-
Diese
Erfindung betrifft elastische Fasern. In einer Hinsicht betrifft
die Erfindung elastische Zweikomponentenfasern, während die
Erfindung unter einem anderen Aspekt elastische Bikonstituentenfasern
betrifft. In einer anderen Hinsicht betrifft die Erfindung elastische
Zweikomponenten- und Bikonstituentenfasern mit einem Kern/Hülle-Aufbau.
Unter einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung solche Fasern,
worin das Polymer, das die Hülle
bildet, einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das Polymer,
das den Kern bildet. In einer noch weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung
Verfahren zum Bilden elastischer Cellulosestrukturen aus einer Kombination
von Cellulosefasern und elastischen Zweikomponenten- und/oder Bikonstituentenfasern
mit einem Kern/Hülle-Aufbau.
-
Cellulosestrukturen
sind für
ihr Absorptionsvermögen
bekannt und diese Eigenschaft macht diese Strukturen geeignet in
einer Vielzahl von Anwendungen. Typische Beispiele solcher Anmeldungen
sind Windeln, Wundabdeckungen, Hygieneprodukte für Frauen, Bettpolster, Lätzchen,
Wischtücher
und dgl. Der Zweck dieser Produkte ist natürlich Flüssigkeiten zu absorbieren und
zurückzuhalten
und die Effizienz dieser Produkte beim Erfüllen dieser Aufgaben wird zu
einem großen
Ausmaß durch
ihre Struktur bestimmt. USP 4,816,094, 4,880,682, 5,429,856 und
5,797,895 beschreiben verschiedene solche Produkte, ihren Aufbau
und die Materialien, aus welchen sie hergestellt sind.
-
Typischerweise
sind absorbierende Cellulosestrukturen hergestellt aus Materialien,
die sich nicht leicht dehnen. Zum Beispiel sind Cellulosefasern
für alle
Vorhaben und Zwecke unelastisch und in vielen Cellulosestrukturen,
z.B. einer Windel, werden sie aneinander auf eine relativ unelastische
Art gebunden, z.B. durch die Verwendung eines Latex. Unglücklicherweise
erfordern viele dieser Strukturen ein gewisses Ausmaß Elastizität aus Gründen des
Komforts und der Anwendung, z.B. dass eine Windel sich an die Konturen
des menschlichen Körpers
anpasst oder ein Wischtuch den Griff und den Faltenwurf von Stoff
zeigt, und wenn die Struktur nicht ausreichend elastisch ist, werden
sich Zwischenräume
darin bilden. Zwischenräume
verringern die Absorptionsfähigkeit
der Struktur indem sie die Migration der Flüssigkeit in alle Teile der
Struktur verhindern.
-
Es
besteht ein Bedarf für
absorbierende Produkte mit besserer Formpassung. Dies bedeutet üblicherweise,
dass die Produkte nicht nur verbesserte Elastizität aufweisen
müssen,
sondern dass sie ebenfalls dünn und
leicht sein müssen.
Elastizität
ist bisher verfolgt worden durch Zugeben von oder Ersetzen eines
Teils der Cellulosefasern durch eine elastische Faser. Zum Beispiel
beschreibt USP 5,645,542 von Anjur et al. absorbierende Produkte,
hergestellt aus einer benetzbaren Stapelfaser (z.B. Cellulosefaser)
und einer thermoplatischen elatischen Faser, z.B. einem Polyolefingummi.
Jedoch ist das bloße
Mischen von Stapelfasern mit elastischen Fasern häufig nicht
ausreichend, um den gesamten Vorteil der elastischen Faser ohne
Beeinträchtigung
der Absorptionsfähigkeit
der Stapelfaser zu erhalten. Cellulosefasern (die häufigsten
der Stapelfasern) neigen dazu, aneinander anzuhaften, im Gegensatz
zum Anhaften an eine elastische Faser. Als ein Ergebnis, es sei
denn ein extrem einheitliches Gemisch der beiden Fasern wird während des
Aufbaus der absorbierenden Struktur gebildet, neigen die beiden
Typen von Fasern dazu, sich zu trennen und der Vorteil der elastomeren
Fasern wird verringert oder geht verloren.
-
Demgemäß hat die
Industrie für
absorbierende Produkte ein weiterhin bestehendes Interesse an der Entwicklung
und dem Aufbau von absorbierenden Produkten mit verbesserter Elastizität ohne eine
Beeinträchtigung
der Absorptionsfähigkeit.
Dieses Interesse erstreckt sich sowohl auf die Natur der Fasern,
aus welcher die Absorptionsprodukte hergestellt werden, als auch
die Verfahren, durch welche diese absorbierenden Produkte aufgebaut
werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
In
einer Ausführungsform
ist die Erfindung eine Zweikomponentenfaser mit einem Kern/Hülle-Aufbau, worin
der Kern das thermoplastische Elastomer umfasst, vorzugsweise ein
thermoplastisches Polyurethan (TPU) und die Hülle das homogen verzweigte
Ethylenpolymer mit einem Gelgehalt von weniger als 30 Prozent umfasst.
Vorzugsweise weist das Polymer der Hülle einen geringeren Schmelzpunkt
auf als das Polymer des Kerns.
-
In
einer anderen Ausführungsform
ist die Erfindung eine Bikonstituentenfaser, worin ein Konstituent das
thermoplastische Elastomer umfasst, vorzugsweise ein TPU, und der
andere Konstituent das homogen verzweigte Ethylenpolymer umfasst.
Vorzugsweise weist der Konstituent, der den Hauptteil der äußeren Oberfläche der
Faser bildet, einen niedrigeren Schmelzpunkt auf als der andere
Konstituent und weist vorzugsweise einen Gelgehalt von weniger als
30 Prozent auf.
-
In
einer anderen Ausführungsform
ist die Erfindung ein Gemisch aus Fasern (oder einfach ein „Fasergemisch"), umfassend (i)
eine elastische Faser, umfassend einen elastischen Kern und eine
elastische Hülle und
(ii) mindestens eine Faser, die von der elastischen Faser von (i)
verschieden ist. Der Kern der elastischen Faser umfasst vorzugsweise
ein thermoplastisches Elastomer, vorzugsweise ein TPU und die Hülle der
elastischen Faser umfasst vorzugsweise ein homogen verzweigtes Ethylenpolymer,
mehr bevorzugt ein homogen verzweigtes, im Wesentlichen lineares
Ethylenpolymer. Das Polymer der Hülle weist einen Schmelzpunkt
unter dem Schmelzpunkt des Polymers des Kerns auf und das Polymer
der Hülle
weist einen Gelgehalt von weniger als 30 Gewichtsprozent auf. Die
Faser von (ii) ist im Wesentlichen jede Faser, die von der Faser
von (i) verschieden ist, vorzugsweise eine Faser aus Cellulose,
Wolle, Seide, einem thermoplastischen Polymer, Silikon oder einer
Kombination aus zwei oder mehreren dieser. In einer anderen Ausführungsform
der Erfindung werden die Fasern von (i) schmelzgebunden an die Fasern
von (ii), vorzugsweise durch Aussetzen unter eine Temperatur, die
bei oder etwas unter der Schmelztemperatur von beiden, der Faser
von (ii) und dem Polymer des Kerns der Faser (i), jedoch über der
Schmelztemperatur des Polymers der Hülle von Faser (i) ist. In einer noch
weiteren Ausführungsform
dieser Erfindung ist das schmelzgebundene Fasergemisch im Wesentlichen frei
von zugegebenen Klebemitteln, z.B. Klebstoff.
