DE69713406T2

DE69713406T2 - Verfahren zur herstellung einer absorbierenden struktur mit erhöhter festigkeit

Info

Publication number: DE69713406T2
Application number: DE69713406T
Authority: DE
Inventors: Kent Vartiainen
Original assignee: SCA Hygiene Products AB
Current assignee: Essity Hygiene and Health AB
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2017-11-13
Also published as: SE9604123D0; AU5075298A; SE514310C2; TW384218B; SE9604123L; JP2001505260A; US6410819B1; WO1998020821A1; DE69713406D1; EP1018997B1; EP1018997A1; ZA9710162B; CO4870750A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer luftgelegten Absorptionsstruktur, die wasseranziehende Fasern und Teilchen von Superabsorptionsmaterial aufweist. Derartige Absorptionsstrukturen werden in Hygieneartikeln, wie z. B. Windeln, Inkontinenzschutzeinrichtungen, Hygienebinden und ähnlichen Artikeln verwendet.

BESCHREIBUNG DES TECHNISCHEN HINTERGRUNDES

Eine Absorptionsstruktur in einem Hygieneartikel der genannten Art, der für die lediglich einmalige Verwendung beabsichtigt ist, besteht typischerweise aus einer oder mehreren Schichten von wasseranziehenden Fasern üblicherweise Zellulose-Fluffpulpe. Die Struktur wird oftmals sogenannte Superabsorbentien aufweisen, welche Polymere sind, die ein Vielfaches ihres Eigengewichtes an Wasser oder Körperflüssigkeit absorbieren können. Eine derartige Absorptionsstruktur ist nachgiebig und bequem zu tragen und weist ferner eine hohe Absorptionskapazität auf.
Ein Nachteil dieser bekannten Absorptionsstrukturen sind ihre vergleichsweise geringen Festigkeitseigenschaften, insbesondere Zugfestigkeit, was manchmal Probleme bei den verschiedenen Herstellungsschritten des fraglichen Hygieneartikels und ebenso während der Verwendung des Artikels verursachen kann. Verschiedene Versuche wurden gemacht, um die Festigkeit und den strukturellen Zusammenhalt derartiger Absorptionsstrukturen zu verbessern, unter anderem durch Zumischen von synthetischen Thermoplastfasern mit einem nachfolgenden Erwärmen der Absorptionsstruktur; vergleiche beispielsweise die US 4,590,114. Die thermoplastischen Fasern werden dadurch geschmolzen und tragen zu einer kohärenteren Struktur bei, welche verbesserte Festigkeitseigenschaften aufweist. Der Nachteil dieser Lösung ist der relativ hohe Preis der thermoplastischen Fasern und der nachteilige Einfluss, den das sogenannte Thermobonding auf die Absorptionseigenschaften hat.
Ein Verfahren zur Herstellung einer nassgelegten Absorptionsstrukturs für vergleichsweise hohe Zugfestigkeit ist beispielsweise in der US 4,551,142 offenbart. Dieses Verfahren bringt das Schaffen einer wässrigen Disposition von Zellulosefaser und Superabsorptionsteilchen, das Ausbilden dieser Dispersion in ein nassgelegtes Blatt, das dann entwässert, getrocknet und zu der gewünschten Dichte komprimiert wird, mit sich. Das Verfahren und das in diesem Vorgang erforderliche Instrumentarium sind vollständig unterschiedlich zu demjenigen, die üblicherweise bei dem Luftlegeverfahren angewendet werden, bei dem Zellulosepulpe in Ballen- oder Blattform trocken geschreddert wird, um sogenannte Fluffpulpe auszubilden, und luftgelegt wird, um eine Pulpenmatte zusammen mit Superabsorptionsteilchen auszubilden.
Die US 516,569 offenbart, dass ein Absorptionverbund mit 40 bis 85% Superabsorptionsteilchen zu einem Feuchtigkeitsgehalt von zwischen 15 und 30% genässt wird, um die Superabsorptionsteilchen in dem Verbund zu binden.

