-
Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung bezieht sich auf Vliesstoffe und auf Verfahren zur Herstellung
von Vliesstoffen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf aus
Hohlfäden
gebildete Vliesstoffe, die für
Hygieneanwendungen sowie medizinische und industrielle Anwendungen
nützlich
sind.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Vliesstoffe
sind weit verbreitet als Komponenten von Laminaten aus Vliesstoff
für viele
verschiedene spezielle Endverwendungszwecke. Laminate aus Vliesstoff
können
für Hygieneanwendungen,
wie z. B. Einwegwindeln, Hygieneprodukte für Frauen, Inkontinenzeinlagen
und dergleichen, für
medizinische Anwendungen, wie z. B. einmal zu verwendende medizinische
Bekleidung und dergleichen, verwendet werden.
-
Einmal
zu verwendende Hygieneprodukte, wie z. B. Einwegwindeln, umfassen
zum Beispiel typischerweise eine flüssigkeitsundurchlässige äußere Abdeckung,
eine saugfähige
Schicht und eine innere Schicht, die mit der Haut des Trägers in
Berührung
kommt. Die Auskleidungsschicht kann ein flüssigkeitsdurchlässiger poröser Vliesstoff
sein, wie z. B. ein Krempelvlies oder ein Spinnvlies, und die äußere Deckschicht
kann ein Spinn- oder Krempelvlies umfassen, das so behandelt ist,
daß ihm
Barriereeigenschaften verliehen werden, beispielsweise durch Aufkaschieren
des Stoffes auf einen Polyolefinfilm.
-
Einmal
zu verwendende Hygieneprodukte, wie z. B. Einwegwindeln, umfassen
zum Beispiel normalerweise eine flüssigkeitsundurchlässige äußere Abdeckung,
eine saugfähige
Schicht und eine innere Schicht, die mit der Haut des Trägers in
Berüh rung
kommt. Eine beispielhafte Windelkonstruktion wird in dem
US-Patent Nr. 4,699,619 , übertragen
auf Kimberly Clark Corporation, beschrieben. Die Innenschicht kann
ein flüssigkeitsdurchlässiger poröser Vliesstoff
sein, wie z. B. ein Krempelvlies oder ein Spinnvlies, und die äußere Deckschicht
kann einen Spinn- oder Krempelvliesstoff umfassen, der so behandelt
ist, daß ihm
Barriereeigenschaften verliehen werden, beispielsweise durch Aufkaschieren
des Stoffes auf einen Polyolefinfilm. Eine beispielhafte Konstruktion,
die eine mit einem Vliesstoff verbundene Filmschicht umfasst, wird
in
EP-A-0 596 532 beschrieben.
-
Eine
Hauptaufgabe von Hygieneprodukten liegt darin, Körperabsonderungen aufzunehmen,
um ein Verschmutzen, Nasswerden oder Verunreinigen von Kleidung
oder anderen Artikeln zu verhindern. Hygieneartikel sind außerdem so
aufgebaut, dass sie rasch Abfall aufnehmen und es idealerweise erlauben,
dass Flüssigkeiten
rasch durch die am Träger
anliegende Schicht in die saugfähige
Schicht übertreten,
ohne eine Rückübertragung
von Flüssigkeit
aus der saugfähigen
Schicht auf die Trägerseite
der Innenschicht zu erlauben bzw. zu erleichtern. Die Verwendung
von Vliesstoffen in Damenbinden wird in dem
US-Patent
Nr. 5,188,625 , erteilt an Kimberly Clark Corporation, erörtert.
-
Weitere
nützliche
Artikel aus Vliesstofflaminat umfassen ein Sperrgewebe, welches
eine oder mehrere Mikrofaserschichten, wie z. B. Schmelzblasvliese,
enthält,
die sandwichartig zwischen äußeren Spinnvliesen aus
Endlosfilamenten angeordnet sind. Die eine Barriere bildenden Schmelzblasvliese
verhindern den Durchtritt von Bakterien und anderen Verunreinigungen,
und die außenliegenden
Spinnvliese verstärken
die Innenvliese und stellen Abriebfestigkeit her.
-
Probleme
in Verbindung mit der Verwendung von Vliesstoffen in Laminatanwendungen
umfassen die Fähigkeit
des Laminats, Ab fall zurückzuhalten,
den Durchtritt von Flüssigkeiten
zu erleichtern und erneutes Nasswerden zu minimieren und Barriereeigenschaften
bereitzustellen. Dies kann bei Hygieneprodukten aufgrund der abnehmenden
Flächengewichte
von Vlieskomponenten zum Zweck der Erfüllung zunehmender Nachfrage
nach dünneren
Produkten besonders problematisch sein.
-
Ein
weiteres Problem bei Laminaten aus Vliesstoffen liegt in der Fähigkeit,
die Kombination von widersprüchlichen
Eigenschaften, wie z. B. angenehmes Aussehen (Weichheit, Biegsamkeit
und dergleichen) und Zug- bzw. Abriebfestigkeit in einem einzigen
Stoff bereitzustellen. Beispielsweise werden bei Laminatprodukten
verwendete Spinnvliese normalerweise aus 100% Polypropylenfäden hergestellt,
um die Innenschichten zu verstärken
und sie vor übermäßigen Belastungen
und möglichen
Beschädigungen
während
des Gebrauchs zu schützen.
Das resultierende Laminat kann strapazierfähiger sein und ein verbessertes
Aussehen haben. Dies kann auch die Kontamination steriler Oberflächen bei
medizinischen Anwendungen dadurch minimieren, dass verhindert wird,
dass lose Fasern sterile Umgebungen kontaminieren. Jedoch können Polypropylenstoffe aufgrund
wenig ansprechenden Aussehens problematisch sein.
