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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Artikel, wie z. B. einen Film bzw. eine Folie oder eine Faserbahn.
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Polymere werden weithin verwendet,
um eine Vielzahl verschiedener Produkte herzustellen, die Blasfolien,
Gießfolien,
extrudierte Folien bzw. Platten, Spritzgussartikel, Schaumstoffe
bzw. Schäume,
Blasformartikel, extrudierte Rohre, Monofilamente und Vliesbahnen
umfassen. Einige solcher Polymere, wie z. B. Polyolefine, sind naturgemäß hydrophob,
und für
viele Anwendungen ist diese Eigenschaft entweder eine positive Eigenschaft
oder zumindest kein Nachteil.
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Es gibt allerdings eine große Zahl
von Anwendungen für
Polymere, wo ihre hydrophobe Natur entweder ihre Nützlichkeit
einschränkt
oder einigen Einsatz erfordert, die Oberflächeneigenschaften der Artikel,
die daraus hergestellt werden, zu modifizieren. Zum Beispiel werden
Polyolefine, wie z. B. Polyethylen und Polypropylen, verwendet,
um Polymerstoffe herzustellen, die bei der Herstellung von absorbierenden
Wegwerfartikeln, wie z. B. Windeln; Inkontinenzprodukten; Frauenhygieneprodukten,
wie z. B. Damenbinden und Tampons; Filterelementen; Wischtüchern; Operationskitteln
und -tüchern;
Schutzkissen; Wundverbänden,
wie z. B. Bandagen; und ähnlichem
eingesetzt werden. Solche Polymerstoffe sind oft Vliesbahnen, die
zum Beispiel durch Verfahren wie Schmelzblasen, zusammengesetzte
Bildung (Coforming) und Spinnbinden hergestellt werden. Häufig müssen solche
Polymerstoffe durch Wasser benetzbar sein. Benetzbarkeit kann durch
Sprühen
oder anderes Beschichten (d. h. Oberflächenbehandeln oder lokales
Behandeln) des Stoffes mit einer oberflächenaktiven Lösung während oder
nach seiner Bildung und nachfolgendes Trocknen der Bahn erzielt werden.
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Manche der üblicheren, lokal aufgebrachten
oberflächenaktiven
Mittel sind nicht-ionische oberflächenaktive Mittel, wie z. B.
polyethoxylierte Oktylphenole und Kondensationsprodukte von Propylenoxid
mit Propylenglykol, nur zum Beispiel. Diese oberflächenaktiven
Mittel sind wirksam, um normalerweise hydrophobe Polymerstoffe benetzbar
zu machen. Allerdings wird das oberflächenaktive Mittel leicht von
dem Stoff entfernt, oft bereits nachdem sie nur einmal einer wässrigen
Lösung
ausgesetzt worden sind.
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Beträchtliche Bemühungen sind
in Richtung des Erhöhens
der Dauerhaftigkeit von oberflächenaktiven Mitteln,
die lokal auf einen Polymerstoff aufgetragen werden, unternommen
worden. Solche Bemühungen
umfassen zum Beispiel folgende:
- (1) Verwendung
einer Zusammensetzung, die Wasser, ein primäres oberflächenaktives Mittel und ein
zweites oberflächenaktives
Mittel umfasst, das die Funktion hat, den Stoff mit der Zusammensetzung
zu benetzen und eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung des primären oberflächenaktiven
Mittels auf dem Polymerstoff bereitzustellen;
- (2) Verwendung eines oberflächenaktiven
Mittels mit oder ohne ein nicht-ionisches zweites oberflächenaktives
Mittel, das das Reaktionsprodukt eines Säureanhydridderivates, wie z.
B. eines Bernsteinsäure-Anhydrids, mit einer
Polyhydroxyverbindung, wie z. B. Sorbitol, einem Polyethylenglykol,
Triethanolamin, einem Polyhydroxyamin, bestimmten primären und
sekundären
Aminen und bestimmten ungesättigten
aliphatischen Sulfoverbindungen ist;
- (3) Verwendung eines oberflächenaktiven
Mittels mit oder ohne ein nicht-ionisches zweites oberflächenaktives
Mittel, das das Reaktionsprodukt von bestimmten ungesättigten
aliphatischen Sulfoverbindungen mit dem Reaktionsprodukt eines Säureanhydridderivates,
wie z. B. eines substituierten Bernsteinsäure-Anhydrides, mit einem Polyamid
ist, das wenigstens eine NH-Gruppe aufweist, die in der Lage ist,
zu einer Doppelbindung hinzugefügt
zu werden;
- (4) Verwendung einer oberflächenaktiven
Mischung, die eine Estersäure,
ein Estersalz oder eine Mischung davon, und eine Amidsäure, ein
Amidsalz oder eine Mischung davon mit oder ohne ein nicht-ionisches oberflächenaktives
Mittel umfasst; und
- (5) Verwendung einer oberflächenaktiven
Mischung, die ein oberflächenaktives
Sorbitolsukzinatmittel, wie z. B. ein ethoxyliertes Amino-Sorbitolsukzinatsalz
oder ein ethoxyliertes Alkenylsukzinatanhydrid-Fettsäureaminsalz, und eine zweite
Benetzungshilfe umfasst, die zum Beispiel ein Silikonpolyether oder
ein primärer
oder sekundärer
Alkohol mit bis zu etwa 8 Kohlenstoffatomen sein kann.
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Zusätzlich zur Wasserbenetzbarkeit
ist für
viele absorbierende, d. h. poröse
Produkte wenigstens zu einem gewissen Grad die Geschwindigkeit von
Bedeutung, mit der die wässrige
Flüssigkeit
durch das poröse Produkt
tritt. Wenn zum Beispiel das poröse
Produkt eine Vliesbahn oder ein anderes Fasermaterial ist, muss die
Flüssigkeit
zwischen den Fasern der Bahn durchtreten. Ein poröses Substrat,
in dem eine wässrige
Flüssigkeit
mit einer hohen Geschwindigkeit durchtritt, ist wirksamer beim Absorbieren
von großen
Mengen an Flüssigkeit,
die über
einen kurzen Zeitraum abgegeben werden, und in der Folge wirksamer
beim Vermeiden oder Minimieren des Auslaufens. Darüber hinaus
erlaubt ein poröses
Substrat, das Flüssigkeit
rasch absorbiert, dass andere Komponenten eines absorbierenden Produktes
Flüssigkeit
wirksamer weg von der Stelle des Eintreffens der Flüssigkeit
zum Rest des absorbierenden Produktes bewegen. Daher ist mehr von
dem absorbierenden Produkt zum Absorbieren der Flüssigkeit
zur Verfügung.
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Es ist bekannt, dass die Durchtrittsgeschwindigkeit
einer Flüssigkeit
in ein poröses
Substrat direkt proportional zur Oberflächenspannung der Flüssigkeit
und dem Kosinus des Kontaktwinkels ist, den die Flüssigkeit
mit der Oberfläche
des Substrates bildet (siehe z. B. A. w. Adamson, Kapitel XIII, "Wetting, Flotation,
and Detergency" in "Physical Chemistry
of Surfaces," Fünfte Ausgabe,
John Wiley & Sons,
New York, 1990, S. 495–496).
Der Kosinus des Kontaktwinkels ist bei einem Maximumwert von 1,
wenn der Kontaktwinkel null ist. Wenn der Kontaktwinkel größer wird,
wird der Kosinus kleiner und geht gegen null, wenn der Kontaktwinkel sich
90° nähert.