AUFGABEN UND WICHTIGSTE MERKMALE DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Absorptionsstruktur zu schaffen, die gemäß einem Luftlegeverfahren ausgebildet wird und erheblich verbesserte Festigkeitseigenschaften aufweist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch Befeuchten der luftgelegten Struktur zu einem Feuchtigkeitsgehalt von wenigstens 15%, vorzugsweise wenigstens 20%, und insbesondere wenigstens 35%, berechnet anhand des Gesamtgewichts der Struktur, und nachfolgendes Trocknen der Struktur zu einem Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 12%, vorzugsweise höchstens 10%, wobei die Struktur 3-35% Superabsorptionsteilchen aufweist, berechnet anhand des Gesamtgewichts der Struktur vor dem Befeuchten gelöst.
Die Erfindung betrifft ferner einen Absorptionsartikel nach Anspruch 10, wie beispielsweise eine Windel, einen Inkontinenzschutz, eine Hygienebinde oder einen ähnlichen Artikel mit einer Absorptionsstruktur, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung erhalten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Absorptionsstruktur wenigstens 5% Superabsorptionsteilchen, berechnet anhand des Gesamtgewichts der Struktur vor dem Befeuchten.
Wenn die Absorptionsstruktur zu einem hohen Feuchtigkeitsanteil befeuchtet oder benässt wird, kann Wasser von der Struktur vor dem Trocknen derselben gedrückt werden.
Die Struktur wird vorzugsweise mit destilliertem Wasser oderdeionisiertem Wasser befeuchtet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist mittels der Tatsache, dass es lediglich erforderlich ist, bestimmte Teile der Struktur zu befeuchten oder zu nässen, um eine bessere Festigkeit zu erhalten, flexibel. Beispielsweise kann die Struktur in einem geeigneten Befeuchtungsmuster, z. B. in einem Streifenmuster oder einem Netzmuster befeuchtet werden. In dem Fall von Profilstrukturen, in dem unterschiedliche Teile der Struktur zueinander unterschiedliche Flächengewichte aufweisen, kann es geeignet sein, nur diejenigen Teile zu befeuchten, die das niedrigste Flächengewicht aufweisen, und dadurch die niedrigste Festigkeit.
Somit sind in einer Ausführungsform nur bestimmte Teile der Struktur befeuchtet. Vorzugsweise wird die Struktur in einem derartigen Muster oder innerhalb derartiger Teile der Struktur befeuchtet, das die Gesamtzugfestigkeit der Struktur verbessert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer Fluffpulpenstruktur, die Superabsorptionsteilchen aufweist.
Fig. 2 ist eine entsprechende Aufnahme einer entsprechenden Struktur, die gemäß der Erfindung behandelt wurde.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Absorptionsstruktur wird durch ein herkömmliches Luftlegeverfahren ausgebildet, vergleiche beispielsweise die EP 0 122 042, gemäß welcher Zellulosepulpe trocken zur Zellulosefluffpulpe geschreddert wird, und eine Mischung dieser Pulpe und von Superabsorptionsteilchen zur Ausbildung einer Bahn luftgelegt wird, oder in Formen an einem sogenannten Mattenausbildungsrad zur Ausbildung der Absorptionsstruktur luftgelegt wird. Die Superabsorptionsteilchen können alternativ als eine Schicht zwischen Pulpenschichten angewendet werden, anstelle dessen, dass sie den Pulpenfasern zugemischt werden. Es ist ferner möglich, zwei oder mehr Schichten aufeinander auszubilden. Diese Schichten können zueinander unterschiedliche Teile von Superabsorbentien, unterschiedliche Arten von Pulpenfasern und/oder Absorbentien derart aufweisen, dass der Absorptionsstruktur gewünschte Eigenschaften erteilt werden, wie z. B. Flüssigkeiterfassungs-, Flüssigkeitsverteilungs- und Flüssigkeitsunterbringungseigenschaften. Die Gestaltung derartiger Absorptionsstrukturen ist in der Technik wohlbekannt und wird deshalb in diesem Zusammenhang nicht im einzelnen beschrieben.
Die Zellulosefasern können aus chemischer Pulpe, mechanischer Pulpe, thermomechanischer oder chemithermomechanisher Pulpe (CTMP) bestehen. Fasern von chemisch querverbundener Zellulose können ebenso verwendet werden. Andere Arten von wasseranziehenden Fasern sind regenerierte Zellulose (Viskose), Polyester und wasserabweisende Fasern, die mit einem Wasseranziehungsmittel behandelt wurden.