-
Aus
Polyethylen gebildete Faservliese können im Vergleich zu Polypropylenstoffen
ein besseres Aussehen bieten, was sie für den Einbau in Verbundvliesstoffe
attraktiver macht. Trotz dieser Vorteile leiden diese Stoffe jedoch
unter schlechter Abriebfestigkeit, was zu einem unansehnlichen fusseligen
Aussehen und zu möglicher
Kontamination in steriler Umgebung führt.
-
Die
EP-A-0277707 betrifft
Bikomponentenfasern mit guter Spinnbarkeit. Die Fasern umfassen
lineares Polyethylen niedriger Dichte als Hauptkomponente. Die Verwendung
des linearen Polyethylenpolymers niedriger Dichte als Hauptkomponente
war notwendig, um ein effizientes Spinnen von aus einer Mischung von
Polyethylen und Polypropylen gebildeten Fasern zu ermöglichen.
Ansonsten zeigten die Fasern signifikant geringere Spinngeschwindigkeiten,
häufigen
Filamentbruch und schlechte Reißfestigkeit.
-
Die
EP-A-0596532 betrifft
ein auf Film aufkaschiertes Material, welches eine erste Filmschicht
und eine zweite Faserschicht enthält. Die Faserschicht umfasst
eine Vielzahl von Stapelfasern oder Endlosfilamenten von zwei oder
mehr miteinander in einem beabstandeten Verbindungsmuster mit darin
ausgebildeten Öffnungen
verbundenen thermoplastischen oder anderen Polymeren. Das resultierende
Filmlaminat soll verbesserte Flüssigkeitsverteilungs-
und Flüssigkeitsmanagementeigenschaften
sowie mehr Komfort und Weichheit aufweisen.
-
Die
US-A-4699619 betrifft
eine saugfähige
Struktur zur Verwendung in saugfähigen
Einlagen wie z. B. Windeln. Die saugfähige Einlage umfasst mindestens
zwei Schichten von Zellulosefasern mit verschiedenen Dichten bzw.
durchschnittlichen Kerngrößen. Die
saugfähige
Schicht kann mit einer Übertragungsschicht
kombiniert werden, die normalerweise ein Krempelvlies aus Polyester/Polypropylen-Stapelfasern
ist.
-
Die
US-A-5614281 betrifft
ein Laminat aus gekrepptem schlingenförmigem Vliesmaterial, das eine
gekreppte Vliesschicht aufweist, die an einer Tragschicht befestigt
ist. Die gekreppte Vliesschicht kann ein Spinnvliesstoff oder ein
Krempelvlies aus verbundenen Stapelfasern sein.
-
Inhalt der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung stellt Vliesstoffe bereit, die eine Kombination
verschiedener Eigenschaften aufweisen können, wie z. B. verbesserte
Sperrwirkung und Rückhaltung,
gute Abriebfestigkeit und Zugfestigkeit, angenehmes Aussehen und
dergleichen. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung umfassen die Stoffe eine Vielzahl hohler spinngebundener
Endlosfilamente. Die Hohlfäden
werden aus einer Polypropylenzusammensetzung gebildet. Beispielhafte
Polypropylenzusammensetzungen umfassen 100%ige Polypropylenzusammensetzungen
und Mischungen von Polypropylen als dominierende oder bzw. Hauptkomponente
mit mindestens einem weiteren Polymer.
-
Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Vliesstoff
bereitgestellt, der sich für
Hygieneanwendungen eignet, wobei der genannte Stoff ein Flächengewicht
im Bereich von etwa 5 bis etwa 35 Gramm pro Quadratmeter (g/m2) hat und eine Vielzahl von regellos angeordneten
endlosen Hohlfäden mit
einem durchschnittlichen Fadendurchmesser von etwa 20 μm umfasst
und eine vorwiegend Polypropylen aufweisende Zusammensetzung aufweist,
die mehr als 50 Gew.-% Polypropylen umfasst, wobei die Fäden zu einem
zusammenhängenden
Stoff thermisch verschmolzen werden, und dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Hohlfäden
(12) eine Hohlheit von etwa 10% bis etwa 50% im Querschnitt
der Fäden
(12) haben.
-
Gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Herstellung eines Vliesstoffs aus Endlosfilamenten bereitgestellt,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Extrudieren
einer Polymerzusammensetzung mit mehr als 50 Gew.-% Polypropylen
durch eine Spinndüse
unter Bedingungen, die für
die Bildung von endlosen Hohlfäden
mit einem Durchmesser von 20 μm
ausreichend sind;
Verfeinern und Verstrecken der Hohlfäden;
Formen
der verstreckten und verfeinerten Hohlfäden zu einem Endlosfaservlies;
und
thermische Verbindung der Hohlfäden des Vlieses, um einen zusammenhängenden
Vliesstoff aus Endlosfäden
zu bilden mit einem Flächengewicht
im Bereich von 5 bis 35 Gramm pro Quadratmeter.
-
Die
hohlen Spinnfäden
können
dem Stoff mehrere vorteilhafte Eigenschaften verleihen. Die Verwendung
von Hohlfäden
kann dem Hersteller des Stoffs beispielsweise ermöglichen,
die Anzahl der Fäden
in einem Stoff für
ein gegebenes Flächengewicht
zu erhöhen
oder umgekehrt das Flächengewicht
eines Stoffs zu verringern, ohne die Anzahl der Fäden zu verringern.
Dies kann die Barriereeigenschaften des Stoffs verbessern, ohne
das Flächengewicht übermäßig zu erhöhen. Dies
kann auch die Widerstandsfähigkeit
gegenüber Auslaufen
von Klebstoffen verbessern und aufgrund der erhöhten Anzahl von Fäden bei
einem vorgegebenen Flächengewicht
verbesserten SAP-Eindämmung und
Durchdringen/Rücknässen bei
Hygieneanwendungen bieten. Die erfindungsgemäßen Stoffe können auch
im Vergleich zu aus festen Fäden
gebildeten schwereren Basisstoffen verbesserten Abrieb und dergleichen
oder verbesserte Zug- und Reißfestigkeitseigenschaften aufweisen.