-
In
einer anderen Ausführungsform
dieser Erfindung werden die im nachfolgenden Absatz beschriebenen
Gemische verwendet, um elastische, absorbierende Strukturen zu bilden.
Solche Strukturen umfassen Papier mit Elastizität, z.B. Etiketten mit Formanpassung
und die absorbierende Füllung
einer Einwegwindel.
-
In
einer anderen Ausführungsform
ist die Erfindung ein Fertigungsgegenstand, umfassend eine elastische
Faser und ein nichtgewebtes Substrat, wobei die Fasern mindestens
zwei elastische Polymere umfasst, wobei ein Polymer vorzugsweise
ein thermoplastisches Elastomer, mehr bevorzugt ein TPU ist, und
das andere Polymer ein homogen verzweigtes Polyolefin, vorzugsweise
ein homogen verzweigtes, im Wesentlichen lineares Ethylenpolymer,
ist, worin die Faser schmelzgebunden ist an das nicht nichtgewebte
Substrat in der Abwesenheit eines Klebstoffs bzw. Klebemittels.
Beispielhafte gefertigte Strukturen dieser Ausführungsform umfassen die Beinstulpen,
Beinraffungen, Bünde
und die Seitenstreifen einer Einwegwindel.
-
In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird das Verhältnis
von nichtelastischen Stapelfasern, z.B. Cellulosefasern, die an
elastische Fasern gebunden sind, gegenüber nichtelastischen Stapelfasern, die
an andere nichtelastische Stapelfasern gebunden sind, erhöht, durch
ein Verfahren, worin die elastische Faser eine hydrophobe Faser
ist, die gepfropft ist mit einem hydrophilen Mittel, z.B. eine Polyethylenfaser,
gepfropft mit Maleinsäureanhydrid.
In einer Erweiterung dieser Ausführungsform
und in welcher das hydrophile Mittel eine Säure oder ein Anhydrid ist,
z.B. Maleinsäureanhydrid,
wird das Mittel dann, wenn es auf die Faser gepfropft ist, mit einem
Amin umgesetzt.
-
In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird für
diese nichtelastischen Stapelfasern, die aufgrund von Wasserstoffbrückenbindung
aneinander binden, z.B. Cellulosefasern, das Verhältnis von
nichtelastischen Stapelfasern, die an elastische Fasern gebunden
werden, gegenüber
nichtelastischen Stapelfasern, die an andere nichtelastische Stapelfasern
gebunden werden, erhöht
durch Behandeln der nichtelastischen Stapelfasern, vor oder gleichzeitig
mit dem Mischen dieser Fasern mit den elastischen Fasern, mit einem
Entbindungsmittel, z.B. einer quarternären Ammoniumverbindung, die
ein oder mehrere Säuregruppen
enthält. Das
Entbindungsmittel deaktiviert mindestens einen Teil der Wasserstoffbrückenbindung
zwischen den nichtelastischen Stapelfasern.
-
In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird das Mischen von nichtelastischen Stapelfasern mit
elastischen Fasern verbessert durch Mischen der Fasern in einem
wässrigen
Medium, vorzugsweise in der Gegenwart eines oberflächenaktiven
Mittels und unter intensivem Rühren.
Das Verfahren verbessert die Trennung der elastischen Fasern voneinander
und macht daher jede Faser leichter zugänglich für eine Bindung mit einer nichtelastischen
Stapelfaser. Dieses Verfahren kann alleine oder in Kombination mit
einer oder mehreren anderen Fasertrennungsausführungsformen dieser Erfindung
verwendet werden.
-
Hochintensiv-Luftmischen
wird verwendet, um elastische Fasern voneinander vor dem Mischen
mit Stapelfasern zu trennen. Diese Technik fördert auch die Trennung der
elastischen Fasern voneinander und dies verbessert wiederum ihre
Zugänglichkeit
für Bindung
mit den Stapelfasern.
-
Die
drei Fasertrennungs- und die Pfropfausführungsformen, die oben beschrieben
sind, sind besonders geeignet beim Aufbau von elastischen absorbierenden
Strukturen, wie etwa Windeln, Wundabdeckungen und dgl.
-
Elastische
Zweikomponenten- und Bikonstituentenfasern
-
Wie
hier verwendet, bedeutet „Faser" oder „faserförmig" ein partikelförmiges Material,
worin das Verhältnis
von Länge
zu Durchmesser eines solchen Materials größer als etwa 10 ist. Umgekehrt
bedeutet „Nichtfaser" oder „nicht
faserförmig" ein partikelförmiges Material,
worin das Verhältnis
von Länge
zu Durchmesser etwa 10 oder weniger ist.
-
Wie
hier verwendet, beschreibt „elastisch" oder „Elastomer" eine Faser oder
eine andere Struktur, z.B. eine Folie, die mindestens 50 Prozent
von ihrer Strecklänge
sowohl nach dem ersten Ziehen als auch nach dem vierten Ziehen auf
100 Prozent Spannung (das Doppelte der Länge) wieder erreicht. Elastizität kann auch beschrieben
werden durch die „bleibende
Verformung" der
Faser. Die bleibende Verformung wird gemessen durch Dehnen der Faser
bis zu einem bestimmten Punkt und ihr nachfolgendes Freilassen auf
ihre ursprüngliche
Position, und dann ihr erneutes Dehnen. Der Punkt, an welchem die
Faser eine Last zu ziehen beginnt, wird als der prozentuale Verformungsrest
bezeichnet.
-
Wie
hier verwendet, bedeutet „Zweikomponentenfaser" eine Faser, umfassend
mindestens zwei Komponenten, d.h. mit mindestens zwei verschiedenen
polymeren Systemen. Die erste Komponente, d.h. „Komponente A", dient zu dem Zweck
allgemein die Faserform während
der thermischen Bindungstemperaturen beizubehalten. Die zweite Komponente,
d.h. „Komponente
B", weist die Funktion
eines Klebemittels auf. Typischerweise weist Komponente A einen
höheren
Schmelzpunkt auf als Komponente B, vorzugsweise wird Komponente
A bei einer Temperatur von mindestens etwa 20 °C, vorzugsweise mindestens 40 °C höher als die
Temperatur, bei der Komponente B schmelzen wird, schmelzen.
-
Zur
Vereinfachung wird die Struktur der Zweikomponentenfasern typischerweise
als eine Kern-/Hüllestruktur
bezeichnet. Jedoch kann die Struktur der Faser eine beliebige aus
einer Vielzahl von Mehrkomponentenkonfigurationen aufweisen, z.B.
symmetrische Kern/Hülle,
asymmetrische Kern/Hülle,
Seite-an-Seite, tortenstückförmige Abschnitte,
sichelmondförmig
und dgl. für
Zweikomponentenfasern. Das wesentliche Merkmal von jeder dieser
Konfigurationen ist, dass mindestens ein Teil, vorzugsweise mindestens
ein Hauptteil, der äußeren Oberfläche der
Fasern den Hüllteil
der Faser umfasst, d.h. das Klebemittel oder die Komponente mit niedrigerem
Schmelzpunkt oder weniger als 30 Gew.-% Gel oder Komponente B der
Faser. Die 1A-1F von USP
6,225,243 zeigen verschiedene Kern/Hülle-Aufbauten.