Verschiedene unterschiedliche Arten von Superabsorbentien können verwendet werden. ein gemeinsames Merkmal dieser Superabsorbentien ist, dass es sich um Polymere handelt, die in der Lage sind, Wasser oder Körperflüssigkeit in Mengen zu absorbieren und zu binden, die einem Vielfachen ihres Eigengewichtes entsprechen. Beispiels von Polymeren, die zu diesem Zweck verwendet werden, sind Polyacrylate, Alginate, Polysaccharide, wie z. B. Zellulosederivative, Stärkederivative usw., sowie Copolymere und Graftpolymere davon.
Die Superabsorptionsteilchen sind in einer Menge vorhanden, die wenigstens 3%, berechnet anhand des Gesamtgewichts der Struktur vor dem Befeuchten, entspricht, vorzugsweise wenigstens 5%, und höchstens 35% Superabsorptionsteilchen sind in der Struktur enthalten.
Die luftgelegte Absorptionsstruktur wird mit Wasser in dem befeuchteten Bereich zu einem Feuchtigkeitsgehalt von wenigstens 15%, vorzugsweise wenigstens 20% und insbesondre wenigstens 35%, berechnet anhand des Gesamtgewichts der Struktur befeuchtet. Der Begriff Befeuchten, wie er in diesem Zusammenhang verwendet wird, umfasst das Nässen der Struktur mit Wasser zu der Sättigungskonzentration in den benässten Bereichen. Das verwendete Wasser wird vorzugsweise destilliertes Wasser oder deonisiertes Wasser sein, das den wenigsten möglichen Einfluss auf die Absorptionsfähigkeit der Superabsorbentien nach dem Befeuchten und Trocknen der Struktur hat.
Die gesamte Struktur kann befeuchtet werden, oder nur Teile der Struktur. Beispielweise kann die Struktur in sich in Längsrichtung erstreckenden und sich in Querrichtung erstreckenden Streifen, in einem Netzmuster oder in einem anderen Muster befeuchtet werden, das in diesem Zusammenhang als geeignet angesehen wird. In dem Fall von Absorptionsstrukturen, die eine profilierte Erscheinung aufweisen, in der unterschiedliche Teile der Struktur unterschiedliche Flächengewichte, aufweisen, kann es geeignet sein, nur diejenigen Teile zu befeuchten, die das niedrigste Flächengewicht aufweisen und deshalb die schwächsten sind.
Die Struktur wird nachfolgend auf irgendeine geeignete Art und Weise zu einem Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 12%, vorzugsweise höchstens 10%, berechnet anhand des Gesamtgewichts der Struktur, getrocknet. Ein Teil der Flüssigkeit kann mechanisch von der Struktur vor dem Trocknen der Struktur gepresst werden. Dies kann geeignet sein, wenn eine übermäßige Menge von Flüssigkeit verwendet wurde, um die Struktur zu befeuchten. Die Absorptionsstruktur bleibt vorzugsweise über eine Zeitdauer von wenigstens einer Minute feucht. Dies dient dazu, den Superabsorptionsteilchen zu ermöglichen, Flüssigkeit zu absorbieren und anzuschwellen. Ein Anschwellen der Superabsorptionsteilchen führt zu einer gewissen Adhäsion zwischen den Superabsorbentien und den Pulpefasern, und es kann gesagt werden, dass die geschwollenen Superabsorbentien als ein Binder in der Faserstruktur wirken, der die Festigkeit der Struktur erhöht. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, verbleiben die Superabsorptionskörner nicht bei ihrer ursprünglichen Teilchenform nach der Behandlung, sondern anstelle dessen "kriechen" sie entlang und zwischen den Fasern.
Nachdem sie getrocknet wurde, kann die Struktur zu der gewünschten Dichte komprimiert werden, vorzugsweise zwischen 0,06 und 0,3 g/cm³. Die Zugfestigkeit der so erzeugten Absorptionsstruktur ist wesentlich höher als die Zugfestigkeit einer entsprechenden Struktur, die nicht der Befeuchtungsbehandlung unterworfen wurde.