Weiter noch können
die erfindungsgemäßen Stoffe
verglichen mit den aus festen Fäden
gebildeten Stoffen eine verbesserte (höhere) Undurchsichtigkeit aufweisen.
-
Die
Stoffe können
auch eine Abriebbeständigkeit
aufweisen. Dies kann die Strapazierfähigkeit erhöhen und das Aussehen von Einweghygiene-
und sonstigen Produkten verbessern. Auch kann eine Kontaminierung
von sterilen Umgebungen aufgrund der bei medizinischen Anwendungen
von der Oberfläche
eines Vliesstoffartikels abgeriebenen losen Fasern minimiert oder
verhindert werden.
-
Es
wird derzeit auch angenommen, dass die Hohlfäden die Bindungseigenschaften
der Stoffe verbessern können.
Beispielsweise wird angenommen, dass die erfindungsgemäßen Stoffe
bei Verwendung von niedrigeren Bindungstemperaturen und/oder einem
breiteren Bindungsfenster (d. h. einem weiteren Bereich von Bindungsbedingungen)
thermisch gebunden werden können,
um einen zusammenhängenden
Stoff bereitzustellen. Demzufolge können Stoffe, die eine überlegene
Festigkeit und Abriebbeständigkeit
aufweisen, bequemer hergestellt werden.
-
Weiter
noch können
die erfindungsgemäßen Stoffe
eine wünschenswerte
volumetrische Kapazität aufweisen.
Die volumetrische Kapazität
eines Stoffes kann definiert werden als der Anteil des gesamten
Stoffvolumens, der nicht durch Fasern und Bindemittel belegt ist.
Die volumetrische Kapazität
kann für
das Einlagern, Aufheben und Transportieren anderer Materialien (Gas,
Flüssigkeit
oder Feststoff) in Vliesstoffen von Wichtigkeit sein. Aus Hohlfasern
hergestellte Stoffe können
eine höhere
volumetrische Kapazität
pro Gewichtseinheit des Stoffes aufweisen und somit effizienter
sein als herkömmliche
Trägerstoffe,
die aus festen Fasern des gleichen Materials gebildet werden. Das
Verhältnis
des Volumens, Vc, zur Stoffmasse, Mnw, für
ein typisches thermisch gebundenes Vlies kann ausgedrückt werden
als vc/Mnw =
(t/Bwt) – (1/ρ),wobei
t = die Stoffdicke, Bwt = das Flächengewicht
des Stoffes und ρ die
Dichte des Faserpolymertyps ist. Um somit das Verhältnis von
Hohlraumvolumen zu Stoffgewicht für eine gegebene Stoffkonstruktion
zu erhöhen, muss
das Flächengewicht
reduziert werden, ohne auf die Konstruktion oder die Geometrie des
Stoffes einzuwirken. Durch die erfindungsgemäßen, Fäden aufweisenden Stoffe kann
diese Verbesserung erreicht werden. Obwohl das vorstehende Beispiel
für ein
homogenes faserartiges Vlies gilt, kann die Gleichung leicht modifiziert
werden, um Mehrkomponentenfasern ebenso wie Klebebinder zu umfassen.
Weiter noch können
die Stoffe eine verbesserte (erhöhte)
Volumenkapazität
aufweisen.
-
Von
den Hohlfäden
wird auch angenommen, dass sie (in den Stoffen und in den Laminatstrukturen) stärkere thermische
Bindungen bilden als vergleichbare feste Fäden. Die thermischen Bindungen
können
gegenüber
aus vergleichbaren festen Fäden
gebildeten thermischen Bindungen auch einen größeren Bindungsbereich aufweisen.
Dies kann außerdem
die Festigkeit und Abriebbeständigkeit
des Stoffes verbessern.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Einige
Merkmale und Vorteile der Erfindung wurden angegeben, andere werden
sich aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen, die Bestandteil der ursprünglichen Offenbarung dieser
Erfindung sind, ergeben. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
fragmentarische Draufsicht eines Stoffes aus Hohlspinnfäden gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 eine
fragmentarische Draufsicht eines der Veranschaulichung dienenden
Laminatstoffes der vorliegenden Erfindung mit den jeweiligen Stoffschichten,
die aus Gründen
der Klarheit der Darstellung freigelegt sind;
-
3 eine
fragmentarische Draufsicht eines der Veranschaulichung dienenden
saugfähigen
Artikels, der einen erfindungsgemäßen Vliesstoff enthält;
-
4 eine
schematische Seitenansicht eines der Veranschaulichung dienenden
Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Bildung des Stoffes von 1;
-
5a, 5b und 5c vergrößerte Querschnittsansichten
eines Teils einer Spinndüse
von 4;
-
6 bis 10 graphische
Darstellungen des Einflusses von Bindungstemperatur und -druck auf
die Zugfestigkeit von beispielhaften Stoffen gemäß der Erfindung;
-
10 bis 13 graphische
Darstellungen des Einflusses von Bindungstemperatur und -druck auf die
Reißdehnung
von beispielhaften Stoffen gemäß der Erfindung;
-
14 und 15 graphische
Darstellungen des Einflusses von Bindungstemperatur und -druck auf die
Dehnung bei 10 Newton (N) von beispielhaften Stoffen gemäß der Erfindung;
und
-
16 und 17 graphische
Darstellungen des Einflusses von Bindungstemperatur und -druck auf die
Durchlässigkeit
von beispielhaften Stoffen gemäß der Erfindung.
-
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen,
in denen veranschaulichende Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt sind, näher beschrieben. Die vorliegende
Erfindung kann jedoch in zahlreichen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden
und sollte nicht als auf die hierin dargestellten Ausführungsformen
beschränkt
verstanden werden. Diese Ausführungsformen
werden lediglich angeführt,
damit die vorliegende Offenbarung gründlich und vollständig ist
und dem Fachmann der volle Umfang der Erfindung vermittelt wird.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen durchwegs gleiche Elemente. Zur besseren
Klarheit wurde der Maßstab übertrieben.