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Die Verfahren, um ein Polymersubstrat
benetzbar zu machen, wie oben beschrieben, beinhalten alle das Verringern
der Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
bis zu einem Wert, der ungefähr
der selbe ist wie oder niedriger ist als die freie Oberflächenenergie
des Substrates, das von der Flüssigkeit
benetzt werden soll. Solche Verfahren verringern auch den Kontaktwinkel.
Wie bereits erwähnt,
ist allerdings das Verringern sowohl der Oberflächenspannung der Flüssigkeit
als auch des Kontaktwinkels kontraproduktiv in Bezug auf die Geschwindigkeit
des Flüssigkeitsdurchtritts.
Daher besteht ein Bedarf an Materialien, die benetzbar sind und
eine rasche Flüssigkeitsaufnahme
aufweisen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einige der oben besprochenen Schwierigkeiten und Probleme durch Bereitstellen
eines benetzbaren Artikels, der auch eine rasche Flüssigkeitsdurchtrittsgeschwindigkeit
aufweist. Die Eigenschaften der Benetzbarkeit und des raschen Flüssigkeitsdurchtritts
werden erreicht durch Minimieren der Verringerung der Oberflächenspannung
einer wässrigen
Flüssigkeit,
die in Kontakt mit dem Artikel kommt, während ein kleiner Kontaktwinkel
aufrecht erhalten wird, den die Flüssigkeit mit der Oberfläche des
Artikels bildet.
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Dementsprechend stellt die vorliegende
Erfindung einen benetzbaren Artikel bereit, der aus einem Artikel
mit einer hydrophoben Oberfläche
mit einer Beschichtung besteht, die ein Mittel zur Modifikation
der freien Oberflächenenergie
und ein oberflächenaktives
Mittel umfasst. Die hydrophobe Oberfläche kann aus einem hydrophoben
Polymer zusammengesetzt sein. Das Mittel zur Modifikation der freien
Oberflächenenergie
weist eine freie Oberflächenenergie
auf, die größer ist
als jene der Oberfläche
des Artikels, aber kleiner als die Oberflächenspannung einer wässrigen
Flüssigkeit,
der der benetzbare Artikel ausgesetzt werden kann, und liegt erwünschterweise
in einer Menge vor, die ausreichend ist, um die Oberfläche des
Artikels im Wesentlichen zu bedecken. Das oberflächenaktive Mittel liegt in
einer Menge vor, die wirksam ist, um die Oberflächenspannung der Flüssigkeit
auf einen Wert zu verringern, der größer ist als die freie Oberflächenenergie
der Oberfläche
des Artikels und gleich oder kleiner als die freie Oberflächenenergie
des Mittels zur Modifikation der freien Oberflächenenergie.
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Der Artikel kann, nur zum Beispiel,
ein Film bzw. eine Folie oder eine Faserlage sein. Die Faserlage kann
eine Gewebe- oder Vliesbahn sein.
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Das hydrophobe Polymer kann zum Beispiel
ein Polyolefin sein. Typische Polyolefine sind Polyethylen und Polypropylen.
Ebenfalls als Beispiel kann das Mittel zur Modifikation der freien
Oberflächenenergie
ein Protein sein, und das oberflächenaktive
Mittel kann ein polyethoxyliertes Alkylphenol sein.
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Die vorliegende Erfindung stellt
auch ein Verfahren zur Herstellung eines benetzbaren Artikels bereit. Das
Verfahren umfasst das Bilden eines Artikels durch Schmelzextrusion,
von dem wenigstens ein Abschnitt aus einer Polymerzusammensetzung
gebildet ist, die ein hydrophobes Polymer und ein oberflächenaktives Mittel
umfasst, das angepasst ist, an eine Oberfläche des Artikels zu migrieren;
und Beschichten der Oberfläche
des Artikels mit einem Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie.
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Zum Beispiel kann das Mittel zur
Modifikation der freien Oberflächenenergie
eine freie Oberflächenenergie
aufweisen, die größer als
jene der Oberfläche
des Artikels ist, aber kleiner als die Oberflächenspannung einer wässrigen Flüssigkeit,
der der benetzbare Artikel ausgesetzt werden kann. Als anderes Beispiel
kann das Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie
in einer Menge vorliegen, die ausreichend ist, um die Oberfläche des
Artikels im Wesentlichen zu bedecken.
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Das Verfahren umfasst den zusätzlichen
Schritt des Verursachens, dass das oberflächenaktive Mittel in einer
Menge an die Oberfläche
des Artikels migriert, die wirksam ist, um die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
auf einen Wert zu verringern, der größer ist als die freie Oberflächenenergie
der Oberfläche
des Artikels und gleich oder kleiner als die freie Oberflächenenergie
des Mittels zur Modifikation der freien Oberflächenenergie.
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Die vorliegende Erfindung stellt
des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines benetzbaren Artikels bereit,
das das Bilden eines Artikels, wobei der Artikel eine hydrophobe
Oberfläche
aufweist; das Beschichten der Oberfläche des Artikels mit einem
Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie; und das Behandeln
des beschichteten Artikels mit einem oberflächenaktiven Mittel umfasst.
Zum Beispiel kann das Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie
eine freie Oberflächenenergie
aufweisen, die größer ist
als jene der Oberfläche
des Artikels, aber kleiner als die Oberflächenspannung einer wässrigen
Flüssigkeit,
der der benetzbare Artikel ausgesetzt werden kann. Als anderes Beispiel
kann das oberflächenaktive
Mittel in einer Menge vorliegen, die wirksam ist, um die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
auf einen Wert zu verringern, der größer ist als die freie Oberflächenenergie
der Oberfläche
des Artikels und gleich oder kleiner als die freie Oberflächenenergie
des Mittels zur Modifikation der freien Oberflächenenergie.
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Der benetzbare Artikel der vorliegenden
Erfindung kann als Komponente eines absorbierenden Wegwerfproduktes
eingesetzt werden. Ein absorbierendes Wegwerfprodukt kann zum Beispiel
eine Windel, ein Frauenhygieneprodukt oder ein Inkontinenzprodukt
sein.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Wie hier verwendet sind die Ausdrücke "Artikel" und "Produkt" Synonyme und sind
so gemeint, dass sie jeden beliebigen Artikel oder jedes Produkt
umfassen, das durch ein Schmelzextrusionsverfahren gebildet wird,
ungeachtet der Größe oder
Form des Artikels. Aus praktischen Gründen betrifft die vorliegende
Offenbarung hauptsächlich
schmelzextrudierte Filme, Fasern und Vliesbahnen, die aus solchen
Fasern zusammengesetzt sind. Dennoch werden auch andere Artikel
oder Produkte so angesehen, dass sie in den Geist und Umfang der
vorliegenden Erfindung fallen.
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In jenen Ausführungsformen, in denen der
Artikel eine Vliesbahn ist, kann eine solche Vliesbahn im Allgemeinen
durch jedes der Mittel hergestellt werden, das Durchschnittsfachleuten
bekannt ist. Zum Beispiel kann die Vliesbahn durch Verfahren wie
Schmelzblasen, zusammengesetzte Bildung, Spinnbinden, Nassverwirbeln,
Kardieren, Luftablegen und Nassbilden hergestellt werden.
