DE68911486T2 - Gasdurchlässiger und flüssigkeitsdichter Vliesstoff. - Google Patents
Gasdurchlässiger und flüssigkeitsdichter Vliesstoff.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein gasdurchlässiges, flüssigkeitsundurchlässiges nichtgewebtes Material.
- Bei vielen medizinischen Anwendungen benötigt man ein Pack- oder Abdeckmaterial, das gegenüber dem Eindringen von Flüssigkeiten, die bakteriell verunreinigt sind, widerstandsfähig ist, jedoch für Gase durchlässig ist. Eine Gasdurchlässigkeit ist beispielsweise erwünscht, um das Eindringen eines Gases wie Dampf oder Ethylenoxid zwecks Sterilisierung zu erlauben oder den Durchgang von Luft oder Wasserdampf zu gestatten, wenn man das Material als Decke zum Zudecken von patienten oder zur Herstellung von chirurgischen Handschuhen verwendet. Es besteht ebenfalls ein Bedarf an einem flüssigkeitsundurchlässigen und gasdurchlässigen Material für nichtmedizinische Anwendungen wie Schutzkleidung.
- Bei der Ausgestaltung eines solchen Materials ist es schwierig, das Eindringen von Flüssigkeiten zu verhindern, ohne dass das Material gegenüber Luft ungenügend durchlässig wird. verschiedene Verfahren, bei denen eine wasserabweisende Oberflächenbehandlung oder eine Laminierung verschiedener Schichten vorgesehen ist, sind schon vorgeschlagen worden, um die gewünschte Kombination von Eigenschaften zu erzielen. Ein nach einem Schmelzblas-Trockenverfahren hergestelltes wasserundurchlässiges, gasdurchlässiges laminiertes Material mit einer Lage von Hydrophoben, mikrofeinen Fasern,, welches durch Schmelzen mit einer Schicht von konjugierten Fasern verbunden ist, die eine niedrig schmelzende Hülle und einen hochschmelzenden Kern besitzen, ist in US-A-4'657'804 (Mays et al.) beschrieben. Dieses Material wird mit einem wasserabweisenden Bindemittel imprägniert und mit einem wasserabweisenden Finish versehen. Das Dokument US-A-4'196'245 (Kilson et al.) beschreibt ein zusammengesetztes, nichtgewebtes Vlies aus mindestens zwei aneinanderliegenden hydrophoben Lagen aus mikrofeinen Fasern, hergestellt nach einem Schmelzblas- Trockenverfahren, und einer luftdurchlässigen, nicht gewebten Decklage. Das Dokument GB-A-2'095'616 beschreibt ein flüssigkeitsundurchlässiges, für Wasserdampf durchlässiges Material aus einer Schicht eines absorbierenden Vlieses, welches keine oberflächenaktiven Bestandteile enthält, und einer Schicht aus einem wasserabweisenden Vlies, welches mit einem wasserabweisenden Finish behandelt werden kann. Die Schichten werden mittels einer diskontinuierlichen Schicht aus einem hydrophoben Material miteinander verbunden.
- Ein Material, das nach einem Nassverfahren hergestellt werden kann und gegenüber dem Eindringen von Flüssigkeiten, die bakteriell verseucht sein können, widerstandsfähig ist, und welches ebenfalls gasdurchlässig ist, ohne dass man eine wasserabweisende Oberflächenbehandlung oder eine Laminierung mit anderen Materialien ausführen muss, würde eine Verbesserung der zur Zeit erhältlichen Materialien bedeuten.
- Es wurde nun gefunden, dass ein Vlies, welches luftdurchlässig und hydrophob ist und welches thermisch mit anderen Materialien verbunden werden kann, ohne dass man Klebstoffe braucht, in einem Nassverfahren erzeugt werden kann. Das erfindungsgemässe Vliesmaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein thermisch verfestigtes Gemisch enthält, welches, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemisches, (1) 5 bis 30 % einer ersten Polyolefinpulpe, (2) 15 bis 90 % einer zweiten Polyolefinpulpe mit einem Schmelzpunkt, der mindestens 20 ºC über dem Schmelzpunkt der ersten Polyolefinpulpe liegt, und (3) 5 bis 55.% einer Spinnfaser enthält und welches zu einem Flächengebilde verarbeitet ist, wobei dieses Material undurchdringlich für Flüssigkeiten und durchlässig für Gase ist. Etwa 20 % der niedriger schmelzenden Polyolefinpulpe und etwa 40 % der höher schmelzenden Polyolefinpulpe werden bevorzugt. Gegebenenfalls kann man 0,5 bis 20 % Holzstoff zugeben.