-
1 ist
eine fragmentarische Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung, nämlich eines
allgemein mit 10 bezeichne ten Spinnvlieses, das eine Vielzahl
von endlosen hohlen Spinnfäden 12 aufweist.
Der Stoff 10 kann ein Flächengewicht im Bereich von
etwa 5 bis etwa 35 Gramm pro Quadratmeter (g/m2)
haben. Die Stoffe können
allein oder als Komponente verschiedener Artikel oder Kleidungsstücke, wie
z. B. Einweghygieneprodukte, einschließlich Einwegwindeln, Inkontinenzhosen,
Hygieneprodukte für
Frauen und dergleichen; medizinische Produkte, einschließlich sterile
Verpackungen, Operationskittel, Operationstücher und dergleichen; Industriebekleidung;
Filtermedien; landwirtschaftliche Produkte; Einwegwischtücher; und
dergleichen verwendet werden.
-
Die
erfindungsgemäßen Stoffe
umfassen Spinnfäden
mit einem Hohlheitsgrad im Bereich von etwa 10% bis etwa 50%. Der
Hohlheitsprozentsatz der hohlen Spinnfäden wird durch Faktoren wie
das verwendete Polymer bzw. die verwendeten Polymere, die Schmelztemperatur,
das Härten
der Fäden,
die Spinngeschwindigkeit, die Auslass-/Spinndüsenbohrung und die Spinndüsenkonstruktion
bestimmt.
-
Nützliche
Spinndüsen
für feste
Fasern sind dem Fachmann bekannt. Um in der Lage zu sein, Hohlfasern
herzustellen, kann die typische Spinndüsenkonstruktion für feste
Fasern verwendet werden, jedoch mit einer modifizierten Öffnung.
Die Öffnung
kann unterschiedlich konstruiert sein, wie z. B. 2C-, 3C- oder 4C-Konfigurationen
(beispielsweise wie in den 5a bis 5c dargestellt
und wie unten erörtert).
-
Der
Hohlheitsprozentsatz der hohlen Spinnfäden kann auf unterschiedliche
Weise bestimmt werden. Bei einer beispielhaften Technik werden die
Fasern geschnitten, und die Fläche
der Hohlheit und die Querschnittsfläche der Fasern werden gemessen.
Das Verhältnis
der beiden Flächen
ergibt den Hohlheitsprozentsatz. Die Messung kann mit einem Lichtmikroskop
oder einem Rasterelektronenmikroskop (REM) durchgeführt werden.
Eine weitere beispielhafte Technik ist das Messen des Durch messers
der Fasern und der Hohlheit von der Seite der Faser aus. Dies kann
besonders dann eine höhere
Standardabweichung ergeben, wenn die Hohlheit nicht vollkommen rund
ist. Diese und andere Techniken sind dem Stand der Technik nach
bekannt.
-
Die
hohlen Spinnfäden
können über einen
wesentlichen Teil der Länge
des Fadens (d. h. über
mehr als 75% der Länge
desselben) hohl sein. Hohle Spinnfäden können auch über ihre Länge sowohl hohle als auch feste
Teile aufweisen. Die Form des Innendurchmessers der Endloshohlfäden kann
im Wesentlichen kreisförmig
sein oder eine modifizierte Form haben (wie z. B. dreieckig). Die
erfindungsgemäßen Stoffe
können andere
Fasern und/oder Fäden
aufweisen, einschließlich
feste Spinnfäden
und/oder feste Stapelfasern, solange der Stoff mindestens etwa 50
Gew.-% hohle Spinnfäden
aufweist.
-
Die
Hohlfäden 12 des
Stoffs 10 werden aus einer Polypropylenzusammensetzung
gebildet. Das Polypropylen kann 100% Polypropylen sein. Die Polypropylenzusammensetzung
kann alternativ eine Mischung von mindestens zwei Komponenten sein,
einer Polypropylenkomponente als dominanten Teil, der mehr als 50%
der Mischung ausmacht, und mindestens einem weiteren Polymer als
Minderheitskomponente. Eine bevorzugte Minderheitskomponente ist
Polyethylen, das mit Polypropylen unvermischbar ist und das in den
Fäden eine
unterschiedliche separate Phase bildet.
-
Wenn
eine Mischung verwendet wird, enthalten die Endlosfäden etwa
99 bis etwa 50 Gew.-% Polypropylen und etwa 1 bis etwa 50 Gew.-%
mindestens eines weiteren Polymers. Eine bevorzugte Zusammensetzung
weist etwa 80 bis etwa 98 Gew.-% Polypropylen und etwa 2 bis etwa
20 Gew.-% Polyethylen auf. Die Zusammensetzungen der Mischung, die
Polyethylen enthalten, können
für Anwendungen,
die gute Dehnbarkeit ebenso wie gute Zugfestigkeit und Abriebbeständigkeit
erfordern, besonders geeignet sein.
-
Verschiedene
dem Fachmann bekannte Polypropylenpolymere können bei der Erfindung verwendet werden.
Im Allgemeinen kann die Polypropylenkomponente ein isotaktisches
oder syndiotaktisches Polypropylen-Homopolymer, -Copolymer oder
-Terpolymer sein, wobei die Form des Homopolymers am meisten bevorzugt
wird. Beispielhafte, im Handel erhältliche Polypropylenpolymere,
die bei der Erfindung nützlich
sind, umfassen, sind jedoch nicht begrenzt darauf, das als Moplen
Serie von Montel im Handel erhältliche
isotaktische Polypropylen, das von Borealis und Exxon im Handel
erhältliche
isotaktische Polypropylen und dergleichen.