-
Wie
hier verwendet bedeutet „bikonstituente
Faser" eine Faser,
die ein inniges Gemisch aus mindestens zwei Polymerkonstituenten
umfasst. Die Struktur der Bikonstituentenfaser ist ein Inseln-im-Meer-Aufbau.
-
Die
Zweikomponentenfasern, die in der Praxis dieser Erfindung verwendet
werden, sind elastisch und jede Komponente der Zweikomponentenfaser
ist elastisch. Elastische Zweikomponenten- und Bikonstituentenfasern
sind bekannt, z.B. USP 6,140,442, wobei die Offenbarung hiervon
durch Bezugnahme eingeführt wird.
-
In
dieser Erfindung ist der Kern (Komponente A) ein thermoplastisches
elastisches Polymer, wobei Beispiele elastomere Diblock-, Triblock-
oder Multiblockcopolymere sind, wie etwa olefinische Copolymere,
wie etwa Styrolisoprenstyrol, Styrolbutadienstyrol, Styrolethylen/Butylenstyrol
oder Styrolethylen/Propylenstyrol, wie etwa diejenigen, die von
der Shell Chemical Company unter der Handelsbezeichnung Kraton-elastomere Harze
erhältlich
sind; Polyurethane, wie etwa diejenigen, die erhältlich sind von der The Dow
Chemical Company unter der Handelsbezeichnung PELLATHANE-Polyurethane
oder Spandex, erhältlich
von E. I. Du Pont de Nemours Co. unter der Handelsbezeichnung Lycra;
Polyamide, wie etwa Polyetherblockamide, die erhältlich sind von Elf AtoChem
Company unter der Handelsbezeichnung Pebaxpolyetherblockamid; und
Polyester, wie etwa diejenigen, die erhältlich sind von E. I. Du Pont
de Nemours Co., unter der Handelsbezeichnung Hytrel- Polyester. Thermoplastische
Urethane (d.h. Polyurethane) sind ein bevorzugtes Kernpolymer, im
Besonderen Pellethane-Polyurethane.
-
Die
Hülle (das
Klebemittel oder Komponente B) ist ebenfalls elastomer und es ist
ein homogen verzweigtes Ethylenpolymer und mehr bevorzugt ein homogen
verzweigtes, im Wesentlichen lineares Ethylenpolymer. Diese Materialien
sind allgemein bekannt. Zum Beispiel liefert USP 6,140,442 eine
ausgezeichnete Beschreibung der bevorzugten homogen verzweigten,
im Wesentlichen linearen Ethylenpolymere und es umfasst viele Bezugsstellen
auf andere Patente und Nichtpatentliteratur, die andere homogen
verzweigte Polyolefine beschreibt.
-
Das
homogen verzweigte Polyolefin hat eine Dichte (gemäß Messung
durch ASTM/D792) von etwa 0,91 g/cm3 oder
weniger, mit einem Schmelzpunkt bei oder unter 110 °C (gemäß Messung
durch DSC). Bevorzugter ist die Dichte des Polyolefins zwischen
etwa 0,85 und etwa 0,89 g/cm3, mit einem
Schmelzpunkt zwischen etwa 50 und etwa 70 °C. Vorzugsweise hat das Polyolefin
eine Viskosität
beim Schmelzpunkt, die leichtes Fließen für die Bindung an die Stapelfasern
oder eine nichtgewebte Faserstruktur erlaubt. Der Schmelzindex (MI
gemäß Messung
durch ASTM D1238 bei 190 °C)
für das
Polyolefin ist mindestens etwa 30 und vorzugsweise mindestens etwa
100. Additive, wie etwa Antioxidationsmittel (z.B. gehinderte Phenole
(z.B. Irganox RTM 1010, hergestellt von Ciba-Geigy Corp.) und Phosphite
(z.B. Irgafos RTM 169, hergestellt von Ciba-Geigy Corp.)), Haftadditive, z.B. Polyisobutylen
(PIB)), Antiblockadditive, Pigmente und dgl. können ebenfalls in den homogen
verzweigten Ethylenpolymeren, die verwendet werden, um die elastischen
Fasern herzustellen, zu einem Ausmaß enthalten sein, dass sie
die verbesserte Faser- und Stoffeigenschaftscharakteristik dieser
Erfindung nicht stören.
-
Der
Gelgehalt des Polyolefins ist weniger als 30, vorzugsweise weniger
als 20 und mehr bevorzugt weniger als 10 Gewichtsprozent. Der Gelgehalt
ist ein Maß des
Quervernetzungsgrades des Polyolefins und da eine wesentliche Funktion
des Polyolefins die Bereitstellung einer schmelzbaren äußeren Komponente
für die Faser
zum leichten thermischen Binden an Stapelfasern und/oder nichtgewebte
Strukturen ist, ist wenig, wenn überhaupt
vorliegend, Quervernetzung des Polyolefins bevorzugt. Zusätzlich ist
umso geringer quervernetzt ein Polyolefin ist, desto geringer sein
Schmelzpunkt.
-
„Nichtgewebte
Struktur" bedeutet
eine Gruppe von Fasern, die miteinander auf eine solche Art verbunden
sind, dass die Gruppe eine kohäsive,
intregrierte Struktur bildet. Solche Strukturen können durch
Techniken gebildet werden, die im Stand der Technik bekannt sind,
wie etwa durch Aufbringen im Luftstrom, Spinnbinden, Stapelfasercardieren,
thermisches Binden und Schmelzblasen und Herstellung einer dünneren Schnur durch
Spinnen. Polymere, die geeignet sind zum Herstellen solcher Fasern
umfassen PET, PBT, Nylon, Polyolefine, Silikone, Polyurethane, Poly(p-phenylenterephthalamid),
Lycra® (ein
Polyurethan, hergestellt über
die Reaktion von Polyethylenglykol und Toluol-2,3-diisocyanat von
E. I. Du Pont de Nemours & Co.),
Kohlefasern und natürliche
Polymere, wie etwa Cellulose und Polyamid.
-
Wie
hier verwendet, bedeutet „Stapelfaser" eine natürliche Faser
oder eine Länge,
die abgeschnitten ist, von z.B. einem hergestellten Filament. Diese
Fasern wirken in der absorbierenden Struktur dieser Erfindung als
ein temporäres
Reservoir für
Flüssigkeit
und ebenfalls als eine Leitung für
die Flüssigkeitsverteilung.
-
Stapelfasern
umfassen natürliche
und synthetische Materialien. Natürliche Materialien umfassen
Cellulosefasern und Textilfasern, wie etwa Baumwolle und Rayon.