- Polyolefinpulpen sind in der Technik bekannt; siehe beispielsweise "Pulp, Synthetic," Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Auflage (New York 1982), Bd. 19, S. 420 - 435. Diese Pulpen stellen sehr feine, stark verzweigte, diskontinuierliche Fibrillen aus thermoplastischen Polymeren dar. Ihre visuelle Erscheinung und ihre Dimensionen ähneln stark denjenigen van Holzstoff. Die Polyolefinpulpen besitzen die Eigenschaft von Flüssigkeitssperren, ohne dass es erforderlich ist, wasserabweisende Oberflächenbehandlungen oder Laminierungen mit anderen Materialien vorzunehmen. Die Polyolefinpulpen machen es weiterhin möglich, das flüssigkeitsundurchlässige Material ohne Verwendung von Klebemitteln mit anderen Materialien zu verbinden, beispielsweise durch thermische Verbindung oder Ultraschallbindung.
- Vertreter der Polymere, aus denen die Polyolefinpulpen bestehen, sind Polyethylen, Polypropylen, Poly(4-methylpenten-1), Copolymere von Ethylen und Propylen und Copolymere von Ethylen oder Propylen mit anderen 1-Olefinen wie 1- Buten und 1-Hexen. Die Polyolefinpulpen können sich lediglich aus einem dieser Polymere zusammensetzen, oder sie können Gemische aus zwei oder mehreren dieser Polymere sein. Die bevorzugte niedrig schmelzende Polyolefinpulpe ist eine Polyethylenpulpe und die bevörzugte höher schmelzende Polyolefinpulpe ist Polypropylenpulpe.
- Die Spinnfaser verleiht dem Endprodukt die gewünschte Gasdurchlässigkeit. Die Spinnfaser ergibt ebenfalls eine Blattfestigkeit, insbesondere bevor das Material getrocknet und thermisch verfestigt ist. Zur Blattbildung in der Nässe werden Fasern mit einer Länge von 5 bis 10 mm bevorzugt. Die gewünschte Luftdurchlässigkeit ist je nach der endgültigen Verwendung des Produktes verschieden; so sollte z. B. ein Material, das zur Herstellung eines Kleidungsstückes verwendet wird, stärker gasdurchlässig sein als ein Material zur Verpackung von medizinischen Bedarfsartikeln. Es kann eine beliebige, von sich aus hydrophobe Spinnfaser eingesetzt werden, beispielsweise Fasern aus Polypropylen, Polyethylen, Copolymeren aus Ethylen und propylen, Polyestern, Acrylpolymeren, Copolymeren des Ethylens mit anderen 1-Olefinen wie Buten, Hexen, Octen oder 4-Methylpenten-1, und Fasern aus mehr als einem dieser Polymere, z. B. eine Bikomponentenfaser aus Polyester/Polypropylen, polyester/Polyethylen oder Polyethylen/Polypropylen. Spinnfasern aus Polypropylen werden bevorzugt.
- Das thermisch verfestigte, flüssigkeitsundurchlässige Material der Erfindung kann gegebenenfalls 0,5 bis 20 % Holzstoff enthalten, um eine zusätzliche Blattfestigkeit zu erzielen. Die Menge an eingesetzem Holzstoff muss derart gewählt werden, dass die Flüssigkeits-Absperreigenschaften des Produktes nicht negativ beeinflusst werden.