-
Als
Minderheitskomponente der Mischung werden verschiedene Arten von
Polyethylen verwendet, einschließlich Polyethylen niedriger
Dichte, Polyethylen hoher Dichte und lineares Polyethylen niedriger
Dichte (LLDPE), die nach jedem gut bekannten Verfahren hergestellt
werden, einschließlich,
aber nicht begrenzt darauf, des Katalysatorverfahrens von Ziegler-Natta,
der Single-Site- oder Metallocen-Katalyse-Verfahren und dergleichen.
Beispielhafte Polyethylenpolymere umfassen das von Borealis und
Exxon im Handel erhältliche Polyethylen
niedriger Dichte (LDPE), die von Exxon Chemical Company im Handel
erhältlichen ”Exact Series of
Polymers” und
die von Dow Chemical Company erhältlichen
Affinitätspolymere.
-
Andere
Polymere können
in der Mischung ebenso als Minderheitskomponente verwendet werden. Vorzugsweise
sind diese Polymere weich und dehnbar, wie beispielsweise die von
Himont Incorporated erhältlichen
Catalloy-Polyolefine (Co- und Terpolymere von Propylen).
-
Es
können
auch Mischungen mit mehr als zwei Polymeren, einschließlich derjenigen
mit drei und vier Polymerkomponenten, Verwendung finden. Zu einer
Zweikomponentenmischung können
zusätzliche
Polymere hinzugefügt
werden, um zusätzliche
Ei genschaften oder Vorteile in Bezug auf Kompatibilität der Mischung, Viskosität, Polymerkristallinität, Größe des Phasenbereiches
und dergleichen zu erreichen. Andere bei der Herstellung von Polymerfäden und
-fasern herkömmlicherweise
verwendete Zusätze
können
ebenfalls in dem Polymer enthalten sein, wie z. B. unter anderem
UV-Stabilisatoren, Pigmente, Mattierungsmittel, Schmiermittel, antistatische
Mittel, Wasser und Alkohol abweisende Mittel usw., in herkömmlichen
Mengen, die normalerweise nicht mehr als etwa 10 Gew.-% betragen.
-
Die
erfindungsgemäßen Stoffe
können
mit mindestens einer weiteren Komponente gebildet und/oder laminiert
werden, um ein Verbundlaminat aus Vliesstoff zu bilden. Ein beispielhaftes
Vliesstofflaminat 14 ist in 3 dargestellt.
Wie gezeigt weist das Stofflaminat 14 erste und zweite äußere Vliesbahnen 10 und 16 auf. Eine
oder mehrere zusätzliche
Schichten oder Vliese 18 sind zwischen den äußeren Vliesbahnen 10 und 16 sandwichartig
angeordnet und auf diese aufkaschiert. Für die Zwecke der Erfindung
ist mindestens eines der äußeren Vliese
(z. B. 10) wie oben beschrieben aus einer Vielzahl von
Hohlfäden
gebildet. Obwohl der Stoff 10 in 2 dargestellt
ist, wird der Fachmann erkennen, daß ein oder mehr Stoffe 10 miteinander
kombiniert und mit zusätzlichen
Vliesen verwendet werden können.
-
Die
anderen Vliese 16 und 18 können jede beliebige Variante
von Strukturen sein, die dem Fachmann gut bekannt sind und die aus
einem beliebigen der bekannten und geeigneten Polymere gebildet
sein können. Beispielsweise
können
das Vlies 16 und/oder 18 ein Stapelvlies, ein
Spinnvlies, ein Schmelzblasvlies, ein Film oder eine Matte sein.
Zusätzlich
können
das Vlies 16 und/oder 18 optional Endloshohlfäden analog
zu denjenigen des ersten äußeren Vlieses 10 und/oder
der hohlen Stapelfasern aufweisen. Obwohl ein aus drei Schichten
bestehender Verbundlaminatstoff 14 mit zwei äußeren Vliesen 10 und 16 und
einer einzigen Mittelschicht bzw. einem einzigen Vlies 18 in
der Mitte in 2 dargestellt ist, können andere
Kombinationen von Vliesen einen Laminatstoff im Rahmen der Erfindung
bilden.
-
Die
erfindungsgemäßen Stoffe
können
auch als Komponenten von anderen Laminatstrukturen aus Vliesstoffen
nach dem Stand der Technik verwendet werden. Beispielsweise sind
aus Hohlspinnfäden
gebildete Stoffe als Komponente in Einweghygieneprodukten nützlich,
wie z. B. als Hüllvlies
(Deckschicht, rückseitige Schicht),
Beinabschlüsse
usw. in Einwegwindeln. 4 zeigt eine fragmentarische
Draufsicht einer Einwegwindel, die allgemein mit 20 bezeichnet
wird. Die Einwegwindel 20 weist eine im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässige rückseitige
Schicht 22, eine auf der rückseitigen Schicht 22 angeordnete
saugfähige
Schicht 24 und eine auf der saugfähigen Schicht 24 angeordnete
flüssigkeitsdurchlässige Deckschicht 26 auf.
Die Windel 20 kann auch eine an sich bekannte Flüssigkeit
aufnehmende und transportierende Schicht aufweisen, die zwischen
der saugfähigen
Schicht 24 und der Deckschicht 26 angeordnet ist.
-
Die
rückseitige
Schicht 22 und die Deckschicht 26 sind im Wesentlichen
koextensiv und erstrecken sich über
die Ränder
der saugfähigen
Schicht 24 hinaus, um um den Randbereich der Windel 20 herum
Randkanten zu bilden. Die Windel 20 ist insgesamt sanduhr-
oder I-förmig
dargestellt, aber dem Fachmann wird klar sein, dass je nach den
gewünschten
Eigenschaften und dem Verwendungszweck des Produktes auch andere Produktformen
verwendet werden können.
Die Windel 20 kann auch Befestigungselemente 28 zum
Befestigen der Windel an dem Träger
aufweisen. In der Abbildung sind die Befestigungselemente 28 Klebebandstreifen; jedoch
können
an sich bekannte Befestigungselemente, wie z. B. Haken, Clipse,
Schnappverschlüsse,
haken- und schleifenartige Befestigungssysteme wie Klettverschlüsse und
dergleichen, verwendet werden.