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Die Vliesbahn ist noch mehr typischerweise
eine Vliesbahn, die durch Schmelzblasen, zusammengesetzte Bildung,
Spinnbinden und ähnliches
hergestellt wird. Nur zum Beispiel sind solche Verfahren durch die folgenden
Bezugswerke veranschaulicht:
- (a) Bezugswerke
für Schmelzblasen
umfassen zum Beispiel US-A-3,016,599 an R. W. Perry, Jr., US-A-3,704,198
an J. S. Prentice, US-A-3,755,527 an J. P. Keller et al., US-A-3,849,241
an R. R. Butin et al., US-A-3,978,185 an R. R. Butin et al. und
US-A-4,663,220 an T. J. Wisneski et al. Siehe auch V. A. Wente, "Superfine Thermoplastic
Fibers", Industrial
and Engineering Chemistry, Vol. 48, Nr. 8, S. 1342–1346 (1956);
V. A. Wente et al., "Manufacture
of Superfine Organic Fibers",
Navy Research Laboratory, Washington, D. C., NRL Report 4364 (111437),
25. Mai 1954, United States Department of Commerce, Office of Technical
Services; und Robert R. Butin und Dwight T. Lohkamp, "Melt Blowing – A One-Step
Web Process for New Nonwoven Products", Journal of the Technical Association
of the Pulp and Paper Industry, Vol. 56, Nr. 4, S. 74–77 (1973);
- (b) Bezugswerke für
zusammengesetzte Bildung (Coforming) umfassen US-A-4,100,324 an
R. A. Anderson et al und US-A-4,118,531 an E. R. Hauser; und
- (c) Bezugswerke für
Spinnbinden umfassen unter anderem US-A-3,341,394 an Kinney, US-A-3,655,862
an Dorschner et al., US-A-3,692,618 an Dorschner et al., US-A-3,705,068 an Dobo
et al., US-A-3,802,817 an Matsuki et al., US-A-3,853,651 an Porte,
US-A-4,064,605 an Akiyama et al., US-A-4,091,140 an Harmon, US-A-4,100,319 an Schwartz,
US-A-4,340,563 an Appel und Morman, US-A-4,405,297 an Appel und
Morman, US-A-4,434,204
an Hartman et al., US-A-4,627,811 an Greiser und Wagner, und US-A-4,644,045
an Fowells.
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Der Ausdruck "hydrophobes Polymer" wird hier so verwendet, dass er jedes
Polymer bedeutet, das widerstandsfähig ist gegen Benetzung oder
nicht leicht benetzt wird von Wasser, d. h. eine fehlende Affinität für Wasser
aufweist. Ein hydrophobes Polymer weist typischerweise eine freie
Oberflächenenergie
von etwa 40 × 10–5 Newton/cm
oder N/cm (40 Dyn/cm) oder weniger auf. Beispiele für hydrophobe
Polymere umfassen nur zum Beispiel Polyolefine, wie z. B. Polyethylen,
Poly(isobuten), Poly(isopren), Poly(4-methyl-1-penten), Polypropylen, Ethylen-Propylen-Copolymere, Ethylen-Propylen-Hexadien-Copolymere
und Ethylen-Vinylazetat-Copolymere;
Styrenpolymere, wie z. B. Poly(styren), Poly(2-methylenstyren),
Styren-Akrylnitril-Copolymere
mit weniger als etwa 20 Molprozent Akrylnitril und Styren-2,2,3,3,-tetrafluoropropylmethakrylat-Copolymere; halogenierte
Kohlenwasserstoffpolymere, wie z. B. Poly(chlortrifluorethylen),
Chlortrifluorethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere,
Poly(hexafluorpropylen), Poly(tetrafluorethylen), Tetrafluorethylen-Ethylen-Copolymere, Poly(trifluorethylen),
Poly(vinylfluorid) und Poly(vinylidenfluorid); Vinylpolymere, wie
z. B. Poly(vinylbutyrat), Poly(vinyldekanoat) Poly(vinyldodekanoat),
Poly(vinylhexadekanoat), Poly(vinylhexanoat), Poly(vinylpropionat),
Poly(vinyloktanoat), Poly(heptafluorisopropoxyethylen), 1-Heptafluorisopropoxymethylethylen-Maleinsäure-Copolymere,
Poly(heptafluorisopropoxypropylen), Poly(methakrylnitril), Poly(vinylalkohol),
Poly(vinylbutyral), Poly(ethoxyethylen), Poly(methoxyethylen) und
Polyvinylformal); Akrylpolymere, wie z. B. Poly(n-butylazetat),
Poly(ethylakrylat), Poly[(1-chlordifluormethyl)-tetrafluorethylakrylat],
Poly[di(chlorfluormethyl)fluormethylakrylat], Poly(1,1-dihydroheptafluorbutylakrylat),
Poly(1,1-dihydropentafluorisopropylakrylat),
Poly(1,1-dihydropentadekafluoroktylakrylat),
Poly(heptafluorisopropylakrylat), Poly[5-(heptafluorisopropoxy)pentylakrylat],
Poly[11-(heptafluorisopropoxy)undekylakrylat],
Poly[2-(heptafluorpropoxy)ethylakrylat]
und Poly(nonafluorisobutylakrylat); Methakrylpolymere, wie z. B.
Poly(benzylmethakrylat), Poly(n-butylmethakrylat),
Poly(isobutylmethakrylat), Poly(t-butylmethakrylat),
Poly(t-butylaminoethylmethakrylat),
Poly(dodekylmethakrylat), Poly(ethylmethakrylat), Poly(2-ethylhexylmethakrylat),
Poly(n-hexylmethakrylat), Poly(dimethylaminoethylmethakrylat), Poly(hydroxyethylmethakrylat),
Poly(phenylmethakrylat), Poly(n-propylmethakrylat),
Poly(oktadekylmethakrylat), Poly(1,1-dihydropentadekafluoroktylmethakrylat),
Poly(heptafluorisopropylmethakrylat), Poly(heptadekafluoroktylmethakrylat),
Poly(1-hydrotetrafluorethylmethakrylat),
Poly(1,1-dihydrotetrafluorpropylmethakrylat),
Poly(1-hydrohexafluorisopropylmethakrylat)
und Poly(t-nonafluorbutylmethakrylat); Polyether, wie
z. B. Poly(chloral), Poly(oxybuten)diol, Poly(oxyisobuten)diol,
Poly(oxydekamethylen), Poly(oxyethylen)-dimethylether-Polymere mit Molekulargewichten
unter etwa 1.500, Poly(oxyhexamethylen)diol, Poly(oxypropylen)diol,
Poly(oxypropylen)-dimethylether und Poly(oxytetramethylen); Polyethercopolymere,
wie z. B. Poly(oxyethylen)-Poly(oxypropylen)-Poly(oxyethylen)-Blockcopolymere,
Oxyethylen-Oxypropylen-Copolymere mit mehr als etwa 20 Molprozent
Oxypropylen, Oxytetramethylen-Oxypropylen-Copolymere und Blockcopolymere mit Oxyethylen-Oxypropylen-Copolymerblöcken, die
durch einen Poly(oxydimethylsilylen)-Block getrennt sind; Polyamide, wie
z. B. Poly[imin(1-oxodekamethylen)],
Poly[imin(1-oxododekamethylen)] oder Nylon 12, Poly[imin(1-oxohexamethylen)]
oder Nylon 6, Poly[imin(1-oxotetramethylen)] oder Nylon 4, Poly(iminazelaoyliminononamethylen),
Poly(iminsebazoylimindekamethylen) und Poly(iminsuberoyliminoktamethylen);
Polyimine, wie z. B. Poly[(benzoylimin)-ethylen], Poly[(butyrylimin)ethylen],
Poly[(dodekanoylimin)ethylen], (dodekanoylimin)ethylen-(azetylimin)trimethylen-Copolymere,
Poly[(heptanoylimin)ethylen], Poly[(hexanoylimin)ethylen], Poly{[(3-methyl)butyrylimin]ethylen},
Poly[(pentadekafluoroktadekanoylimin)ethylen] und Poly[(pentanoylimin)ethylen];
Polyurethane, wie z. B. jene, die aus Methylendiphenyldiisocyanat
und Butandiol-Poly(oxytetramethylen)diol,
Hexamethalendiisocyanat und Triethylenglykol und 4-Methyl-1,3-phenylendiisozyanat
und Tripropylenglykol hergestellt sind; Polysiloxane, wie z. B.