Die Absorptionsstruktur kann als ein Absorptionskörper in einen Absorptionsartikel, wie z. B. eine Windel, ein Inkontinenzschutz, eine Hygienebinde oder einen ähnlichen Artikel eingearbeitet werden. Die Absorptionsstruktur ist hierbei typischerweise zwischen einer flüssigkeitsdurchlässigen Oberlage, die in geeigneter Weise ein Vliesmaterial oder eine perforierte Plastikfolie aufweist, und einer flüssigkeitsundurchlässigen Rücklage eingeschlossen, die üblicherweise aus Plastikfolie, beispielsweise Polyethylenfolie besteht. In bestimmten Fällen kann ein Flüssigkeitserfassungsmaterial in der Form einer porösen Wattierung oder eines Vliesmaterials zwischen dem Oberlagenmaterial und dem Absorptionskörper angeordnet sein. Der Absorptionsartikel kann ferner mit elastischen Vorrichtungen versehen sein, welche den Artikel formen und ihn an den Körper des Benutzers anpassen.
Mit der Absicht, zu ermitteln, wie eine derartige Befeuchtungsbehandlung die Eigenschaften der Absorptionsstruktur beeinflusst, wurden Tests an den folgenden Pulpen/ Superabsorptionsmischungen durchgeführt:
A) STORA CTMP+ 7% Superabsorbent IM 7100 von Hoechst
B) Korsnäs Vigorfluff A (chemische Pulpe) + 30% Superabsorbent IM 7100
C) Weyerhaeuser NB 416 (chemische Pulpe) + 30% Superabsorbent IM 7100
D) chemische Pulpe (200 g/m²) + 60% Superabsorbent IM 7100
Musterkörper mit den Abmessungen 50 · 100 mm und mit einer Mischung von Pulpefasern und Superabsorptionsteilchen wurden ausgestanzt. Die Muster wurden zu einem Volumenwert von 6 cm³/g (Dichte 0,17 g/cm³) komprimiert und nachfolgend für 24 Stunden behandelt. Die Zugfestigkeit der Muster wurde in einem Instron-Gerät gemessen. Die Musterkörper wurden dann mit deionisiertem Wasser befeuchtet, im wesentlichen bis zur Sättigung und nachfolgend bei 50ºC über 10-14 Stunden getrocknet. Die Muster wurden behandelt, und das Volumengewicht passte sich auf 6 cm³/g (Dichte 0,17 g/cm³) an. Die Zugfestigkeit der Muster wurde auf die gleiche Weise wie oben beschrieben gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen angegeben. TABELLE 1 Zugfestigkeit der Muster nach und vor der Behandlung
Die Messwerte bilden Durchschnittswerte von sieben Messvorgängen
Es ist zu erkennen, dass die Zugfestigkeit vielfältig als Ergebnis der Behandlung vergrößert wurde.
Wenn die chemische Pulpe einen sehr geringen Anteil von Superabsorptionsteilchen wie bei Beispiel D aufweist, ist die Zugfestigkeit niedrig. Die Zugfestigkeit erhöht sich mit der Behandlung. Jedoch ist die Zugfestigkeit immer noch niedrig, verglichen mit der Festigkeit der anderen behandelten chemischen Pulpen, die nur 30% Superabsorbent enthielten.
Mit der Absicht, zu ermitteln, wie die Absorptionseigenschaften durch die Behandlung beeinflusst wurden, wurden Messungen bezüglich der Absorptionsfähigkeit und dem Verteilungsabstand durchgeführt. Die Messungen wurden gemäß den folgenden Verfahren durchgeführt:
Die Muster wurden in dem Testgerät mit einem Teil horizontal und einem Teil um 60% geneigt angeordnet, und es wurde zugelassen, dass Flüssigkeit gemäß dem Selbstsaugprinzip von einer "unendlichen" Quelle absorbiert wurde. Nach einer gegebenen Zeitdauer (der Absorptionszeit) wurde das Ausmaß, zu dem Flüssigkeit verteilt wurde, bestimmt (der Verteilungsabstand). Die Menge von Flüssigkeit, die absorbiert wurde (die Absorption) wurde ebenso mit Hilfe von Waagen gemessen.