-
Die
rückseitige
Schicht 22 und/oder die Deckschicht 26 können als
Komponente einen erfindungsgemäßen Stoff
aufweisen, der Hohlspinnfäden
aufweist. Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Stoffe mit einer geeigneten
flüssigkeitsundurchlässigen Schicht,
wie z. B. einem Polyolefinfilm, kombiniert, wenn sie als Komponente
einer rückseitigen
Schicht 22 eingearbeitet werden. Die rückseitige Schicht 22 und/oder
die Deckschicht 26 können
auch weitere herkömmliche
Vliesstoffe aufweisen. Die erfindungsgemäßen Stoffe können auch
in Beinumschlägen,
Beinabschlüssen
mit Auslaufschutz und im Bund von saugfähigen Produkten für die persönliche Pflege
eingesetzt werden, um die Abdichtung zu verbessern und ein Auslaufen
zu verhindern.
-
In 4 ist
nun wiederum eine schematische Seitenansicht eines veranschaulichenden
Verfahrens zur Bildung der Stoffe aus Hohlspinnfäden gemäß der Erfindung dargestellt.
Bei der Herstellung von aus einer Mischung gebildeten Fäden können die
Polymerkomponenten der Mischung in geeigneten proportionalen Mengen
kombiniert und vor dem Vorgang des Schmelzspinnens innig vermischt
werden. In einigen Fällen
kann im Extruder ein ausreichendes Mischen der Polymerkomponenten
erreicht werden, da die Polymere in einen geschmolzenen Zustand
versetzt werden, obwohl es zu bevorzugen wäre, einen separaten Schritt
des Mischens zu verwenden. Unter den auf dem Markt üblichen
Mischmaschinen, die hierfür
verwendet werden können,
findet man den von Barmag AG in Deutschland vertriebenen dreidimensionalen
Dynamikmixer Barmag 3DD und den von Rubber and Plastics Research
Association in Großbritannien
vertriebenen Cavity-Transfer-Mixer RAPRA CTM.
-
In 4 wird
nun wiederum ein Endlosfaservlies durch Extrudieren einer Polymerzusammensetzung durch
einen insgesamt linearen Düsenkopf
oder eine Spinndüse 40 zum
Schmelzspinnen im Wesentlichen endloser Fäden gebildet. Die Spinndüse produziert
die Fäden
vorzugsweise in im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandeten
Anordnungen. Um Hohlfäden
bereitzustellen können
die herkömmlichen
kreisrunden Düsenöffnungen
modifiziert werden, um beispielsweise eine 2C-, 3C- oder 4C-Konfiguration bereitzustellen,
wie in 5a, 5b und 5c gezeigt.
Bei der Konstruktion der Öffnung
kann es wichtig sein, den Barus-Effekt zu berücksichtigen (Aufquellen des
Polymers, wenn es die Öffnung
verlässt).
Ist der Barus-Effekt hoch, dann sollte der Durchmesser der C's groß sein,
um den Prozentsatz der Hohlheit zu maximieren. Der Abstand zwischen
dem Ende der C's
kann ebenfalls größer sein,
da die Schmelze aus den verschiedenen C's zusammenfließen kann. Es ist außerdem wichtig,
den Bereich der C's,
durch den die Schmelze fließt,
zu berücksichtigen,
um einen vergleichbaren Druck in den Spinndüsen, wie er für feste
Fasern erforderlich ist, bereitzustellen.
-
Die
im Wesentlichen endlosen Filamente werden aus der Spinndüse extrudiert
und durch Zufuhr von Kühlluft
abgeschreckt. Die Filamente werden, nachdem sie abgeschreckt sind,
zu einer Verfeinerungsvorrichtung 42 geleitet, und Verfeinerungsfluid,
normalerweise Luft, wird darin eingeleitet. Obwohl getrennte Abschreck-
und Verfeinerungszonen verwendet werden können, ist für den Fachmann ersichtlich,
dass die Filamente von der Spinndüse direkt in die Verfeinerungsvorrichtung
austreten können,
wo die Fäden
entweder durch die Zufuhr von Verfeinerungsluft oder durch eine
getrennte Zufuhr von Kühlluft
abgeschreckt werden können.
Zusätzlich
zum Verstrecken mittels Druckluft kann die Faserverfeinerung auch
unter Verwendung von Walzen (Walzenstrecken) erfolgen.
-
Die
Verfeinerungsluft kann in die Verfeinerungsvorrichtung durch eine
Luftzufuhr über
dem Eintrittsende, durch ein unter einem Formungsdraht befindliches
Vakuum oder durch die Verwendung von in die Verfeinerungsvorrichtung
integrierten Saugstrahlpumpen geleitet werden. Die Luft strömt weiter
durch die Verfeinerungsvorrichtung, die in Richtung weg von der
Spinndüse
schmäler
wird, wodurch ein Venturi-Effekt entsteht und die Filamente verfeinert
und verstreckt werden. Die bei dem Spinnvliesverfahren verwendete
Verfeinerungsvorrichtung kann von jedem an sich bekannten geeigneten
Typ sein, wie z. B. eine Schlitzziehvorrichtung oder eine rohrartige
Vorrichtung (Lurgi). Die Luft und die Filamente verlassen die Verfeinerungsvorrichtung, und
die Filamente werden auf einer Sammelfläche 44 als Endlosfaservlies 46 gesammelt.
-
Das
Endlosfaservlies 46 wird dann in Längsrichtung zu einer Wärmebehandlungsstation 48 geleitet, die
zusammenwirkende Kalanderwalzen 50, 52 umfasst,
wobei eine Vielzahl von punktförmigen
thermischen Bindungen gebildet wird, um einen zusammenhängenden
Vliesstoff bereitzustellen. Die Bindungsbedingungen, einschließlich Temperatur
und Druck der Bindungswalzen, sind je nach den speziell verwendeten
Polymeren verschieden und sind für
die verschiedenen Polymere an sich bekannt. Beispielsweise kann
die Bindungstemperatur für
ein 100%iges Polypropylen mit einem Schmelzindex von etwa 35 über etwa
130°C bis etwa
170°C liegen,
und der Bindungsdruck kann bei 40 bis 120 decaNewton (dN) liegen.