Poly(oxydimethylsilylen) und Poly(oxymethylphenyl-silylen); und
Zellulosederivate, wie z. B. Amylose, Amylopektin, Zelluloseazetatbutyrat,
Ethylzellulose, Hemizellulose, Nitrozellulose und Stärke.
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Wie zuvor erwähnt umfasst der benetzbare
Artikel der vorliegenden Erfindung einen Artikel mit einer Oberfläche, die
aus einem hydrophoben Polymer zusammengesetzt ist. Daher wird der
Ausdruck "Oberfläche" hier so verwendet,
dass er jenen Abschnitt der gesamten Oberfläche des Artikels bedeutet,
der aus einem hydrophoben Polymer zusammengesetzt ist. Die Oberfläche des
Artikels kann die gesamte Oberfläche
des Artikels oder nur einen Abschnitt davon einnehmen. Wenn zum
Beispiel der Artikel eine Vliesbahn ist, können die Fasern, aus der die
Bahn zusammengesetzt ist, aus einem einzelnen hydrophoben Polymer
hergestellt sein. Als Alternative können solche Fasern Zweikomponentenfasern
sein, bei denen eine Komponente ein hydrophoben Polymer ist und
die andere Komponente ein anderes hydrophobes Polymer oder ein nicht-hydrophobes Polymer,
z. B. ein hydrophiles Polymer, ist. Die Fasern können Mantel/Kern-Zweikomponentenfasern
sein, wobei in diesem Fall der Mantel typischerweise aus einem hydrophoben
Polymer zusammengesetzt wäre.
Die Fasern können
auch Seite-an-Seite-Zweikomponentenfasern sein. Darüber hinaus
können
die Fasern, aus denen die Vliesbahn zusammengesetzt ist, einen runden
oder einen nicht-runden Querschnitt aufweisen. Die Fasern können auch
Mehrkomponentenfasern sein, vorausgesetzt, dass wenigstens eine
Komponente ein hydrophobes Polymer ist.
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Die Oberfläche des Artikels der vorliegenden
Erfindung weist eine Beschichtung darauf auf. Die Beschichtung umfasst
ein Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie und ein oberflächenaktives
Mittel. Das Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie
weist eine freie Oberflächenenergie
auf, die größer ist
als jene der Oberfläche
des Artikels, aber kleiner als die Oberflächenspannung einer wässrigen
Flüssigkeit, der
der benetzbare beschichtete Artikel ausgesetzt werden kann, und
liegt in einer Menge vor, die ausreichend ist, um die Oberfläche des
Artikels im Wesentlichen zu bedecken. Das heißt, die Oberfläche des
Artikels ist mit dem Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie
in einem Ausmaß bedeckt,
so dass die freie Oberflächenenergie
des Abschnittes des Artikels, auf dem die Flüssigkeit auftrifft, die freie
Oberflächenenergie
des Mittels zur Modifikation der freien Oberflächenenergie ist und nicht die
freie Oberflächenenergie
des hydrophoben Polymers.
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Das Mittel zur Modifikation der freien
Oberflächenenergie
kann jedes beliebige Material sein, das eine freie Oberflächenenergie
aufweist, die größer ist
als jene der Oberfläche
des Artikels aber kleiner als die Oberflächenspannung einer wässrigen
Flüssigkeit,
der der benetzbare beschichtete Artikel ausgesetzt werden kann.
Erwünschterweise
wird das Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie
nicht leicht durch die flüssige
Umgebung entfernt. wenn zum Beispiel das hydrophobe Polymer, aus
dem die Oberfläche
zusammengesetzt ist, ein Polyolefin, wie z. B. Polypropylen, ist,
kann das Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie
ein Protein sein. Das Protein weist erwünschterweise ein Gewichtsmittel-Molekulargewicht
von wenigstens etwa 10.000 Dalton auf. Beispiele für solche
Proteine umfassen nur zum Beispiel Fibrinogen, wie z. B. Pavianplasmafibrinogen,
Rinderplasmafibrinogen; Katzenplasmafibrinogen, Hundeplasmafibrinogen, Ziegenplasmafibrinogen,
Meerschweinchenplasmafibrinogen, Pferdeplasmafibrinogen, menschliches
Plasmafibrinogen, Mäuseplasmafibrinogen,
Schweineplasmafibrinogen, Kaninchenplasmafibrinogen, Rattenplasmafibrinogen
und Schafplasmafibrinogen; Albumin, wie z. B. Pavianalbumin, Rinderalbumin,
Katzenalbumin, Hühneralbumin,
Hühnereialbumin,
Hundealbumin, Ziegenalbumin, Meerschweinchenalbumin, Hamsteralbumin,
Pferdealbumin, menschliches Albumin, Mäusealbumin, Schweinealbumin,
Kaninchenalbumin, Rattenalbumin, Rhesusaffenalbumin, Schafalbumin,
Truthahnalbumin und Truthahneineralbumin; Kasein, wie z. B. Kuhmilchkasein,
Ziegenmilchkasein, menschliches Milchkasein, Schafmilchkasein und α-, β- und Kappakasein
von Kuhmilch; Hämoglobin,
wie z. B. Pavianhämoglobin,
Rinderhämoglobin,
Katzenhämoglobin,
Hundehämoglobin,
Ringelnatterhämoglobin,
Ziegenhämoglobin,
Pferdehämoglobin,
menschliches Hämoglobin,
Mäusehämoglobin,
Schweinehämoglobin,
Taubenhämoglobin,
Kaninchenhämoglobin,
Rattenhämoglobin,
Schafhämoglobin
und Truthahnhämoglobin;
und Lysozym, wie z. B. Hühnereiweiß-Lysozym,
menschliches Milchlysozym und Truthahneiweiß-Lysozym.
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Die Oberfläche des Artikels kann mit dem
Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie durch jedes bekannte
Mittel beschichtet werden. Zum Beispiel kann das Mittel zur Modifikation
der freien Oberflächenenergie
einfach auf die Oberfläche
des Artikels adsorbiert werden. Als anderes Beispiel kann das Mittel
zur Modifikation der freien Oberflächenenergie kovalent an die
Oberfläche
gebunden werden. Als noch anderes Beispiel kann die Oberfläche des
Artikels modifiziert werden, um entweder die Adsorption oder die
kovalente Bindung zu unterstützen
oder zu verbessern. Daher kann die Oberfläche einem Korona- oder Plasmafeld
oder einem Elektronenstrahl oder einer anderen ionisierenden Bestrahlung
ausgesetzt werden, um entweder bei der Adsorption oder bei der kovalenten
Bindung des Mittels zur Modifikation der freien Oberflächenenergie
an die Oberfläche
des Artikels zu helfen; siehe zum Beispiel US-A-4,238,291 an Lowther,
US-A-3,754,117 an Walter und US-A-5,102,738
an Bell et al.
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Der Ausdruck "oberflächenaktives Mittel" wird hier in seiner üblichen
Bedeutung verwendet und umfasst ein einzelnes oberflächenaktives
Mittel oder eine Mischung aus zwei oder mehreren oberflächenaktiven Mitteln.