- Nicht mehr als das Gemisch der Polyolefinpulpen und der Spinnfaser ist erforderlich, um die erforderliche Kombination von Eigenschaften im Endprodukt zu erzielen, nämlich Undurchlässigkeit gegenüber Flüssigkeiten und Durchlässigkeit gegenüber Gasen. Die Flüssigkeitsundurchlässigkeit des erfindungsgemässen Materials wird durch einen Wert des Mason-Jar-Tests von mindestens 60 Minuten angezeigt (INDA- Testverfahren 80.7). Das Material besitzt ebenfalls eine Luftdurchlässigkeit nach Frazier von mindestens 10 Kubikfuss/Min. (3,048 Kubikmeter pro Minute pro Quadratmeter bei einem Wasserdruck von 1,27 cm) (ASTM-Testverfahren D-737). Die Luftdurchlässigkeit wird als Mass für die Bequemlichkeit verwendet, welche eine Person empfindet, wenn sie mit dem Material zugedeckt ist, und ebenfalls als ein Mass dafür, wie gut ein Sterilisierungsgas durch das Material hindurchgehen wird.
- Das erfindungsgemässe flüssigkeitsundurchlässige Material wird in einem Nassverfahren hergestellt. Zunächst dispergiert man die synthetischen Pulpen und gegebenenfalls den Holzstoff unter hohen Scherkräften in Wasser. Sodann gibt man die dispergierten Spinnfasern zu. Der Feststoffgehalt wird auf einen Wert eingestellt, der ausreichend niedrig ist, um eine gute Dispersion aufrechtzuerhalten. Die Konzentration der Feststoffe ist je nach der Verteilungswirkung des jeweiligen Systems unterschiedlich. Die Dispersion der Pulpen und der Spinnfasern wird dann zu einem Blatt geformt, dieses gepresst, zur Entfernung des Wassers getrocknet und auf eine Temperatur erwärmt, die zum Schmelzen der niedriger schmelzenden synthetischen Pulpe ausreicht. Die Schmelze der niedriger schmelzenden synthetischen Pulpe verbindet das Fasergemisch miteinander und erhöht die Festigkeit des Endproduktes.
- Eine gute Dispersion aus synthetischer Pulpe und Spinnfaser in Wasser ist zur Bildung eines gleichmässigen nass abgelegten Blattes wichtig. Die Zugabe von oberflächenaktiven Stoffen zum Wasser muss jedoch beim erfindungsgemässen Verfahren vermieden werden, da diese das Blatt hydrophil machen würden. Die Abwesenheit von oberflächenaktiven Stoffen trägt auch zur Verbesserung der Nassfestigkeit des Blattes bei und macht es möglich, niedrigere Flächengewichte zu erzeugen. Materialien mit niedrigem Flächengewicht umhüllen besser und lassen sich leichter zusammenlegen als solche mit einem hohen Klächengewicht, und sie sind weniger kostspielig. Die synthetische Pulpe kann auf passende Weise dadurch dispergiert werden, dass man mindestens ein wasserlösliches Polymer dem Wasser beifügt. Geeignete wasserlösliche Polymere sind anionische Acrylamid-Copolymere, Hydroxypropylguare und deren Gemische. Eine Kombination aus einem anionischen Acrylamid-Copolymer und Hydroxypropylguar wird bevorzugt. Das Hydroxypropylguar kann in trockenem Zustande im Verlaufe der Dispergierung der synthetischen Pulpen in Wasser unter hohen Scherkräften oder als Lösung nach der Dispergierung der synthetischen Pulpen in Wasser zugegeben werden. Eine Lösung des Acrylamid-Copolymers wird nach der Dispergierung unter hohen Scherkräften zugegeben. Eine bevorzugte Arbeitsweise der Zugabe einer Kombination der beiden wasserlöslichen Polymeren besteht in der Zugabe von Hydroxypropylguar mit einer Konzentration von 10 Teilen pro Million (ppm) bis 75 ppm in die Dispergiereinrichtung und der Zugabe von 7 bis 50 ppm des Acrylamid-Copolymers in die Blattbildungszone der Papiermaschine.
- Das erfindungsgemässe Vliesmaterial kann vorzugsweise zur Herstellung von Packmaterial für medizinische Bedarfsartikel, von chirurgischen Tuchen oder von Schutzkleidung verwendet werden.