-
Obwohl
in 4 Bindungswalzen gezeigt sind, können andere
Wärmebehandlungsstationen,
wie z. B. Ultraschall-, Mikrowellen- oder sonstige HF-Behandlungszonen,
die den Stoff binden können,
anstelle der Bindungswalzen von 4 verwendet
werden. Solche herkömmlichen
Heizstationen sind dem Fachmann bekannt und können eine beachtliche thermische
Verschmelzung der Faservliese bewirken. Des Weiteren können andere
an sich bekannte Bindungstechniken, wie z. B. Hydroverschlingung
der Fasern, Vernadeln und dergleichen, verwendet werden. Es ist
auch möglich,
Bindung durch die Verwendung von geeigneten Haftvermittlern, wie
sie an sich bekannt sind, zu erhalten. Autogene Bindung kann ebenfalls
eingesetzt werden, bei der die Fäden
mit Gas in Kontakt gebracht werden, was die Fäden kohäsiv macht und an ihren Kontaktpunkten Bindungen
bildet.
-
Beispielsweise
kann die Oberfläche
der Fäden
durch die Zufuhr von saurem Gas (wie z. B. Salzsäure) und einer Dampfmischung
chemisch aktiviert werden oder durch die Zufuhr von Dampf, der auf
eine Temperatur erwärmt
wurde, bei der die Oberfläche
der Fäden
aktiviert wird, thermisch aktiviert werden, um die Bindung zu erreichen.
Durchluftbindung kann unter wahlweiser Verwendung einer Bindefaser
ebenfalls eingesetzt werden. Beliebige an sich bekannte Muster können bei
typischen Ausführungsformen,
die fortlaufende oder unterbrochene Muster verarbeiten, verwendet
werden.
-
Das
Spinnvlies kann anschließend
von der Vorrichtung entfernt werden und auf einer Rolle 54 aufbewahrt
werden oder alternativ zu zusätzlichen
Herstellungsprozessen weitergeleitet werden.
-
Die
Erfindung und der Herstellungsvorgang bzw. die Verwendung derselben
werden besser verständlich
durch die folgenden Beispiele, die die Erfindung veranschaulichen,
jedoch den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
-
BEISPIELE
-
Eigenschaften einzelner Fäden
-
In
Tabelle 1 unten sind die Eigenschaften von nicht gebundenen Proben
zusammengefasst. Zwei unterschiedliche Proben aus dem Webbaum A
und dem Webbaum B wurden getestet und mit Referenzproben verglichen,
die unter ähnlichen
Spinnbedingungen hergestellt wurden, aber nicht aus festen Fäden gebildet waren.
Aus einem früheren
Versuch sind auch Fasern mit nur 6 Hohlheit mit eingeschlossen. Tabelle 1
| Faserfestigkeit | Webbaum
B | Webbaum
B | Webbaum
A | Webbaum
A | Referenz
(fest) | 6%
Hohlheit |
| Faserdurchmesser
(μm) | 20,2 | 20,6 | 20,2 | 19,8 | 18,5 | 19,1 |
| Lineare
Dichte (dtex) | 2,6 | 2,7 | 2,6 | 2,5 | 2,4 | 2,6 |
| %
Hohlheit (%) | 13 | 13 | 19 | 19 | - | 6,3 |
| lineare
Rohdichte (dtex) | 2,9 | 3,1 | 3,1 | 3,0 | - | 2,7 |
| Reißfestigkeit
(N/dtex) | 0,016 | 0,015 | 0,016 | 0,016 | 0,020 | 0,020 |
| Reißdehnung
(%) | 192 | 194 | 185 | 191 | 180 | 215 |
| Bruchenergie
(J) | 0,006 | 0,006 | 0,006 | 0,006 | - | |
| Modul
(N/dtex) | 0,07 | 0,08 | 0,07 | 0,07 | - | |
-
Die
Reißdehnung
ist bei allen Proben sehr ähnlich,
was erwartet wurde, da die Spinngeschwindigkeiten vergleichbar waren.
(Frühere
Untersuchungen haben bei einzelnen Fasern einen großen Einfluss
der Spinngeschwindigkeit auf die Reißdehnung gezeigt). Die Reißfestigkeit
scheint bei den Hohlfasern geringfügig niedriger zu liegen.
-
Zugfestigkeit
-
Die 6, 7, 8 und 9 sind
graphische Darstellungen des Einflusses von Bindungstemperatur und
-druck auf die Zugfestigkeit in Maschinenrichtung (MD) und quer
zur Maschinenrichtung (CD) für die
Vliese von 18 und 23 g/m2 zeigen. Normale
Bindungsbedingungen sind 100 dN und 157°C.
-
Tabelle
2 zeigt die Eigenschaften der Hohlfaservliese verglichen mit ausgewählten Referenzvliesen. Die
Bezeichnung ”Jumbo
Sheet” bezeichnet
Stoffschichten, die gemäß obiger
Beschreibung mit Hohlspinndüsen
in Position 2 und 3 hergestellt wurden. Die Jumbo Sheets wurden
flach aufbewahrt und nicht als Rolle. Die Bezeichnung ”2–3” bezeichnet
den aus Hohlfäden
gebildeten Abschnitt des Jumbo Sheet, und die Bezeichnung „6” bezeichnet
den aus massiven Fäden
gebildeten Abschnitt der Schicht. Die Bezeichnungen „Rolle
1” und „Rolle
4” bezeichnen
oben beschriebene Stoffproben, die ebenfalls mit Hohlspinndüsen in Position
2 und 3 hergestellt wurden, nur dass diese Proben vor der Bewertung
auf Rollen aufbewahrt wurden. Die Bezeichnungen „Linie 1” und „Lhysa” bezeichnen aus massiven Fäden gebildete
Referenzstoffe. Die Stoffe wurden mit demselben Rohmaterial und
unter sehr ähnlichen
Verarbeitungsbedingungen hergestellt wie die hohlen Proben. Bei
der Herstellung der Lhysa-Proben war der Streckdruck in den Luftdruckpistolen
niedriger als in den anderen Fällen.