Wenn eine Mischung aus zwei oder mehreren oberflächenaktiven Mitteln eingesetzt
wird, können
die Mittel aus der selben oder aus unterschiedlichen Klassen ausgewählt werden,
vorausgesetzt nur, dass die Mittel, die in der Mischung vorliegen,
miteinander verträglich
sind.
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Im Allgemeinen liegt das oberflächenaktive
Mittel in der Beschichtung in einer Menge vor, die wirksam ist,
um die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
auf einen Wert zu verringern, der größer ist als die freie Oberflächenenergie
der Oberfläche
des Artikels und gleich oder kleiner als die freie Oberflächenenergie
des Mittels zur Modifikation der freien Oberflächenenergie.
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Das oberflächenaktive Mittel kann jedes
beliebige oberflächenaktive
Mittel sein, das Durchschnittsfachleuten bekannt ist, einschließlich anionischer,
kationischer und nichtionischer oberflächenaktiver Mittel. Beispiele
für anionische
oberflächenaktive
Mittel umfassen unter anderem lineare und verzweigtkettige Natriumalkylbenzensulfonate,
lineare und verzweigtkettige Alkylsulfate und lineare und verzweigt-kettige
Alkylethoxysulfate. Kationische oberflächenaktive Mittel umfassen
zum Beispiel Talg-Trimethylammoniumchlorid.
Beispiele für
nicht-ionische oberflächenaktive
Mittel umfassen, wiederum nur zum Beispiel, Alkylpolyethoxylate; polyethoxylierte
Alkylphenole; Fettsäureethanolamide;
Polysiloxanpolyether; und komplexe Polymere von Ethylenoxid, Propylenoxid
und Alkoholen. Erwünschterweise
ist das oberflächenaktive
Mittel ein nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel.
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Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung
zur Herstellung eines benetzbaren Artikels umfasst das Bilden eines
Artikels durch Schmelzextrusion, von dem wenigstens ein Abschnitt
aus einer Polymerzusammensetzung gebildet ist, die ein hydrophobes
Polymer und ein oberflächenaktives
Mittel umfasst, das angepasst ist, an die Oberfläche des Artikels zu migrieren.
Die Gegenwart von oberflächenaktivem
Mittel auf der Oberfläche
des Artikels unmittelbar nach seiner Bildung ist annehmbar, vorausgesetzt,
dass (a) eine solche Gegenwart nicht wesentlich negativ mit der
Beschichtung der Oberfläche
mit einem Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie
interferiert, das hier nachfolgend beschrieben ist, und (b) die
Beschichtung der Oberfläche mit
einem Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie zu einem benetzbaren
Artikel führt,
wie hier definiert. Die Migration des oberflächenaktiven Mittels findet
nur nach einem Ereignis nach der Bildung, das die Migration angeregt,
statt, wie hier nachfolgend beschrieben.
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Die Menge an oberflächenaktivem
Mittel, die im hydrophoben Polymer eingeschlossen ist, kann über einen
breiten Bereich variieren. Zum Beispiel kann das oberflächenaktive
Mittel in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 3 Gewichtsprozent vorliegen,
bezogen auf das hydrophobe Polymer. Als weiteres Beispiel kann das oberflächenaktive
Mittel in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 1 Gewichtsprozent vorliegen,
bezogen auf das hydrophobe Polymer. Als noch anderes Beispiel liegt,
wenn das oberflächenaktive
Mittel ein polyethoxyliertes Alkylphenol ist, das oberflächenaktive
Mittel typischerweise in einer Menge von etwa 0,05 bis etwa 0,4
Gewichtsprozent vor, bezogen auf das hydrophobe Polymer. Trotz der
vorhergehenden Bereiche wird die Verwendung jeder beliebigen Menge
an oberflächenaktivem
Mittel, die zu einer benetzbaren Oberfläche führt, so angesehen, dass sie
in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt, vorausgesetzt, dass (a)
das oberflächenaktive
Mittel, das auf der Oberfläche
vorliegt, nicht wesentlich negativ mit der Beschichtung der Oberfläche mit einem
Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie interferiert, oder
(b) eine Menge des oberflächenaktiven
Mittels im hydrophoben Polymer bleibt, die angeregt werden kann,
an die Oberfläche
zu migrieren, wie hier beschrieben. Wenn die Gegenwart des oberflächenaktiven
Mittels auf der Oberfläche
wesentlich mit der Beschichtung der Oberfläche mit einem Mittel zur Modifikation
der freien Oberflächenenergie
interferiert, kann das Mittel zum Beispiel durch Waschen des Artikels
mit Wasser entfernt werden, bevor ein Beschichtungsvorgang durchgeführt wird.
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Wie oben angeführt wird die Oberfläche des
Artikels mit einem Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie,
das eine freie Oberflächenenergie
aufweist, die größer ist
als jene der Oberfläche
des Artikels aber kleiner als die Oberflächenspannung einer wässrigen
Flüssigkeit,
der der benetzbare beschichtete Artikel ausgesetzt werden kann,
in einer Menge beschichtet, die ausreichend ist, um im Wesentlichen
die Oberfläche des
Artikels zu bedecken. Die Beschichtung kann durch Mittel aufgebracht
werden, die Durchschnittsfachleuten gut bekannt sind, in Abhängigkeit
von der Natur des Modifikationsmittels. Zum Beispiel kann die Oberfläche mit
einem Protein durch eine einfache lokale Behandlung beschichtet
werden, wie z. B. durch Eintauchen, Sprühen, Bürsten, direkten und Offset-Tiefdruck
und Aufrakeln.
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Ein zusätzlicher Schritt umfasst das
Verursachen, dass das oberflächenaktive
Mittel durch ein Ereignis nach der Bildung, das die Migration anregt,
in einer Menge an die Oberfläche
des Artikels migriert, die wirksam ist, um die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
auf einen Wert zu verringern, der größer ist als die freie Oberflächenenergie
der Oberfläche
des Artikels und gleich oder kleiner als die freie Oberflächenenergie
des Mittels zur Modifikation der freien Oberflächenenergie. Ein Beispiel für ein solches
Ereignis nach der Bildung ist die Beschichtung der Oberfläche mit
dem Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie, z. B. einem Protein.
Allerdings ist die Migration des oberflächenaktiven Mittels nach der
Beschichtung der Oberfläche
nicht rasch und kann Tage oder sogar Wochen oder Monate bei Umgebungstemperatur
(d. h. 20°C–25°C) dauern. Die
Migration kann durch Erhitzen des beschichteten Artikels bei einer
Temperatur bis zu der Temperatur beschleunigt werden, bei der entweder
das Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie oder der Artikel zu
degradieren beginnt. Die Zeit, für
die der beschichtete Artikel erhitzt wird, hängt von der Temperatur ab,
wobei die Erhitzungszeit umgekehrt proportional zur Erhitzungstemperatur
ist. Zum Beispiel kann der beschichtete Artikel bei einer Temperatur
von etwa 50°C
bis etwa 100°C
für etwa
30 Minuten bis etwa 10 Stunden erhitzt werden.
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Ein anderes Verfahren der vorliegenden
Erfindung zur Herstellung eines benetzbaren Artikels umfasst das
Bilden eines Artikels durch Schmelzextrusion, wobei der Artikel
eine Oberfläche
aufweist, die aus einem hydrophoben Polymer besteht. Die Oberfläche des
Artikels wird mit einem Mittel zur Modifikation der freien Oberflächenenergie,
das eine freie Oberflächenenergie
aufweist, die größer als
jene der Oberfläche
des Artikels aber kleiner als die Oberflächenspannung einer wässrigen
Flüssigkeit
ist, der der benetzbare Artikels ausgesetzt werden kann, in einer
Menge beschichtet, die ausreichend ist, um im Wesentlichen die Oberfläche des Artikels
zu bedecken. Der beschichtete Artikel wird dann mit einem oberflächenaktiven
Mittel behandelt in einer Menge, die wirksam ist, um die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
auf einen Wert zu verringern, der größer als die freie Oberflächenenergie
der Oberfläche
des Artikels und gleich oder kleiner als die freie Oberflächenenergie
des Mittels zur Modifikation der freien Oberflächenenergie ist.