Synthetische Materialien umfassen nichtabsorbierende synthetische
polymere Fasern, z.B. Polyolefine, Polyester, Polyacryle, Polyamide
und Polystyrole. Nichtabsorbierende synthetische Stapelfasern sind
vorzugsweise gekräuselt,
d.h. Fasern mit einer kontinuierlichen welligen, kurvigen oder gezackten
Charakteristik entlang ihrer Längenausdehnung.
Cellulosefasern sind die bevorzugten Stapelfasern aufgrund von Verfügbarkeit,
Kosten und Absorptionsfähigkeit.
-
Zum
Fördern
eines guten Mischens der Stapel- und elastischen Fasern werden die
Zweikomponentenfasern vorzugsweise „benetzt". Wie hier verwendet, bedeutet „benetzt" oder „benetzbar" eine Faser, die
einen Flüssigkeit-in-Luft-Kontaktwinkel von
weniger als 90 Grad zeigt. Diese Ausdrücke und die Messung dieser Eigenschaft
sind vollständiger
in USP 5,645,542 beschrieben.
-
Die
benetzbaren Stapel- und elastischen Fasern liegen in der elastomeren
absorbierenden Struktur dieser Erfindung in einer Menge vor, die
ausreichend ist, um die gewünschten
Absorptions- und elastischen Eigenschaften zu verleihen. Typischerweise
liegt die Stapelfaser in einer Menge von etwa 20 bis etwa 80 Gewichtsprozent,
vorzugsweise von etwa 25 bis etwa 75 und mehr bevorzugt von etwa
30 bis etwa 70 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht
der Stapelfaser und elastischen Faser, vor.
-
Wenngleich
die Zweikomponenten- und/oder Bikonstituentenfasern auf die gleiche
Art wie andere elastomere Fasern für den Aufbau von elastischen,
absorbierenden Strukturen verwendet werden, werden diese Fasern
vorzugsweise in Kombination mit einer oder mehreren der Ausführungsformen
dieser Erfindung, wie unten beschrieben, verwendet. In jedem Fall
jedoch liefert die Verwendung einer Zweikomponenten- oder Bikonstituentenfaser
als die elastische Faserkomponente von elastischen, absorbierenden
Strukturen eine elastische, absorbierende Struktur mit verbesserter
Elastizität
ohne die Absorptionsfähigkeit
der Struktur zu beeinträchtigen.
Dies führt
zu leichteren, dünneren
und/oder besser formanpassungsfähigen
Strukturen.
-
Pfropf-modifizierte
elastische Fasern
-
In
dieser Ausführungsform
der Erfindung wird die Adhäsion
der elastomeren Fasern an die Stapelfasern verbessert durch Pfropfen
an die elastomere Faser einer Verbindung, die eine polare Gruppe,
wie etwa eine Carbonyl-, Hydroxyl- oder Säuregruppe, enthält. Diese
Ausführungsform
der Erfindung ist auf sowohl elastomere homofile als auch Zweikomponenten-
oder Bikonstituentenfasern anwendbar. „Homofile" Fasern sind Fasern, die eine einzelne
Komponente umfassen oder, in anderen Worten, im Wesentlichen über ihre
Länge sind
homogen. Im Hinblick auf Zweikomponenten- und Bikonstituentenfasern
wird die Verbindung, die die polare Gruppe enthält, auf die Hüllkomponente
(d.h. die Komponente, die mindestens einen Teil der äußeren Oberfläche bildet)
der Faser gepfropft.
-
Die
organische Verbindung, die die polare Gruppe enthält, kann
auf die elastomere Faser durch eine beliebige bekannte Technik,
z.B. diejenigen, die in USP 3,236,917 und 5,194,509 gelehrt werden,
gepfropft werden. Zum Beispiel wird in dem Patent 3,236,917 das
Polymer (d.h. das elastomere Faserpolymer) in einen Doppelwalzenmischer
eingebracht und bei einer Temperatur von 60 °C gemischt. Eine ungesättigte,
Carbonyl-enthaltende organische Verbindung wird dann zusammen mit
einem freies Radikal-Initiator, wie etwa z.B. Benzoylperoxid, zugegeben
und die Komponenten werden bei 30 °C gemischt bis das Pfropfen
abgeschlossen ist. In dem Patent 5,194,509 ist das Verfahren ähnlich,
mit der Ausnahme, dass die Reaktionstemperatur höher ist, z.B. 210-300 °C und kein
freies Radikal-Initiator verwendet wird.
-
Ein
alternatives und bevorzugtes Verfahren zum Pfropfen wird in USP
4,950,541 gelehrt. Dieses Verfahren verwendet einen Doppelschneckenentgasungsextruder
als die Mischvorrichtung. Die elastomere Faser, z.B. ein Polyolefin,
und eine ungesättigte
Carbonyl-enthaltende Verbindung werden gemischt und in dem Extruder
bei Temperaturen, bei welchen die Reaktanten geschmolzen werden,
und in der Gegenwart eines freies Radikal-Initiators umgesetzt.
In diesem Verfahren wird vorzugsweise die ungesättigte Carbonyl-enthaltende
organische Verbindung in eine Zone eingespritzt, die unter Druck
in dem Extruder gehalten wird.
-
Das
Polymer, aus welchem die Faser hergestellt wird, wird üblicherweise
mit der Verbindung, die eine polare Gruppe enthält, vor der Bildung der Faser
gepfropft (unabhängig
vom Verfahren, das zum Aufbau der Faser verwendet wird).
-
Die
eine polare Gruppe enthaltenden organischen Verbindungen, die auf
die elastomere Faser gepfropft werden, sind ungesättigt, d.h.
sie enthalten mindestens eine Doppelbindung. Beispiele und bevorzugte nichtgesättigte organische
Verbindungen, die mindestens eine polare Gruppe enthalten, sind
die ethylenisch ungesättigten
Carbonsäuren,
Anhydride, Ester und ihre Salze, sowohl metallisch als auch nichtmetallisch.
Vorzugsweise enthält
die organische Verbindung ethylenische Nichtsättigung, konjugiert mit einer
Carbonylgruppe. Repräsentative
Verbindungen umfassen Malein-, Fumar-, Acryl-, Methacryl-, Itacon-,
Croton-, alpha-Methylcroton-, Zimt- und dgl. Säuren und ihre Anhydride, Ester
und Salzderivate, wenn sie überhaupt
vorliegen. Maleinanhydrid ist die bevorzugte nicht gesättigte organische
Verbindung, die mindestens eine ethylenische Nichtsättigung
und mindestens eine Carbonylgruppe enthält.
-
Die
nichtgesättigte
organische Verbindungskomponente der gepfropften elastomeren Fasern
liegt in einer Menge von mindestens etwa 0,01 Prozent, vorzugsweise
mindestens etwa 0,1 und bevorzugter mindestens etwa 0,5 Prozent
bezüglich
des Gewichts, basierend auf dem kombinierten Gewicht der elastomeren
Faser und der organischen Verbindung, vor. Die Maximalmenge von
nichtgesättigter
organischer Verbindung kann aus praktischen Gründen variieren, überschreitet
jedoch typischerweise etwa 10 nicht, vorzugsweise überschreitet
sie etwa 5 nicht und mehr bevorzugt überschreitet sie etwa 2 Gewichtsprozent
nicht.