- Wenn solche Verwendungen beabsichtigt sind, kann es erwünscht sein, andere Gewebe mit einer oder beiden Seiten des erfindungsgemässen flüssigkeitsdurchlässigen Materials zu verbinden, um andere Eigenschaften als die Flüssigkeitsundurchlässigkeit und die Gasdurchlässigkeit zu verstärken, z. B. zusätzliche Festigkeit oder Schmiegsamkeit. Mit anderen Worten kann das Vliesmaterial der Erfindung mit anderen Materialien laminiert werden, wenn zusätzliche Eigenschaften erwünscht sind. Es ist jedoch nichts anderes erforderlich, um die Eigenschaften der Undurchlässigkeit gegenüber Flüssigkeiten und der Durchlässigkeit gegenüber Gasen zu erzielen.
- Geeignete Materialien, die mit dem flüssigkeitsundurchlässigen Material verbunden werden können, sind Gewebe und Vliese, die nach den üblichen Verfahren der Vliesherstellung erzeugt werden, beispielsweise spinngebundene, genadelte, kardierte oder hydroverfilzte Vliese. Wenn andere Materialien mit beiden Seiten des flüssigkeitsundurchlässigen Materials verbunden werden, kann das gleiche Material mit beiden Seiten oder ein jeweils unterschiedliches Material mit jeder Seite verbunden werden. Beispielsweise kann man ein Kompositgewebe durch Binden einer Schicht eines spinngebundenen Materials mit einer Seite des flüssigkeitsundurchlässigen Materials zwecks Erzielung einer zusätzlichen Festigkeit und durch verbinden einer kardierten Spinnfaserschicht mit der anderen Seite zur verbesserten Weichheit und Umhüllbarkeit hergestellt werden.
- Sämtlche Prozentangaben in dieser Beschreibung beziehen sich auf das Gewichte wenn nichts anderes angegeben ist.
- Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines nassgelegten Vliesmaterials mit der folgenden Zusammensetzung:
- 40 % Polyolefinpulpe PULPEX P-AD (Hercules Incorporated)
- 20 % Polyolefinpulpe PULPEX E-A (Hercules Incorporated)
- 40 % Polypropylenspinnfaser HERCULON T-153 (Hercules Incorporated), 0,244 Tex (2,2 Denier) mit einer Länge von 10 mm.
- Die Pulpe PULPEX E-A, welche eine Polyethylenpulpe ist, und PULPEX P-AD, eine Polypropylenpulpe, werden getrennt in einem Scheibenrefiner geöffnet und dann in den Stoffkasten einer Langsieb-Papiermaschine gepumpt. Dann wird die Spinnfaser in den Stoffkasten gegeben und der Feststoffgehalt im Stoffkasten auf 0,25 % eingestellt. In den Stoffkasten wird eine Lösung von Hydroxypropylguar-Gummi GENDRIV 492SP (Aqualon Company) bis zu einer Konzentration von 75 ppm in der Flüssigkeit zugegeben.
- Die Dispersion der Pulpen und der Spinnfasern wird der Blattbildungszone der Papiermaschine zugeführt, in die man eine ausreichende Menge eines anionischen Acrylamid-Copolymers RETEN 523P (Hercules Incorporated) bis zu einer Konzentration von etwa 10 ppm in der Blattbildungszone mit niedriger Konsistenz gegeben hat. Die Konsistenz an der Stauvorrichtung des Querstromverteilers beträgt 0,08 %.
- Das gebildete Vlies besitzt ein Flächengewicht von 0,9 Unzen pro Quadratyard (30,5 g/m²). Das Material wird teilweise geschmolzen, indem jede Seite über einen Zylinder geführt wird, der mit einem Antihaftbelag versehen ist und eine Oberflächentemperatur von 123ºC aufweist. Das erhaltene Produkt hat eine Dichte von 0,31 g/cc und eine Luftdurchlässigkeit nach Frazier von 46,3 cfm/sq. ft. (14,11 Kubikmeter pro Minute und pro Quadratmeter bei 1,27 cm Wasserdruck). Das Produkt zeigt ein Ergebnis des Mason-Jar- Tests von mehr als 60 Minuten, bevor es von einer 1 %igen Natriumchloridlösung durchdrungen wird.
- Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Nassgebildeten Vlieses mit der folgenden Zusammensetzung:
- 10 % gebleichter Kraft-Holzstoff aus Weichholz, auf eine Stippenfreiheit von 500 CSF (Canadian Standard Freeness) refinert.
- 10 % Polyolefinpulpe PULPEX E-A (Hercules Incorporeted)
- 40 % Polyolefinpulpe PULPEX P-AD (Hercules Incorporated)
- 40 % Polypropylen-Spinnfaser HERCULON T-153 (Hercules Incorporated), 0,244 Tex (2,2 Denier), Faserlänge 5 mm.
- Es wird die Blattbildungsmethode nach Beispiel 1 verwendet einschliesslich der Anwendung von Hydroxypropylguar und des Acrylamid-Copolymers mit den angegebenen Mengen.
- Aus der Faserdispersion wird ein Vliesmaterial mit einem Flächengewicht von 1 Unze pro Quadratyard (33,8 g pro Quadratmeter) gebildet und auf eine der folgenden Arten weiterbehandelt:
- a) Das Material wird zwischen zwei Stahlzylindern verdichtet, die pneumatisch belastet und auf 121 ºC erhitzt sind. Das Produkt besitzt eine Luftdurchlässigkeit nach Frazier (ÄSTM-Testverfahren D-737) von 2,2 cfm/sq. ft. (0,67 Kubikmeter pro Minute und pro Quadratmeter bei einem Wasserdruck von 1,27 cm).
- b) Das Material wird in einem Laminator verdichtet, der aus einem Gummituch besteht, das mit 50 psi (345 kPa) Luftdurck gegen einen erhitzten Stahlzylinder gedrückt wird, dessen Oberflächentemperatur 149 ºC beträgt. Das erhaltene Produkt besitzt eine Dichte von 0,47 g/cc und eine Luftdurchlässigkeit nach Frazier von 0,45 cfm/sq. ft. (1,37 Kubikmeter pro Minute und pro Quadratmeter bei einem Wasserdruck von 1,27 cm).
- c) Das Material wird dadurch teilweise geschmolzen, dass man jede Seite über einen Zylinder laufen lässt, der mit einem Antihaftbelag versehen ist und eine Oberflächentemperatur von 123 ºC besitzt. Das erhaltene produkt hat eine Dichte von 0,28 g/cc und eine Luftdurchlässigkeit nach Frazier von 15,1 cfm/sq. ft. (4,6 Kubikmeter pro Minute und pro Quadratmeter bei einem Wasserdruck von 1,27 cm).
- Die Proben a und c werden dem Mason-Jar-Test unterworfen (INDA Testverfahren 80.7) und widerstehen einem Durchtritt einer 1 %igen Natriumchloridlösung für mehr als 60 Minuten.
- Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines nassgelegten, nichtgewebten Materials der folgenden Zusammensetzung:
- 40 % Polyolefinpulpe PULPEX P-AD (Hercules Incorporated)
- 20 % Polyplefinpulpe PULPEX E-A (Hercules incorporated)
- 35 % Polypropylenfaser HERCULON T-153 (Hercules Incorporated), 0,244 Tex (2,2 Denier) (5 mm)
- 5 % Polyproplyenfaser HERCULON T-153 (Hercules Incorporated), 0,244 Tex (2,2 Denier) (10 mm).
- Es wird die Blattbildungsmethode nach Beispiel 1 verwendet einschliesslich der Verwendung von Hydroxypropylguar und des Acrylamid-Copolymers mit den angegebenen Mengen.