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Die vorliegende Erfindung wird weiter
durch die folgenden Beispiele beschrieben. Solche Beispiele sollen
allerdings nicht so verstanden werden, dass sie auf irgendeine Weise
den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränken. Das Wasser, das in den
Beispielen verwendet wurde, war destilliertes, entionisiertes Wasser
mit einer unkorrigierten Oberflächenspannung
von 72,5 × 10–5 Newton/cm
(72,5 Dyn/cm), wie mittels eines Fisher Scientific Surface Tensiometers
unter Verwendung eines Platin-Iridium-du-Nouy-Ringes (Fisher Scientific
Company, Pittsburgh, Pennsylvania) bestimmt wurde.
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BEISPIEL 1
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Zwei Arten einer spinngebundenen
Polypropylen-Vliesbahn wurden hergestellt, im Wesentlichen wie in
US-A-3,802,817 an Matsuki beschrieben; jede Bahn wies ein Flächengewicht
von etwa 27 Gramm pro Quadratmeter oder g/m2 (0,8
Unzen pro Quadratyard oder osy) auf. Die erste, die hier als Bahn
A bezeichnet wird, wurde aus Polypropylen hergestellt, das 0,13
Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht von Polypropylen, eines
intern hinzugefügten
oberflächenaktiven
Mittels, Triton® X-102
(Rohm and Haas Co., Philadelphia, Pennsylvania) enthielt. Die zweite,
Bahn B, enthielt kein intern hinzugefügtes oberflächenaktives Mittel, war aber sonst
identisch zu Bahn A. Jede Bahn wurde in Proben mit etwa 18 cm (7
Inch) in Querrichtung (CD) mal etwa 25 cm (10 Inch) in Maschinenrichtung
(MD) (etwa 18 cm CD × 25
cm MD) geschnitten. Proben von jeder Bahn wurden einzeln für 7,5 Minuten
in 500 ml Aliquotteil von 20 mM ph 7 Natriumphosphatpuffer getränkt, der
0,2 mg Rinderfibrinogenquelle (Fraction I, Type IV, 58 Prozent Protein,
Katalog Nr. F4753, Sigma Chemical Company, St. Louis, Missouri),
wie pro ml Puffer zugeführt,
enthielt. Die getränkten
Proben wurden jeweils als 1A1 und 1B1 bezeichnet. Zwei Proben wurden
pro 500 ml Aliquotteil getränkt,
und insgesamt acht Proben wurden hergestellt.
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Eine Probe von jeder Bahn wurde zusätzlich für 10 bis
30 Sekunden in Wasser gespült
und dann durch einen Atlas Laboratory Wringer mit einer Spalteinstellung
von 13,6 kg (30 lb) geführt
(Atlas Electric Devices Company, Chicago, Illinois); die Proben
wurden jeweils als 1A2 und 1B2 bezeichnet. Eine andere Probe von jeder
Bahn wurde nach der Fibrinogentränkung
durch den Spalt geführt,
dann in Wasser gespült
und ein zweites Mal durch den Spalt geführt und jeweils als 1A3 und
1B3 bezeichnet. Die Proben wurden in einer Verdunstungshaube aufgehängt, um über Nacht
zu trocknen. Nach dem Trocknen wurde jede Probe in der Hälfte durchgeschnitten,
und eine Hälfte
wurde für
etwa sieben Stunden in einen Trockenschrank mit 70°C gehängt.
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Die kritische Oberflächenspannung
der Benetzung (CSTW) für
jede Probe vor und nach dem Erhitzen wurde bestimmt durch Anordnen
von 3–6
Tropfen Politest Oberflächenspannungsflüssigkeit
(Pillar Technologies, Hartland, Michigan) auf jeder Bahn. Die Bahn
wurde als benetzbar beurteilt, wenn die Tropfen sich innerhalb von
einer Minute deutlich verteilten oder die Bahn durchdrangen. Die
Oberflächenspannung
der Politest-Flüssigkeit,
die die Bahn benetzte, wurde aufgezeichnet. Wenn Wasser das Testfluid
war, wurde der Grad der Benetzbarkeit aufgezeichnet. Die Benetzung
wurde als sofort beurteilt, wenn die Durchdringung aller Tropfen
in weniger als einer Sekunde stattfand. Die Benetzung wurde als
teilweise beurteilt, wenn einige Bereiche der Probe durch Wasser
benetzbar waren und andere Bereiche nicht. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 1 zusammengefasst.
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TABELLE
1
Zusammenfassung der CSTW-Bestimmungen
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Es ist offensichtlich, dass die fibrinogenbeschichteten
Proben, die aus Bahn A hergestellt wurden, die eine kleine Menge
eines oberflächenaktiven
Mittels, Triton® X-102,
enthielt, beim Erhitzen wasserbenetzbar wurden, während die
fibrinogenbeschichteten Proben von Bahn B (denen das oberflächenaktive
Mittel fehlte) beim Erhitzen nicht wasserbenetzbar wurden. Es ist
zu beachten, dass das Fibrinogen, ein Mittel zur Modifikation der
freien Oberflächenenergie,
die freie Oberflächenenergie
der Bahn von jener von Polypropylen (d. h. 36 Dyn/cm oder 36 × 10–5 Newton/cm)
auf 58 Dyn/cm oder 58 × 10–5 Newton/cm
erhöhte.
Das Erhitzen der fibrinogenbeschichteten Bahnen, die ein oberflächenaktives
Mittel enthielten, verursachte, dass das oberflächenaktive Mittel an die Oberfläche der
Bahn migrierte, wodurch die Bahn mit Wasser benetzbar gemacht wurde.
Allerdings migrierte das oberflächenaktive
Mittel in Abwesenheit des Mittels zur Modifikation der freien Oberflächenenergie
nicht in einer ausreichenden Menge an die Oberfläche, um die Bahn wasserbenetzbar
zu machen.
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BEISPIEL 2
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Ein etwa 8 cm × 8 Cm (3 Inch × 3 Inch)
großer
Abschnitt von Probe 1A1 von Beispiel 1 wurde in einem 70°C Trockenschrank
für etwa
7 Stunden erhitzt und als Probe 2A2 bezeichnet. Die Probe wurde
dann in 80 ml destillierten entionisierten Wassers für etwa 25
Stunden getränkt
und als Probe 2A3 bezeichnet. Die Probe wurde wiederum in einem
70°C Trockenschrank
für etwa
7 Stunden erhitzt und als Probe 2A4 bezeichnet. Zwei kleine Bereiche
mit einer Größe von etwa
1 cm2 wurden nach jeder der oben erwähnten Vorgänge von
der Probe entfernt und einer Röntgen-Fotoelektronenspektroskopie
(ESCA) unterzogen. Die ESCA-Daten
wurden von Evans East, Plainsboro, New Jersey, gesammelt. Eine Probe
der ursprünglichen
Bahn A (in Beispiel 1 beschrieben) wurde ebenfalls durch ESCA charakterisiert
und diente als Kontrollprobe. Die Benetzbarkeit von Probe 1A1 vor
und nach jedem Vorgang (d. h. Erhitzen oder Tränken) wurde bewertet, wie in
Beispiel 1 beschrieben. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
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TABELLE
2
Zusammenfassung von CSTW- und ESCA-Bestimmungen
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Bahn A, wie bereits von Beispiel
1 bekannt, wurde aus Polypropylen hergestellt, das eine geringe
Menge eines oberflächenaktiven
Mittels enthielt. Das Beschichten der Bahn mit Fibrinogen (Probe
1A1) führte
zu einer Bahn mit einer höheren
freien Oberflächenenergie,
obwohl die Bahn immer noch nicht mit Wasser benetzbar war. Probe
2A2, die durch Erhitzen von Probe 1A1 erzielt wurde, war sofort
wasserbenetzbar. Die Wasserbenetzbarkeit ging allerdings beim Tränken der
Probe verloren (Probe 2A3). Erhitzen von Probe 2A3, um Probe 2A4
zu erhalten, führte
zu teilweiser Benetzbarkeit.