-
Im
Hinblick auf Zweikomponenten- und Bikonstituentenfasern kann das
Pfropfen erreicht werden entweder durch Pfropf-Umsetzen der eine
polare Gruppe enthaltenden Verbindung mit der gesamten Hüllkomponente
(Komponente B1) oder durch Verwendung eines Pfropfkonzentrats oder
einer Masterbatch (B2), d.h. die eine polare Gruppe enthaltende
Verbindung gemischt mit der Hüllkomponente.
Wenn ein solches Gemisch aus Komponenten verwendet wird, dann ist
Komponente B2 vorzugsweise zwischen etwa 5 und 50 und mehr bevorzugt
zwischen etwa 5 und 15 Gewichtsprozent der Kombination von B1 und
B2. Die bevorzugte Konzentration der eine polare Gruppe enthaltenden
Verbindung in dem Gemisch ist so, dass nach Mischen mit der Hüllkomponente
das letztendliche Gemisch schließlich eine Endkonzentration
an polaren Gruppen von mindestens 0,01 Gewichtsprozent und vorzugsweise
mindestens etwa 0,1 Gewichtsprozent aufweist.
-
In
denjenigen Fällen,
worin ein Pfropfkonzentrat im Hinblick auf eine Zweikomponentenfaser
verwendet wird, weist das Pfropfkonzentrat (B2) vorzugsweise eine
geringere Viskosität
auf als das Matrixklebemittelmaterial (B1). Dies wird Migration
der Propfkomponente zu der Oberfläche der Faser während des
Durchgangs des Materials durch eine Faser-bildende Düse verbessern.
Das Ziel ist natürlich
die Verbesserung der Adhäsion
bzw. Anhaftung der Bindungsfaser an die Stapelfaser durch Erhöhen der
Pfropfverbindungskonzentration der an der Faseroberfläche. Vorzugsweise
ist der Schmelzindex von Komponente B2 zwischen dem 2- und 10-fachen
des Schmelzindex von Komponente B1.
-
Deaktivierung
von Cellulosewasserstoffbrückenbindungen
-
In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung (eine Ausführungsform,
in welcher die Stapelfasern Cellulosefasern sind) wird die elastische
Leistungsfähigkeit
der absorbierenden elastischen Struktur verbessert durch die Förderung
von mehr Cellulose-elastische Faser-Bindungen auf Kosten von Cellulose-Cellulose-Faser-Bindungen.
In dieser Ausführungsform
werden die Cellulosestapelfasern entweder vor oder gleichzeitig
mit ihrem Mischen mit den elastomeren Fasern mit einem Entbindungsmittel
behandelt. Diese Bindungen und ihre Störung sind in einer Präsentation
von Craig Poffenberger mit dem Titel „Bulk and Performance, But
Soft and Safe" bei
der Insight 2000 Nonwovens/Absorbents Conference beschrieben worden,
die in Toronto vom 30. Oktober bis 2. November 2000 stattfand. Mit
der Entkopplung dieser Wasserstoffbrückenbindungen ist mehr Cellulosefaser
verfügbar
für Bindung
mit der elastischen Faser und umso mehr Cellulose-elastische Faser-Bindungen,
die gebildet werden, umso elastischer ist die resultierende absorbierende
Struktur.
-
Verbindungen,
die geeignet sind zum Entkoppeln von inter-Faser-Wasserstoffbrückenbindungen von Cellulosefasern
umfassen quarternäre
Ammoniumverbindungen, die ein oder mehrere Säure- oder Anhydridgruppen enthalten.
Typisch unter diesen Verbindungen sind Difettsäuredimethyl, Imidazolium, N-Alkyldimethylbenzyl
und dialkoxyliertes Alkyldimethyl. Das Entbindungsmittel wird in
einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 10 Gewichtsprozent basierend
auf dem Gewicht von zu behandelnder Cellulosefaser verwendet. Eine
andere Verbindung, die geeignet ist bei der Entkopplung einer Cellulose-Cellulose-Wasserstoffbrückenbindung
ist AROSURF PA-777, ein oberflächenaktives
Mittel, das von der Goldschmidt Corp, hergestellt wird.
-
Diese
Ausführungsform
der Erfindung kann alleine oder in Kombination mit einer oder mehreren
der anderen Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden.
-
Bewegen in einem Wassermedium,
um elastische Fasern zu trennen (nicht beansprucht)
-
Die
elastischen Fasern werden voneinander getrennt durch Bewegen in
einem Wassermedium. Elastische Fasern, typischerweise elastische
Fein-Denier-Fasern, sind schwer voneinander zu trennen und sind als
solche schwer gleichmäßig mit
Stapelfasern während
des Aufbaus einer elastischen absorbierenden Struktur zu mischen.
Wie hier verwendet, bedeutet elastische „Fein-Denier"-Faser eine elastische
Faser mit einem Durchmesser von weniger als etwa 15 Denier pro Filament.
Fasern werden typischerweise entsprechend ihrem Durchmesser klassifiziert
und Monofilamentfaser ist im Allgemeinen so definiert, dass sie
einen Einzelfaserdurchmesser von größer als etwa 15 Denier, üblicherweise
größer als
etwa 30 Denier aufweist. Mikrodenierfasern sind im Allgemeinen definiert
als eine Faser mit einem Durchmesser von weniger als etwa 100 Mikrometer.
-
In
dieser Ausführungsform
werden die Fasern in einem wässrigen
Medium angeordnet und werden dann kräftiger Bewegung durch ein herkömmliches
Mittel, z.B. einen mechanischen Rührer, eine Strahlpumpe usw.
ausgesetzt. Oberflächenaktive
Mittel und/oder Benetzungsmittel können verwendet werden und nachdem
die elastischen Fasern sich ausreichend voneinander getrennt haben,
können
die Stapelfasern hinzugegeben werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung werden die Stapelfasern in Kombination mit einem
Entbindungsmittel zugegeben. Nachdem ein homogenes Gemisch der elastischen
und der Stapelfasern gebildet worden ist, wird das Wasser entfernt,
typischerweise durch Filtrieren, gefolgt durch Aussetzen unter Wärme, z.B.
für eine
gewisse Zeit in einem Ofen. Wenn sie ausreichend trocken ist, ist
die resultierende flockige Pulpe fertig zur Verarbeitung in eine
elastische absorbierende Struktur. An diesem Punkt können verschiedene
Additive, z.B. stark absorbierendes Pulver, zu der Pulpe hinzugegeben
werden. Während des
Ziehschritts ist Sorgfalt erforderlich, um eine Erwärmung der
Fasern auf eine Temperatur zu vermeiden, die vorzeitig die Bindungsfasern
aktivieren/schmelzen würde.
-
Dieses
spezielle Verfahren ist ebenfalls mit einer elastomeren Faser einer
beliebigen Zusammensetzung und Struktur (einschließlich Homofilfasern)
geeignet und ist ebenfalls geeignet mit einer beliebigen Stapelfaser.
