unterlagenschicht geeignet sind. Beispiele von Materialien, die zur Verwendung als die Oberseitenschicht und die flüssigkeitspermeablen Materialien verwendbar sind, wie beispielsweise spinngebundenes Polypropylen oder Polyethylen, mit einem Basisgewicht von ungefähr 15 bis 25 Gramm pro Quadratmeter. Beispiele von Materialien, die zur Verwendung als die Unterlagenschicht geeignet sind, sind flüssigkeitsundurchlässige Materialien, wie beispielsweise Polyolefinfilme, ebenso wie dampfdurchlässige Materialien, wie beispielsweise mikroporöse Polyolefinfilme.
Die Erfindung wird weiterhin durch die nachfolgenden Beispiele dargestellt, die nicht dahingehend angegeben sind, irgendwelche Einschränkungen dem Schutzumfang davon aufzuerlegen. Im Gegensatz dazu sollte klar verständlich sein, dass eine Umordnung zu verschiedenen anderen Ausführungsformen, Modifikationen und Äquivalenten davon vorgenommen werden kann, die, nach Lesen der Beschreibung hier, sich direkt für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, ergeben können.
Beispiele
Zwei Eigenschaften von SAFs wurden in Beispiel 1 gemessen: Floatierungszeit, um eine Oberflächenbenetzbarkeit anzuzeigen, und Oberflächenspannung unter Verwendung einer Saline-Lösung, um die Flüchtigkeit des oberflächenaktiven Mittels anzuzeigen. In Beispiel 2 wurde ein geneigter Docht-Test verwendet, um Flüssigkeitsverteilungs-Eigenschaften von Komposits, die die erfindungsgemäßen SAF-Proben umfassen, zu evaluieren. Das freie Quellen, das Trockengewicht, Dichte und Saline-Aufnahme wurden festgestellt. Die Testvorgänge sind nachfolgend zusammengefasst:
Floatierungszeit: ungefähr 80 g von 0,9% NaCl isotonischer Saline, erhältlich von RICCA Chemical Co. (Arlington, TX), wurden in ein Becherglas mit 100 ml eingegeben. 0,01 g an hoch absorbierender Faser wurden abgewogen und in den Messbecher aus einer Höhe von ungefähr 5 cm oberhalb der Oberfläche der Saline vorsichtig hinzugegeben. Die Zeit, zu der die Faser das erste Mal die Oberfläche der Saline berührte, bis zu der Zeit, zu der sich die Faser unterhalb der Oberfläche der Saline befand, wurde als Floatierungszeit aufgezeichnet.
Oberflächenspannungstest: Ein Gramm an hoch absorbierender Faser wurde mit 150 Gramm an 0,9% NaCl Saline in einem Kolben durchgemischt. Nach 15 Minuten wurde die Saline in einen Glasbehälter eingegossen. Ein Kruss Prozessor Tensiometer K 12 wurde dazu verwendet, die Oberflächenspannung der behandelten Saline zu messen.
Absorptions-Tests: Ungefähr 0,16 g der hoch absorbierenden Faser wurden abgewogen und in einen AUL-Testzylinder aus Kunststoff mit einem Sieb mit 100 Mesh auf seinem Boden eingegeben. Ein Kunststoffkolben wurde auf die Oberseite der Scheiben aufgelegt, der einen Druck von ungefähr 0,01 psi erzeugte. Der Zylinder wurde dann in eine Schüssel eingegeben, die ungefähr 50 ml an 0,9% NaCl Saline enthielt. Nach 1 Stunde wurde der Zylinder herausgenommen und auf einem Papierhandtuch platziert, um Zwischenraum-Flüssigkeit herauszunehmen. Diese Herausnahme wurde durch Bewegen des Zylinders zu einem trockenen Papierhandtuch fortgeführt, bis keine Flüssigkeitsmarkierung auf dem Papierhandtuch sichtbar war. Die Gewichtsdifferenz des Zylinders zwischen nass und trocken stellte die gesamte Menge an Flüssigkeit, absorbiert durch die SAF, dar, und wurde als freies Anschwell-Absorptionsvermögen (Free Swell Absorbency) angegeben. Der Absorptions-Test ist in weiterem Detail in der WO 99/17695 in dem Abschnitt mit dem Titel „Flooded Absorbency Under Zero Load" beschrieben.