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Es ist offensichtlich, dass der Schritt
des Tränkens
die Fibrinogenbeschichtung nicht von der Bahn entfernte; man vergleiche
die CSTW-Ergebnisse für
Probe 1A1 und 2A3, bei denen jeweils CSTW-Werte von 58 und 60 erzielt
werden. Diese Schlussfolgerung wird auch von den ESCA-Daten bekräftigt, bei
denen die N/C-Verhältnisse
für die
zwei Proben dieselben waren. Die N/C-Verhältnisse geben auch einen Hinweis
auf die Migration des oberflächenaktiven
Mittels an die Oberfläche
nach dem ersten Erhitzungsschritt (die Änderung von 0,17 auf 0,11 jeweils
für Probe
1A1 und 2A2 lässt
darauf schließen,
dass das oberflächenaktive
Mittel mit der Fibrinogenbeschichtung in Zusammenhang steht), auf
die Entfernung des Mittels durch den Schritt des Tränkens (die Änderung
von 0,11 auf 0,17 jeweils für
Probe 2A2 und 2A3) und auf die Migration einer zusätzlichen
aber kleineren Menge an oberflächenaktivem
Mittel nach dem zweiten Erhitzungsschritt (die Änderung von 0,17 auf 0,14 jeweils
für Probe
2A3 und 2A4).
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BEISPIEL 3
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Der Vorgang von Beispiel 2 wurde
wiederholt mit der Ausnahme, dass Probe 1A1 von Beispiel 1 durch Probe
1A3 von Beispiel 1 ersetzt wurde (Probe 1A3 war eine Vliesbahn,
die aus Polypropylen hergestellt wurde, das ein intern hinzugefügtes oberflächenaktives
Mittel enthielt, die mit einer wässrigen
Fibrinogenlösung behandelt
wurde, durch den Spalt geführt,
in Wasser gespült
und erneut durch den Spalt geführt
wurde). Die Probe wurde in einem 70°C Trockenschrank für etwa 7
Stunden erhitzt, in 80 ml destilliertem, entionisiertem Wasser (als
3/1A3/h bezeichnet) für
etwa 25 Stunden getränkt,
luftgetrocknet, in einem 70°C
Trockenschrank für
weitere 7 Stunden erneut erhitzt und ein letztes Mal in einem frischen
80 ml Aliquotteil von destilliertem, entionisiertem Wasser (als
3/1A3/hsh bezeichnet) für
24 Stunden getränkt.
Die Oberflächenspannung
des Tränkwassers
wurde vor und nach dem Tränken
des Stoffes mittels eines Fisher Scientific Tensiometers 20 unter
Verwendung eines Platin-Iridium-du-Nouy-Ringes (Fisher Scientific Company,
Pittsburgh, Pennsylvania) gemessen.
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Eine Probe von Bahn A (in Beispiel
1 beschrieben) wurde ebenfalls bei 70°C für 7 Stunden erhitzt und dann
für etwa
25 Stunden in Wasser getränkt
(als Bahn A/h bezeichnet), um eine Kontrollprobe bereitzustellen. Da
Bahn A nicht mit Wasser benetzbar war, wurde es mit einem Gewicht (Stahlmutter)
unter die Oberfläche des
Wassers getaucht. Die Oberflächenspannung
des Tränkwassers
wurde vor und nach dem Tränken
der Bahn unter Anwesenheit des Gewichtes bestimmt.
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Die Daten sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
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TABELLE
3
Zusammenfassung der Oberflächenspannungsdaten
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Die Abnahme der Oberflächenspannung
des Tränkwassers,
nachdem Probe 1A3 und Bahn A erhitzt und getränkt wurden, zeigt, dass oberflächenaktives
Mittel auf der Oberfläche
der Probe oder Bahn vorhanden war und sich während des Tränkvorganges
im Tränkwasser
auflöste;
siehe jeweils die Ergebnisse für
Tränkwasser
3/1A3/h und Tränkwasser
Bahn A/h. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fibrinogenbeschichtung
auf Probe 1A3 zur erhöhten
Migration des oberflächenaktiven
Mittels an die Oberfläche
der Probe im Vergleich zu Bahn A beitrug. Außerdem lassen die Oberflächenspannungsdaten
für das
erste und zweite Tränken
für Probe 1A3
vermuten, dass nach dem zweiten Erhitzen weniger oberflächenaktives
Mittel an der Oberfläche
der Bahn zur Verfügung
ist. Das stimmt mit der Abnahme der Wasserbenetzbarkeit überein,
die nach dem zweiten Mal Tränken
und nachfolgenden Erhitzen von Probe 1A1 festgestellt wurde, wie
in Beispiel 2 gezeigt (siehe die Ergebnisse für Probe 2A2 und 2A4).
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BEISPIEL 4
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Der Vorgang von Beispiel 1 wurde
wiederholt, um fibrinogenbeschichtete Proben von Bahn A und B herzustellen.
Bahn A wurde aus Polypropylen hergestellt, das 0,13 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gewicht des Polypropylen, intern hinzugefügtes oberflächenaktives
Mittel Triton® X-102
enthielt. Bahn B enthielt kein intern hinzugefügtes oberflächenaktives Mittel, war aber
sonst identisch zu Bahn A. Jede Bahn wurde im Wesentlichen so hergestellt,
wie in US-A-3,802,817 an Matsuki beschrieben, und jede Bahn wies
ein Flächengewicht
von etwa 27 g/m2 (0,8 osy) auf. Jede Bahn
wurde in Proben von etwa 18 cm CD × 25 cm MD (7 Inch CD mal 10
Inch MD) geschnitten. Proben von jeder Bahn wurden einzeln für 5 Minuten
in 500 ml Aliquotteile von 20 mM ph 7 Natriumphosphatpuffer getränkt, der
0,2 mg Rinderfibrinogenquelle (Fraction I, Type IV, 58 Prozent Protein,
Katalog Nr. F4753, Sigma Chemical Company, St. Louis, Missouri)
pro ml Puffer enthielt. Die getränkten
Proben wurden jeweils als 4A1 und 4B1 bezeichnet. Jede Probe wurde
in einer Verdunstungshaube luftgetrocknet. Die Proben wurden bei
Umgebungstemperatur gelagert (gealtert), und die kritische Oberflächenspannung
der Benetzung (CSTW) für
jede der Proben 4A1 und 4B1 wurde über diese Zeit gemessen. Bahn
A wurde als Kontrollprobe eingeschlossen. Die Ergebnisse sind in
Tabelle 4 bis einschließlich
6 zusammengefasst.