- Wenn man das Vlies auf einem Trockenzylinder mit Antihaftoberfläche schmilzt, besitzt das erhaltene Vliesmaterial ein Flächengewicht von 39 Gramm pro Quadratmeter (g/m²), eine Dichte von 0,26 g/cc, eine Luftdurchlässigkeit nach Frazier von 36,3 cfm/sq. ft. (11,1 Kubikmeter pro Minute und Quadratmeter bei einem Wasserdruck von 1,27 cm), einen Wert des Mason-Jar-Tests von mehr als 60 Minuten und eine Zugfestigkeit in Maschinenrichtung von 2,3 lb/in (403 N/m).
- Das gemäss Beispiel 3 hergestellte Vliesmaterial wird auf eine 9 g pro Quadratmeter (g/m²) wiegende Schicht aus ungebundener, kardierter Polypropylenspinnfaser gelegt, und zusätzliche 9 g/m² der Polypropylenspinnfaser werden auf die obere Seite des Vliesmaterials kardiert. Diese drei Schichten werden durch einen Punktschmelzkalander geleitet, der innen auf 138 ºC erhitzt ist. Das erhaltene dreischichtige Laminat hat ein Flächengewicht von 57 g/m², eine Dichte von 0,22 g/cc, eine Luftdurchlässigkeit nach Frazier von 39 cfm/sq. ft. (11,9 Kubikmeter pro Minute und pro Quadratmeter bei einem Wasserdruck von 1,27 cm), einen Wert des Mason-Jar-Tests von mehr als 60 Minuten sowie eine Zugfestigkeit in Maschinenrichtung von 3,8 lb/in (665 N/m).
Claims (10)
1. Vliesmaterial, das für Flüssigkeiten undurchlässig und
für Gase durchlässig ist, gekennzeichnet durch einen
Gehalt eines thermisch konsolidierten Gemisches,
enthaltend (1) 5 bis 30% einer ersten Polyolefinpulpe,
(2) 15 bis 90% einer zweiten Polyolefinpulpe mit einem
Schmelzpunkt, der mindestens 20ºC über dem
Schmelzpunkt der ersten Polyolefinpulpe liegt und (3) 5 bis
55% einer Spinnfaser, bezogen auf das Gesamtgewicht
des Gemisches, das in Form eines Flächengebildes
vorliegt.
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
es zusätzlich 0,5 bis 20% Holzstoff enthält.
3. Material nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Polyolefinpulpe Polyäthylenpulpe,
die zweite Polyolefinpulpe Polypropylenpulpe und die
Spinnfaser Polypropylenspinnfaser ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines Vliesmaterials, das
flüssigkeitsundurchlässig und gasdurchlässig ist,
durch
(1) Dispergieren in Wasser eines Gemisches,
enthaltend (a) 5 bis 30% einer ersten Polyolefinpulpe,
(b) 15 bis 90% einer zweiten Polyolefinpulpe mit einer
mindestens 20ºC über dem Schmelzpunkt der ersten
Polyolefinpulpe liegenden Schmelzpunkt und (c) 5 bis
55% einer Spinnfaser, bezogen auf die Gesamtmenge des
Materials, in Gegenwart mindestens eines
wasserlöslichen Polymers und in Abwesenheit von
oberflächenaktiven Mitteln,
(2) Bilden eines Flächengebildes mit der wässrigen
Dispersion,
(3) Trocknen und
(4) Erwärmen des Flächengebildes auf eine
Temperatur, die zum Schmelzen der ersten Polyolefinpulpe
ausreicht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnt, dass
im Mischungsschritt (1) zusätzlich 0,5 bis 20%
Holzstoff zugegeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Polyolefinpulpe Polyäthylenpulpe,
die zweite Polyolefinpulpe Polypropylenpulpe und die
Spinnfaser Polypropylenspinnfaser ist.
7. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Polymer eine Kombination
eines anionischen Acrylamidpolymers und
Hydroxyproplyguars ist.
8. Verwendung des Produktes nach den Ansprüchen 1 bis 3
für die Herstellung von Packmaterial für chirurgische
Materialien.
9. Verwendung des Produktes nach den Ansprüchen 1 bis 3
zur Herstellung von Schutzbekleidung.
10. Verwendung des Produktes nach den Ansprüchen 1 bis 3
für die Herstellung eines chirurgischen Tuches.
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