Neigungs-Docht-Test: Proben von hoch absorbierender Faser wurden an die Luft mit Holzpulpe-Fluff in Komposits, die ein gesamtes Basisgewicht von 400 gsm (Gramm pro Quadratmeter) besaßen, gelegt. Die Komposits wurden auf ungefähr 0,2 g/cc (g/cm³) verdichtet und in eine Größe von 33 cm mal 5,1 cm geschnitten. Eine geschnittene Probe wurde in einen geneigten Trog mit Dochtwirkung (geneigt mit einem Winkel von 30°) für den Docht-Test platziert. Die Testflüssigkeit war 0,9% NaCl Saline. Der Test dauerte ungefähr 90 Minuten und sowohl der Docht-Weg als auch die Docht-Wirkungs-Kapazität (Aufnahme) wurden als Parameter angegeben, um Flüssigkeitsverteilungs-Eigenschaften wiederzugeben. Der Docht-Test ist in weiterem Detail in der europäischen Veröffentlichung 761 192 A2 in dem Abschnitt mit dem Titel „Wicking Parameter" beschrieben.
Die Dichte wurde durch Teilen des Grundgewichts durch die Dicke der Bahn bestimmt. Die Dicke wurde unter Verwendung eines Digimatic Indicator Model 1DF-150E, erhältlich von Mitutoyo Corporation, Japan, bestimmt, mit einem aufgebrachten Druck von 0,05 psi und einer Genauigkeit von 0,001 mm.
Beispiel 1: Bildung einer benetzbaren Faser und einer solchen mit einer hohen Oberflächenspannung
Eine kommerziell erhältliche, hoch absorbierende Faser (Fiberdri 1241 – erhältlich von Camelot Superabsorbent Ltd., Calgary, Kanada) wurde verwendet. Diese Faser ist ein quervernetztes Copolymer aus Maleinanhydrid und Isobutylen. Diese Faser ist benetzbar (Floatierungszeit geringer als 30 Sekunden), bewirkt allerdings eine Oberflächenspannungsverringerung von Saline (0,9% NaCl) von 72 auf 47 Dyne/cm (34,7% Reduktion). Die Faser wurde bis zu sechsmal in Isopropanol (Gewichtsverhältnis der Faser zu Isopropanol ungefähr 1 zu 10) gewaschen, um irgendwelches oberflächenaktives Mittel, das mit der hoch absorbierenden Faser kam, zu entfernen. Jede Waschzeit betrug ungefähr 1 Stunde. Frisches Isopropanol wurde zu der Faser für jeden Waschvorgang hinzugegeben. Die Ergebnisse in Tabelle 1 für die Proben 1–7 zeigen, dass sich eine Floatierungszeit der Faser und eine Oberflächenspannung der Saline mit jedem Waschen erhöhten, was zeigt, dass das oberflächenaktive Mittel tatsächlich von der Faser abgewaschen wurde und dass die Faser hydrophober wurde.
In einem zweiten Schritt wurde die gewaschene SAF mit einem kationischen-nicht-ionischen, oberflächenaktiven Mittel, Rhodamox LO (Lauryldimethylaminoxid), erhältlich von RhonePoulenc, Inc., in einem Isopropanol-Medium mit (Probe 9) oder ohne (Probe 8) Wasser behandelt. Das Gewichtsverhältnis von SAF/Wasser/Isopropanol/Rhodamox LO betrug 1:1:50:0,005. Die behandelte Faser wurde dann mit frischem Isopropanol gewaschen, um sicherzustellen, dass kein nicht reagiertes, oberflächenaktives Mittel auf der Oberfläche der Faser verblieb. Die Ergebnisse des Floatierungstests und des Oberflächenspannungstests zeigen, dass die Faser, behandelt unter Vorhandensein des Wassers, permanent benetzbar war, mit einer Floatierungszeit von 26,1 Sekunden, und eine Oberflächenspannung von 57,5 Dyne/cm (20% Reduktion) beibehielt.