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TABELLE
4
Auswirkung des Alterns auf Probe 4A1
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TABELLE
5
Auswirkung des Alterns auf Probe 4B1
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TABELLE
6
Auswirkung des Alterns auf Bahn A
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Dieses Beispiel zeigt, dass Altern
das selbe Ergebnis bringt wie Erhitzen, wenn auch viel langsamer; das
heißt,
dass Altern zu einer langsamen Migration von oberflächenaktivem
Mittel an die Oberfläche
der Probe führt.
Zu beachten ist der Anstieg der freien Oberflächenenergie für Probe
4A1 mit der Zeit und die damit verbundene Verbesserung der Wasserbenetzbarkeit.
Die Migration von oberflächenaktivem
Mittel fand in Abwesenheit der Fibrinogenbeschichtung nicht in einem
nennenswerten Ausmaß statt
(vergleiche Tabelle 6 mit Tabelle 4). Schließlich zeigen die Daten von
Tabelle 5, dass die Fibrinogenbeschichtung alleine nicht altert,
um eine benetzbare Oberfläche
herzustellen.
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BEISPIEL 5
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Der Vorgang von Beispiel 1 wurde
wiederholt mit der Ausnahme, dass eine Zahl von verschiedenen Proteinen,
einschließlich
Fibrinogen, verwendet wurde, und die Proben in einer Verdunstungshaube
luftgetrocknet wurde, nachdem sie beschichtet worden waren. Die
Tränkzeit
bei der Fibrinogenlösung
blieb bei 7,5 Minuten, während
für alle
anderen Proteinlösungen
eine Tränkzeit
von 60 Minuten angewendet wurde. Die anderen Proteine, die in diesem Beispiel
eingeschlossen sind, waren Rinderserumalbumin (BSA), Katalog Nr. A3350; β-Kasein,
Katalog Nr. C6905; Lysozym, Katalog Nr. L6876; Kaseinsäurehydrolysate,
Katalog Nr. C9386, alle von Sigma Chemical Company; und Hämoglobin,
Katalog Nr. 100714 von ICN Biomedicals, Inc., Irvine, California.
Die meisten der beschichteten Proben wurde in einem 70°C Trockenschrank
für 7 Stunden erhitzt.
Die kritische Oberflächenspannung
der Benetzung (CSTW) für
jede Probe vor und nach dem Erhitzen wurde bestimmt, wie in Beispiel
1 beschrieben. Die Daten sind in Tabelle 7 zusammengefasst; die
Proteinkonzentrationen, die in der Tabelle aufgelistet sind, sind
die Mengen an Proteinquelle, wie sie pro ml Puffer zugeführt wurden.
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TABELLE
7
Zusammenfassung der CSTW-Bestimmungen
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Alle Proteinbeschichtungen auf Bahn
A mit Ausnahme von β-Kasein und Kaseinhydrolysaten
wurden nach dem Erhitzen der beschichteten Bahn mehr wasserbenetzbar,
Die Fibrinogen- und
Hämoglobinbeschichtungen
stellten den deutlichsten Anstieg in der Hydrophilität der Bahn
bereit.
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BEISPIEL 6
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Triton® X-102
wurde lokal auf Bahn A und B aufgebracht jeweils als Teil der Behandlung
und nachfolgend zur Behandlung der Bahnen mit einer Fibrinogenlösung, wie
in Beispiel 1 beschrieben. Drei verschiedene 0,2 mg/ml Fibrinogenlösungen wurden
mit 20 mM ph 7 Natriumphosphatpuffer hergestellt. Die erste (Lösung C)
enthielt nur Fibrinogen, die zweite (Lösung D) enthielt auch 0,04
Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Pufferlösung, Triton® X-102,
und die dritte (Lösung
E) enthielt auch 0,10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der
Pufferlösung,
Triton® X-102.
Proben von Bahn A und B wurden in jeder Lösung getränkt, wie in Beispiel 1 beschrieben,
ohne Spülen
durch den Spalt geführt
und in einer Verdunstungshaube luftgetrocknet. Zusätzlich wurden
Proben von Bahn A und B und Proben der fibrinogenbeschichteten Bahnen
A und B für
1 Minute in Wasser getränkt,
das 0,12 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Wassers, Triton® X-102 (Lösung F)
enthielt, durch den Spalt geführt
und in einer Verdunstungshaube luftgetrocknet. Die kritische Oberflächenspannung
der Benetzung (CSTW) für
jede Probe wurde bestimmt, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Daten
sind in Tabelle 8 zusammengefasst.
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TABELLE
8
Zusammenfassung der CSTW-Bestimmungen
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Die Verwendung von Fibrinogen und
oberflächenaktivem
Mittel in derselben Lösung
(Lösung
D und E) stellt keine Bahnen mit gleichmäßiger Wasserbenetzbarkeit bereit.
ESCA-Bestimmungen
(nicht gezeigt) zeigten die Abwesenheit von Stickstoff auf der Oberfläche der
Bahnen, was darauf schließen
lässt,
dass die Fasern der Bahnen nicht wirksam mit Fibrinogen beschichtet
waren. Die Behandlung der Bahnen mit oberflächenaktivem Mittel, nachdem
die Bahnen mit Protein beschichtet worden waren (Lösung C gefolgt
von Lösung
F) ergaben Bahnen mit rascher, d. h. sofortiger Benetzbarkeit ähnlich jener,
die nach dem Erhitzen oder Altern von proteinbeschichteten Bahnen
vorzufinden war, die aus Polypropylen hergestellt waren, das ein
oberflächenaktives
Mittel als Schmelzzusatzstoff enthielt. Daher kommt Wasserbenetzbarkeit
von einer proteinbeschichteten Oberfläche, auf der eine kleine Menge
an oberflächenaktivem
Mittel vorhanden ist. Es ist deutlich, dass die Beschichtung entweder
von Bahn A oder Bahn B mit Fibrinogen, gefolgt von der Behandlung
mit oberflächenaktivem
Mittel, Bahnen ergab, die bessere Benetzbarkeitseigenschaften (eine
raschere Benetzung) aufwiesen als Bahn A und B, die mit oberflächenaktivem
Mittel alleine behandelt worden waren.
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wie bereits zuvor erwähnt ist
die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsdurchtritts
oder die Strecke, um die sich ein Fluid zwischen Fasern bewegt,
pro Zeiteinheit, wenn es durch ein poröses Substrat tritt (es benetzt), direkt
proportional zur Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
und dem Kosinus des Kontaktwinkels der Flüssigkeit auf der Oberfläche eines
porösen
Substrates. Da die Proteinbeschichtung die freie Oberflächenenergie der
Bahn deutlich erhöhte
(auf etwa 58 Dyn/cm oder etwa 58 × 10–5 Newton/cm),
musste die Oberflächenspannung
der wässrigen
Flüssigkeit
nur um eine geringe Menge verringert werden, um zur Benetzbarkeit
zu führen. Allerdings
muss die Behandlung mit oberflächenaktivem
Mittel alleine die Oberflächenspannung
des Wassers auf weniger als die freie Oberflächenenergie der Polypropylenoberfläche verringern
(36 Dyn/cm oder 36 × 10–5 Newton/cm),
um benetzbar zu sein, und daher gibt es weniger Durchtrittskraft
oder -bewegung der Flüssigkeit pro
Zeiteinheit als bei den Bahnen der vorliegenden Erfindung.
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Obwohl die Beschreibung genau mit
Bezug auf bestimmte Ausführungsformen
davon beschrieben worden ist, versteht es sich von selbst, dass
Fachleute nach Erwerb eines Verständnisses des vorhergehenden
sich leicht Abänderungen,
Variationen und Äquivalente
zu diesen Ausführungsformen
vorstellen können. Dementsprechend
sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung als jener der beigefügten Ansprüche angenommen
werden.