Das Muster wurde dann in Flüssigkeit angeordnet und es wurde zugelassen, dass es frei absorbiert, woraufhin das Muster auf einem Gitter angeordnet wurde, und mit einem Gewicht von 7,0 kg für eine Zeitdauer von 5 Minuten belastet wurde. Das Muster wurde gemessen, um die freie Absorption unter Belastung zu liefern. Die Messwerte, die so erhalten wurden, können dann verwendet werden, um eine Messung des Musterverwendungspotentials (das Verwendungsausmaß) gemäß der folgenden Formel zu berechnen:
Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben. TABELLE 2 Absorptionseigenschaften vor und nach der Behandlung
Die Messwerte bilden die durchschnittliche Messung von drei Messvorgängen
Es ist von diesen Messungen ersichtlich, dass sich der Verteilungsabstand nach der Behandlung vergrößerte, was auch zu einem höheren Ausmaß der Verwendung führt. Andererseits wurde eine etwas geringere freie Absorption nach dem Belasten des Musters erhalten, das, so wird angenommen, infolgedessen ist, das die Fähigkeit der Superabsorbentien, Flüssigkeit aufzunehmen, nach der Behandlung verschlechtert wurde. Dies wird jedoch durch den verbesserten Verteilungsabstand kompensiert, und somit betrug die Absorption in etwa die gleiche vor und nach der Behandlung.
Wenn die Pulpe einen hohen Anteil an Superabsorbentien aufweist, etwa oberhalb von 50%, wird sich der Verteilungsabstand nicht so stark vergrößern, wie für diejenigen Pulpen, die einen niedrigeren Anteil von Superabsorbentien aufweisen. Darüber hinaus wird sich das Verwendungspotential nicht so stark vergrößern. Dies wird durch Beispiel D gezeigt, bei dem sowohl der Verteilungsabstand als auch das Verwendungspotential im wesentlichen durch die Behandlung unverändert bleiben.
Somit wird ein Superabsorbentiumsgehalt von höchstens 35% gemäß der Erfindung bevorzugt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Absorptionsstruktur, die wasseranziehende Fasern und Teilchen von Superabsorptionsmaterial aufweist, wobei das Verfahren das Ausbilden einer luftgelegten Struktur von Fasern und Superabsorptionsteilchen aufweist, gekennzeichnet durch Befeuchten wenigstens eines Teiles der luftgelegten Struktur zu einem Feuchtigkeitsgehalt in dem befeuchteten Bereich von wenigstens 15%, berechnet anhand des Gesamtgewichts der Struktur innerhalb des befeuchteten Bereiches, und nachfolgendes Trocknen der Struktur zu einem Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 12%, wobei die Struktur 3-35% Superabsorptionsteilchen, berechnet anhand des Gesamtgewichts der Struktur vor dem Befeuchten, aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsstruktur wenigstens 5% Superabsorptionsteilchen, berechnet anhand des Gesamtgewichts der Struktur vor dem Befeuchten, enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Befeuchten zu einem Feuchtigkeitsgehalt in dem befeuchteten Bereich von wenigstens 20%, berechnet anhand des Gesamtgewichts der Struktur innerhalb des befeuchteten Bereichs.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Befeuchten zu einem Feuchtigkeitsgehalt in dem befeuchteten Bereich von wenigstens 35%, berechnet anhand des Gesamtgewichts der Struktur innerhalb des befeuchteten Bereichs.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Trocknen der Struktur zu einem Feuchtigkeitsgehalt von höchstens 10%.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Befeuchten der Struktur mit destilliertem oder deionisiertem Wasser.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Pressen von Wasser von der befeuchteten Struktur vor dem Trocknen der Struktur.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Befeuchten nur bestimmter Teile der Struktur.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Befeuchten der Struktur in einem derartigen Muster oder innerhalb derartiger Teile der Struktur, dass die Gesamtzugfestigkeit der Struktur verbessert wird.

10. Absorptionsartikel, wie z. B. Windel, Inkontinenzschutz, Hygienebinde oder ähnlicher Artikel, dadurch gekennzeichnet, dass der Artikel eine Absorptionsstruktur aufweist, die durch das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 erhalten wird.