Tabelle 1
Beispiel 2: Bildung und Testen von Komposits
Die Proben Nr.'n 1, 7 und 9 von Beispiel 1 wurden als Faserproben in Beispiel 2 verwendet. Probe Nr. 1 wurde ausgewählt, um eine benetzbare Faser, allerdings eine solche mit niedriger Oberflächenspannung, zu repräsentieren, Probe Nr. 7 wurde ausgewählt, um eine nicht-benetzbare Faser, allerdings eine solche mit hoher Oberflächenspannung, zu repräsentieren, und Probe Nr. 9 wurde ausgewählt, um eine benetzbare Probe, allerdings eine solche mit einer hohen Oberflächenspannung, zu re präsentieren. Jede Faser-Probe wurde zu einem Komposit durch einen Luftformungsprozess verarbeitet.
Die Komposits wurden unter Verwendung einer Luftbildungseinrichtung geformt. Die Luftbildungseinrichtung bestand aus zwei Räumen. Der erste Raum ist eine zylindrische Kammer, die einen Durchmesser von ungefähr 2 Fuß und eine Höhe von ungefähr 1 Fuß besitzt und mit 10 Luftdüsen ausgestattet ist, die mit einer Luftdruckquelle verbunden sind. Diese Kammer dient für den Zweck, Komponenten zu mischen, die dazu vorgesehen sind, in das Komposit hinzugefügt zu werden. Die Druckluft wird eine starke Turbulenz erzeugen, um ein Mischen zu unterstützen. Die zweite Kammer, bezeichnet als die Luftlegekammer, besitzt eine Dimension von ungefähr 1,5' (L) × 0,5' (W) × 2,5' (H) und ist mit einer Vakuumquelle verbunden. Die SAF und das Holzpulpe-Fluff wurden in die erste Kammer unter einem bestimmten Verhältnis hinzugegeben, durch die Luftturbulenz gemischt und dann in die zweite Kammer unter einem Vakuum durch ein Metallsieb gesaugt, das die zwei Kammern miteinander verbindet. Vollständig homogenisierte Komponenten wurden mittels Luft auf eine Platte aus einem formenden Gewebe gelegt, um das Komposit zu bilden. Das Komposit, das präpariert wurde, wurde durch eine Carver-Presse bei einer Temperatur von 150°C und einem Druck von 500 psi für 10 Sekunden komprimiert.
Jedes Komposit umfasste 60% an hoch absorbierender Faser und 40% an Holzpulpe-Flufffaser (Coosa CR 1654, hergestellt von US Alliance Coosa Pines Corporation, Alabama), und besaß ein Basisgewicht von 400 Gramm pro Quadratmeter (gsm). Die Komposits wurden auf ungefähr 0,2 g/cc unter Verwendung einer Carver-Presse verdichtet. Die Komposits wurden in 2'' (5,08 cm) mal 13'' (33,02 cm) Streifen geschnitten und ein Streifen wurde in einem Trog platziert, der einen Neigungswinkel von 30° zu der Horizontalen besaß, um einen Neigungs-Docht-Weg und eine Docht-Kapazität zu messen. Tabelle 2 nachfolgend fasst die Ergebnisse zusammen.