-
Hochintensiv-Luftmischen
(nicht beansprucht)
-
Die
elastomeren Fasern werden voneinander getrennt unter Verwendung
einer Hochintensivluftmischtechnik. Diese Technik ist ähnlich dem
Bewegen in einer Wassermediumtechnik, die oben beschrieben ist,
ausgenommen, dass sie kein wässriges
Medium (oder in diesem Fall kein flüssiges Medium) verwendet. Die
elastomere Faser, entweder homofil oder zweikomponentig, wird einer
intensiven Bewegung ausgesetzt, entweder durch mechanische oder
durch pneumatische Mittel und wenn sie ausreichend getrennt ist,
und in einer anderen Ausführungsform
der Erfindung, gemischt mit den Stapelfasern. Während diese Technik die Notwendigkeit des
Trocknens des resultierenden Gemisches von Fasern vermeidet, eignet
sie sich jedoch an sich nicht gut zur Verwendung in Kombination
mit einem Entbindungsmittel für
die Cellulosefasern oder oberflächenaktiven Mittel
und/oder Benetzungsmittel zur Verwendung mit den elastomeren Fasern.
Hier kann jedoch diese Ausführungsform
wiederum kombiniert werden mit einer oder mehreren anderen Ausführungsformen
der Erfindung, z.B. der Verwendung von elastomeren Zweikomponenten-
oder Bikonstituentenfasern, pfropfmodifizierten elastomeren Fasern
und Cellulosefasern, von welchen die Wasserstoffbrückenbindung
zwischen den Fasern zuvor deaktiviert worden ist.
-
Aufbau der
elastischen absorbierenden Struktur
-
Die
elastische absorbierende Struktur dieser Erfindung kann aufgebaut
werden aus einem Gemisch von Stapelfasern und elastischen Zweikomponenten- und/oder Bikonstituentenfasern
eines Kern/Hülle-Aufbaus,
worin der Kern ein thermoplastisches Urethan ist und die Hülle ein
homogen verzweigtes Polyolefin ist. Gemäß dieser Ausführungsform
wird das Gemisch aus Stapel- und elastischen Fasern auf eine beliebige
herkömmliche
Art und/oder unter Verwendung einer beliebigen der erfindungsgemäßen Techniken,
die oben beschrieben sind, hergestellt und wird optional nachfolgend
gemischt mit einem oder mehreren superabsorbierenden Polymeren.
Dieses Vermischen wird ebenfalls durchgeführt unter Verwendung einer
herkömmlichen Technologie,
jedoch aufgrund des Vorliegens der Adhäsionsmittelkomponente mit niederer
Schmelztemperatur in der Zweikomponenten- oder Bikonstituentenfaser
(d.h. das homogen verzweigte Polyolefin) kann die flockige Pulpe
bei einer Temperatur, die so gering wie etwa 70 °C ist, zusammengebunden werden,
um eine elastische absorbierende Struktur, z.B. eine Windel, zu
bilden. Der niedrigere Schmelzpunkt der Adhäsionskomponente bzw. Klebekomponente
der elastischen Bindungsfasern erlaubt die Verwendung einer derzeit
kommerziell verwendeten Ausstattung, jedoch bei einer niedrigeren
Temperatur, was wiederum bedeutet, dass schnellere Produktionsraten
erreicht werden gegenüber
sowohl elastomeren Monofilfasern und elastomeren Zweikomponentenfasern,
in welchen die klebende Komponente eine höhere Schmelztemperatur aufweist.
Die niedrigere Schmelztemperatur und/oder schnellere Bindungsrate
verringert oder vermeidet jedoch die Probleme der Bindungsfaseraktivierung
in oder innerhalb der strukturerzeugenden Vorrichtungen, z.B. einer
Windelherstellungsvorrichtung.
-
In
herkömmlichen
absorbierenden Kernen oder Strukturen, sind die Cellulosefasern
typischerweise aneinander unter Verwendung von Latex gebunden. Der
Latex sammelt sich häufig
an den Cellulosefasergrenzflächen
und hält
beim Härten
die Cellulosefasern aneinander. Die Verwendung einer Zweikomponenten- oder
Bikonstituentenbindungsfaser mit zwei verschiedenen Systemen, z.B.
einem Kern und einer Hülle,
sorgt für
ein besseres Bindungssystem. Der Kern hat einen Schmelzpunkt über der
Ofentemperatur und die Hülle hat
einen Schmelzpunkt unter der Ofentemperatur. Die Zweikomponenten-
und Bikonstituentenfasern schmelzen wirkungsvoll an die Cellulosefasern
wo immer sie sich berühren.
Die Verbindungen zwischen den Cellulosefasern sind daher länger als
nur die Größe der Verschmelzungspunkte.
Dies erzeugt wiederum eine flexiblere Struktur.
-
Homogen
verzweigte Ethylenpolymere, im Besonderen homogen verzweigte, im
Wesentlichen lineare Ethylenpolymere, bilden ausgezeichnete Hüllmaterialien,
da ihr Schmelzpunkt niedriger ist als bei vielen anderen elastischen
Polymermaterialien. Vorzugsweise wird das Hüllmaterial bei mindestens etwa
20 °C, mehr bevorzugt
mindestens etwa 40 °C
unter dem Schmelzpunkt des Kernmaterials schmelzen.
-
Aufbau von
elastischem Papier
-
Elastische
Zweikomponenten- und Bikonstituentenbindingsfasern sind geeignet
bei der Herstellung von elastischem Papier, z.B. Papier mit einem
gewissen Grad Elastizität.
Wie oben beschrieben, umfassen diese elastischen Bindungsfasern
für elastisches
Papier einen elastischen Polyurethankern mit einem elastischen homogen
verzweigten Polyolefin, im Spezielleren ein homogen verzweigtes
Polyolefin, das gepfropft ist mit Maleinsäureanhydrid oder einer ähnlichen Verbindung.
Wenn diese elastischen Zweikomponentenfasern gemischt werden mit
Cellulosefasern ohne Störung
der Cellulose-Cellulose-Wasserstoffbrückenbindungen
wird die Zugabe dieser elastischen Zweikomponenten- oder Bikonstituentenfasern
die Zerreißfestigkeit
verringern und ein gewisses Maß Elastizität vorsehen,
jedoch das Papier wird bei 5 Prozent Spannung reißen. In
anderen Worten wird der Vorteil der Zugabe von elastischen Zweikomponenten-
und/oder Biskonstituentenfasern minimiert, wenn die Cellulose-Cellulose-Wasserstoffbrückenbindungen
nicht gestört
sind.
-
Wenn
jedoch die Cellulose-Cellulose-Wasserstoffbrückenbindungen gestört sind
durch eine elastische Zweikomponenten- oder Bikonstituentenfaser
dann zeigt das resultierende Papier einen deutlichen Abfall der Zugbelastbarkeit
bzw. Zerreißfestigkeit,
deutliche elastische Erholung, und widersteht einem Reißen bei
5 Prozent Spannung. Die Cellulose-Cellulose-Wasserstoffbrückenbindungen
können,
wie oben gelehrt, gestört
bzw. unterbrochen werden.
-
Zum
Maximieren des Vorteils der gestörten
Cellulose-Cellulose-Wasserstoffbrückenbindungen
ist gute Dispersion der elastischen Zweikomponentenfaser mit der
Cellulosefaser gewünscht.