Tabelle 2
Es ist auf den größeren Docht-Distanz und die höhere Docht-Kapazität für das die erfindungsgemäße SAF enthaltende Komposit hinzuweisen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines permanent benetzbaren, hoch absorbierenden Materials, das aufweist: Behandeln des hoch absorbierenden Materials mit einer Lösung eines oberflächenaktiven Mittels; wobei das oberflächenaktive Mittel mindestens eine erste, funktionale Gruppe, reaktiv mit einer zweiten, funktionalen Gruppe, des hoch absorbierenden Materials und mindestens eine nicht reaktive und hydrophile, funktionale Gruppe besitzt; und wobei das oberflächenaktive Mittel auf das hoch absorbierende Material aufgebracht wird, wenn die zweiten, funktionalen Gruppen auf der Oberfläche des hoch absorbierenden Materials aktiviert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lösung aus oberflächenaktivem Mittel ein Lösungsmittel umfasst, das ein Lösungsmittel für das oberflächenaktive Mittel, allerdings kein Lösungsmittel für das hoch absorbierende Material, ist; und wobei die Lösung aus oberflächenaktivem Mittel eine Menge an Wasser umfasst, ausreichend, um die Oberfläche des hoch absorbierenden Materials zu solvatieren, allerdings geringer als ausreichend, um ein wesentliches Quellen des hoch absorbierenden Materials zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin ein Trocknen des behandelten, hoch absorbierenden Materials aufweist, um das Lösungsmittel und das Wasser zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin ein Waschen des behandelten, hoch absorbierenden Materials mit einem Lösungsmittel aufweist, um flüchtiges, oberflächenaktives Mittel zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Behandlung durch Eintauchen oder Sprühen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das hoch absorbierende Material eine hoch absorbierende Faser ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das hoch absorbierende Material in einer Form vorliegt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Teilchen, einem Film einem Vlies, einem Wulst bzw. einer Perle, einem Schaum, und einer Coform.
Permanent benetzbare, hoch absorbierende Faser, die durch das Verfahren nach Anspruch 6 erhaltbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das hoch absorbierende Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Alkalimetallsalzen von Polyacrylsäuren, Polyacrylamiden, Polyvinylalkohol, Ethylenmaleinanhydridcopolymeren, Polyvinylethern, Hydroxypropylzellulose, Polyvinylmorpholinon und Polymeren und Copolymeren aus Vinylsulfonsäure, Polyacrylaten, Polyacrylamiden, Polyvinylaminen, Polyallylaminen und Polyvinylpyrridin.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das hoch absorbierende Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Agar-Agar, Algin, Karrageen, Stärke, Pektin, Guar-Gummi, Chitosan, und dergleichen, modifizierten, natürlichen Materialien, wie beispielsweise Carboxyalkylzellulose, Methylzellulose, Hydroxyalkylzellulose, Chitosansalz und Dextran, besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste, reaktive, funktionale Gruppe des oberflächenaktiven Mittels aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus quaternären Ammonium-Gruppen, Amino-Gruppen, Carboxyl-Gruppen, Sulfonat-Gruppen, Phosphat-Gruppen, und deren entsprechenden Säure-Gruppen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die nicht-reaktive, hydrophile, funktionale Gruppe des oberflächenaktiven Mittels aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Hydroxyl-Gruppen, Ether-Gruppen, Carboxylsäure-Gruppen, Amino-Gruppen und Imino-Gruppen besteht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Lösungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Isopropanol, Methanol, Ethanol, Butylalkohol, Butanediol, Butanetriol, Butanon, Aceton, Ethylenglycol, Propylenglycol, Glycerol, und Mischungen davon, besteht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Wasser von ungefähr 1 bis 10% bezogen auf das Gesamtgewicht des Lösungsmittels vorhanden ist.
Absorbierendes Einwegprodukt, das eine flüssigkeitsdurchlässige Oberseitenschicht, eine Unterlagenschicht, befestigt an der Oberseitenschicht, und eine absorbieren de Struktur mit der Faser nach Anspruch 8 positioniert zwischen der Oberseitenschicht und der Unterlagenschicht aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das oberflächenaktive Mittel auf das hoch absorbierende Material dann aufgebracht wird, wenn sich das hoch absorbierende Material in einem solvatierten Zustand befindet.