Dispersion der elastischen Zweikomponentenfaser in der Cellulosefasermatrix
wird verbessert durch Auftrennen der elastischen Faserbündel vor
dem Mischen mit den Cellulosefasern. Hier wiederum wird die Auftrennung
der Faserbündel
erleichtert durch entweder Trocken- (d.h. Hochintensivluftbewegen)
oder Feuchtseparationsverfahren, die oben gelehrt werden, wobei
das Trockenseparationsverfahren gegenüber dem Feuchtseparationsverfahren
bevorzugt ist.
-
Die
Elastizität
des Papiers wird ebenfalls beeinflusst durch die Struktur der Fasern.
Elastische Fasern mit niedrigem Modul liefern gutes Fasergewebeleistungsvermögen, sind
jedoch schwierig zu verarbeiten. Lange Bindungsfasern (d.h. elastische
Zweikomponenten- und Bikonstituentenfasern), gemischt mit kurzen
Matrixfasern (d.h. Cellulosefasern), erzeugen ein Papier mit besserer
Elastizität
(d.h. weniger Vernetzungsbindung), jedoch die vollständige Dispersion
ist schwieriger, da sich die langen flexiblen elastischen Fasern
leicht verdrehen, was es schwierig macht sie zu entbündeln. Wenn
jedoch die elastischen Fasern dick sind, sorgen sie für eine bessere
Dispersion, wenngleich sie einen nachteiligen Einfluss auf die Ökonomie
haben. In der Summe resultiert eine bevorzugte Ausgewogenheit von
Elastizität
und Dispersion aus der Verwendung eines Gemischs von Fasern mit
niederem Modul, den Bindungsfasern, die lang und dick sind und den
Matrixfasern, die kurz sind.
-
Zusätzlich hat
auch die Menge der elastischen Fasern im Papier einen Einfluss auf
die Papierfestigkeit und -elastizität. Zu wenige elastische Zweikomponenten- oder Bikonstituentenbindungsfasern
führen
zu einer schlechten Bindung der anderen Fasern im Fasergewebe, was
zu einem Papier mit schlechter Festigkeit und Elastizität führt. Zu
viele solcher elastischen Bindungsfasern führen zu zuvielen Vernetzungsbindungen
und während
die Papierfestigkeit gut ist, ist seine Elastizität schlecht.
Der negative Einfluss von zuvielen elastischen Zweikomponentenbindungsfasern
kann jedoch verringert werden durch Verwendung eines höheren Lofts
im Papieraufbau.
-
Die
folgenden Beispiele sind veranschaulichend für bestimmte Ausführungsformen
dieser Erfindung, die oben beschrieben ist. Alle Teile und Prozentanteile
sind bezüglich
des Gewichts, es sei denn, es ist anders angegeben.
-
SPEZIFISCHE
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Beispiel 1: Pfropfmodifizierung
von Polyethylen
-
Ein
im Wesentlichen lineares Ethylen/1-Octenpolymer (MI – 73, Dichte – 0,87 g/cm3) wird mit Maleinsäureanhydrid gepfropft, um ein
Material mit einem MI von 34,6 und einem 0,35 gewichtsprozentigem
Anteil von Einheiten, die von Maleinsäureanhydrid stammen, herzustellen.
Das Pfropfverfahren, das in USP 4,950,541 gelehrt wird, wird befolgt.
Das gepfropfte Polyethylen wird als ein Pfropfkonzentrat verwendet
und wird 2:1 mit einem Ethylen/1-Octen-Polyolefin mit einem MI von
30 und einer Dichte von 0,87 g/cm3 abgesenkt. Das
resultierende Absenkmaterial wird verwendet, um die Hülle (Klebemittelkomponente)
der elastischen Zweikomponentenfaser, die in den folgenden Beispielen
verwendet wird, zu bilden.
-
Beispiel 2A: Fasertrennung
unter Verwendung von Intensivmischen in einem wässrigen Medium
-
Eine
elastische Zweikomponentenfaser mit 11,2 Denier, umfassend 50 Prozent
PellathaneTM 2103-80PF (ein elastomeres
thermoplastisches Polyurethan, hergestellt von The Dow Chemical
Company) und 50 Prozent homogen verzweigtes, im Wesentlichen lineares
Ethylen/1-Octen-Polyolefin wird wie in Beispiel 1 oben beschrieben,
hergestellt. Das thermoplastische Polyurethan bildet den Kern und
das MAH-gepfropfte Ethylen bildet die Hülle der Zweikomponentenfaser.
Ein Gemisch aus 30 Prozent dieser elastomeren Bindungsfaser und
70 Prozent Hi-Bright Cellulosefasern (ungemahlenes, gebleichtes
Kraft-Weichholz, mazeriert und eingetaucht über Nacht mit 1,1 Prozent in
Wasser) in 5 Liter Wasser mit 5 Gramm oberflächenaktivem Mittel (Rhodameer,
Katapol VP-532) und 110 Gramm 0,5 prozentiges festes Magnafloc 1885
anionisches Polyacrylamidviskositätsmodifizierungsmittel, werden
in einen Waving-Mischer gegeben. Das Gemisch wird gerührt, um
im Wesentlichen ein einheitliches Gemisch aus elastischen und Cellulosefasern
herzustellen, das nachfolgend zu einem elastischen, absorbierenden
Papier geformt wird.
-
Beispiel 2B: Fasertrennung
unter Verwendung von Intensivmischen in einem wässrigen Medium und Wasserstoffbrückenbindungsdeaktivierung
-
-
Anfangs
werden alle der fünf
oben aufgeführten
Fasersysteme (Towgarne) in 1/8 Zoll Länge unter Verwendung einer
Schere geschnitten. Ein 100 g/m2 Luftstrom-Aufbringungs-Polster
mit 12 % Bindefaserbeladung muss 0,43 g Bindefaser bezüglich des
Gewichts enthalten. In allen Fällen
wird eine ausreichende Fasermenge geschnitten, um 3 Polster herzustellen.
-
Nachfolgend
auf das Schneiden der Fasertowgarne (Jedes Towgarn hat 72 einzelne
Faserfilamente) in der Länge
ist der nächste
Schritt die Trennung der einzelnen Fasern von den Towgarnen, sodass
diese in die Cellulosepulpe eingebracht und zu einem Polster durch
Aufbringen im Luftstrom gemacht werden können. Das (die) Hüllpolymer(e)
ist (sind) in allen Fällen
selbst bei Raumtemperatur ziemlich „klebrig" (0,870 g/cm3 Dichte)
und die einzelnen Fasern werden in allen Fällen im Verlauf der Zeit vollständig „verschmolzen".
-
Zum
Trennen der Fasertowgarne in einzelne Filamente werden 0,43 g Bindefaser
eingewogen und in einen WaringTM-Mischer
gegeben. Hierzu werden 2,00 g Cellulosepulpe (insgesamt 3,195 g
Cellulosepulpe werden in einem 100 g/m2-Polster verwendet)
gegeben. Als nächstes
wird eine 25:1-Lösung
von Wasser mit AROSURFTM PA-777-oberflächenaktives
Mittel-Gemisch von Goldschmidt Corp. zu dem Bindefaser- plus Cellulosepulpegemisch
gegeben. Der Mischer wird für
2- 3 Sekunden betrieben
und während
dieser Zeit „öffnen" sich die Bindefasertowgarne
sofort in einzelne Faserfilamente.
-
Die
Cellulosepulpe wird zu dem obigen Gemisch gegeben, um sicherzustellen,
dass die Bindefaserfilamente separat bleiben während des nachfolgenden Trocknungsverfahrens.
Das obige Verfahren ermöglicht nicht
nur die Trennung der Bindefaser in einzelne Filamente, sondern es
führt auch
zur Deaktivierung der Wasserstoffbrückenbindung in der Pulpe.
-
Der
nächste
Schritt umfasst das Trocknen der Bindefaser und des Pulpegemischs.
Die Fasern werden zuerst von der Wasser/oberflächenaktives Mittel-Lösung unter
Verwendung eines Siebs abgetrennt. Dieses Fasergemisch wird dann über Nacht
in einem Vakuumofen bei 50 °C
getrocknet, um sicherzustellen, dass jegliche Restfeuchte ebenfalls
entfernt wird. Das getrocknete Fasergemisch wird dann in die Luftstomaufbringungskammer
eingebracht (zusätzlich
1,195 g „deaktivierte" und getrocknete
Cellulosepulpe werden ebenfalls zu dieser Zeit zugegeben) und eine
Absorptionspolsterstruktur wird unter Verwendung eines Vakuumunterstützten Verfahrens
hergestellt.
-
Beispiel 3: Vergleich
von elastischem Papier
-
Proben
aus elastischem Papier mit acht Zoll mal acht Zoll (8'' × 8'') werden hergestellt unter Verwendung
des Verfahrens von Beispiel 2. Die Proben 3.1 und 3.2 umfassen beide
100 Prozent Hi Bright-Cellulosefaser. Die Beispiele 3.3. bis 3.8
werden aus verschiedenen Prozentanteilen Hi Bright-Cellulosefaser
und der elastischen Zweikomponentenfaser, die in Beispiel 2 oben
beschrieben ist, hergestellt. Die Proben 3.9 und 3.10 enthalten
eine dritte Faserkomponente, d.h. eine Nylonfaser. Die Papierproben
werden unter Verwendung einer Noble & Wood Papierherstellungsmaschine
hergestellt.
-
Die
Probe 3.4 wird hergestellt durch vorheriges Eintauchen von 0,9 Gramm
der Zweikomponentenfaser in 50 cm3 Wasser
plus 5 Tropfen Katapol oberflächenaktives
Mittel (VP-532) und dann wird sie für weitere fünf Minuten vor der Zugabe von
190 cm3 Hi Bright-Fasern eingetaucht. Der
Sinn dieses Verfahrens ist die Verwendung der Verdickungswirkung
der Cellulosefasern, um Klumpen der Zweikomponentenfaser aufzubrechen.
Der Waring-Mischer wird bei 1500 UpM betrieben. Das resultierende
Papier, das auf einem Emerson-Gerät bei 250 °F getrocknet wird, weist weiterhin
sichtbare Klumpen von Zweikomponentenfasern auf. Wenn jedoch das
Papier gezogen wird, erfolgt das Reißen zwischen gebundenen elastischen
Fasern.
-
Das
Papier aus Probe 3.5 wird im Wesentlichen auf die gleiche Art wie
das von Probe 3.4 hergestellt, ausgenommen, dass einige der Klumpen
der Bikomponentenfaser in einem trockenen Zustand innerhalb des Waring-Mischers
(ein Beispiel von Hochintensivluftbewegen) aufgebrochen werden.
Nachdem diese Klumpen aufgebrochen sind, werden 50 cm3 Wasser
mit fünf
Tropfen Katapol in den Mischer gegeben und das Gemisch wird wieder
bei einer niedrigen Einstellung gerührt. Nachfolgend werden 190
cm3 Hi Bright-Cellulosefaser mit weiteren
100 cm3 Wasser zu dem Gemisch gegeben und
für zusätzliche
5 Minuten bei 1000 UpM gerührt.
Das Papier dieser Probe weist weniger sichtbare Klumpen auf und
das Reißen
tritt zwischen gebundenen elastischen Fasern auf.
-
Papierprobe
3.6 hat eine Qualität
von etwa 70 Pound, bei Herstellung mit dem gleichen Cellulosepulpegehalt
wie die vorhergehenden Proben, d.h. 190 cm3.
Zwei Gramm Bikomponentenfaser werden zugegeben und dann in einem
Waring-Mischer auf
trockener Basis aufgebrochen (d.h. in der Abwesenheit eines wässrigen
Mediums), bei einer niedrigen Einstellung für eine und eine halbe Minute
(dieses Verfahren wird dreimal wiederholt, unter einem nach unten
gerichteten Abschaben der Mischerwände zwischen jedem Rühren). Einhundert
Milliliter Wasser werden nachfolgend mit fünf Tropfen Katapol zugegeben,
das resultiernde Gemisch wird noch einmal bei einer niedrigen Einstellung
für 1 Minute
gerührt
und wird dann mit 190 cm3 Hi Bright-Cellulosefasern
plus genug Wasser, um 600 cm3 Gesamtgemisch
zu erhalten, vereinigt. Dieses Gesamtgemisch wird dann in einen
Becher übergeführt und
bei 1500 UpM für
zwei Minuten gerührt.
-
Papier,
das aus diesem Gemisch hergestellt wird, zeigt eine gewisse Elastizität vor dem
Reißen.
-
Probe
3.7 ist eine Wiederholung von Probe 3.6, mit der Ausnahme, dass
2,4 Gramm Bikomponentenfaser anstelle von 2,0 Gramm verwendet werden.
-
Probe
3.8 ist eine Wiederholung von Probe 3.7, mit der Ausnahme, dass
ein Antischaummittel mit dem Katapol zugegeben wird (Foammaster
VF, hergestellt von Diamond Shamrock, 3 Tropfen).
-
Probe
3.9 ist eine Wiederholung von Probe 3.8, mit der Ausnahme, dass
5 Gramm 0,080 SD Nylonfasern von Microfibers of Pawtucket, RI, ebenfalls
zugegeben werden. Das Nylon wird mit 100 cm3 Wasser
zugegeben und es erzeugt eine hohe Dispersion mit nahezu keinem
Rühren.
Das Nylon-Wasser-Gemisch wird zu dem Bikomponentenfaser-Hi Bright-Gemisch
gegeben und das gesamte Gemisch aus 600 cm3 wird
bei 1500 UpM für
zwei Minuten gerührt.
Der Zweck der Nylonzugabe ist es das Aufbrechen der Bindung zwischen den
Cellulosefasern zu erleichtern.
-
Probe
3.10 ist eine Wiederholung von Probe 3.9, mit der Ausnahme, dass
2,4 Gramm Bikomponentenfaser, 20 Tropfen Katapol, 6 Tropfen Antischaummittel,
2 Gramm Nylonfasern und 100 cm3 Hi Bright-Cellulosefasern
(etwa 1,1 Gramm) verwendet werden.
-
Die
Einzelheiten zu den Proben und die Ergebnisse ihres Testens auf
einem Instron Instrument sind in der folgenden Tabelle angegeben.
-