Die Kalandertemperatur und der Kalanderdruck betrugen 157°C bzw. 100
dN.
-
Wenn
man die drei Jumbo Sheets in Position 6 und dazwischen in Position
2 und 3 betrachtet, kann man sehen, dass die Zugfestigkeit bei den
Hohlfaservliesen höher
ist. Eine Erklärung
dafür ist,
dass der echte Denier-Wert für
die Hohlfasern ein kleines bisschen niedriger ist, was mehr Fasern
für ein
gegebenes Flächengewicht
ergibt. Ein Vergleich mit den Proben aus Linie 1 zeigt außerdem eine
höhere
Zugfestigkeit für
die Hohlfaservliese. Für
die normale Produktion beträgt
der Denier-Wert jedoch 2,4 gegenüber
2,3 für
die Hohlfasern, was etwa 5% mehr Faser für die Hohlfasern ergibt verglichen
mit kompakten Fasern bei demselben Flächengewicht und derselben Feinheit.
-
Bei
einem Vergleich des Stoffes von Rolle 4 (18 g/m2,
Hohlfasern mit einem Außendurchmesser
von 20,4 μm
und einer Feinheit von 2,3 Denier) mit dem Lhysa-Stoff (Faservlies
von 18 g/m2 mit massiven Fasern mit einem
Außendurchmesser
von 21,3 μm
und einer Feinheit von 2,9 Denier) wird der Einfluss der Zahl von Fasern
auf die Zugfestigkeit deutlich. Die Zugfestigkeit der Hohlfaserprobe
ist viel höher.
-
-
Reißdehnung
-
Die 10, 11, 12 und 13 sind
graphische Darstellungen des Einflusses von Bindungstemperatur und
-druck auf die Reißdehnung
in MD und CD für
die Vliese von 18 und 23 g/m2. Die Reißdehnung steigt
mit Bindungstemperatur und -druck bis zu Standardtemperatur und
-druck (100 dN und 157°C).
Der Vergleich mit den Referenzstoffen der Linie 1 und Lhysa, wie
oben beschrieben, zeigt zwischen den verschiedenen Proben keinen
wirklichen Unterschied in der Reißdehnung. Interessant anzumerken
ist die höhere
Sensibilität
der Bindungstemperatur sowohl bei der Zugfestigkeit als auch bei
der Reißdehnung
bei den Stoffen aus Hohlfasern im Vergleich zu den Stoffen aus festen
Fasern.
-
Dehnung bei 10 N (50 mm Streifen)
-
Der
Einfluss von Bindungstemperatur und -druck auf die Dehnung bei 10
N ist in 14 und 15 dargestellt.
Der Vergleich der aus den oben beschriebenen Hohlfäden gebildeten
Rollen 1 und 4 mit dem Referenzstoff der Linie 1 aus festen Fäden, wie
ebenfalls oben beschrieben (23 bzw. 18 g/m2)
zeigte viel niedrigere Werte für
das auf Hohlfasern basierende Vlies (siehe Tabelle 3). Dies zeigt,
dass die Hohlfadenvliese beispielsweise bei der Herstellung von
Windeln und dergleichen bessere Konvertierbarkeit bieten. Die Messungen
der drei verschiedenen Bindungstemperaturen bei den drei Jumbo Sheets
zeigten jedoch lediglich einen kleinen Unterschied, der wahrscheinlich
durch die größere Anzahl
an Fäden
(niedrigere lineare Dichte) erklärt werden
kann. Eine mögliche
Erklärung
wäre, dass
die Probenrollen mit Hohlfasern vor dem Test mehr als einen Monat
gelagert wurden. Aufgrund der Spannung in den Rollen finden eine
Neuorientierung und möglicherweise
auch eine Rekristallisierung statt, wodurch in der MD ein steiferes
Material entsteht. Die Referenzproben aus der Linie 1 werden üblicherweise
sofort im Anschluss an die Herstellung getestet. Da die Jumbo Sheets nicht
unter Spannung gelagert wurden, entsteht keine Neuorientierung,
was verglichen mit den Rollen nach Einlagerung dem Jumbo Sheet eine
höhere
Festigkeit bei 10 N in der MD verleiht. Eine Untermauerung dieser Theorie
ist die Tatsache, dass in der CD die Dehnung bei 10 N für die Rolle
1 verglichen mit dem Jumbo Sheet größer ist.
-
Feuchtigkeitseigenschaften
-
Das
Durchschlagen, Rücknässen, wiederholte
Durchschlagen und wiederholte Auslaufen sind für die Vliese mit Hohlfasern
normal. Die Vliese wurden mit 0,3% Silwset 12037 behandelt und ausgewertet.
-
Siebtest
-
Der
Einfluss von Bindungstemperatur und -druck auf die Durchlässigkeit
ist in den 16 und 17 gezeigt.
Ein Vergleich der 18 g/m2-Probe von Hohlfasern
(Rolle 4) mit der Referenzprobe von der Linie 1 ergibt die gleichen
Siebtest-Werte.
Dies kann dadurch erklärt
werden, dass die lineare Dichte und somit die Anzahl der Fasern
für diese
Proben ungefähr
gleich sind.
-
Das
gleiche Resultat ergibt sich bei den 23 g/m2-Proben,
wenn man die Stoffe der Rolle 1 mit der aus festen Fasern gebildeten
Referenz vergleicht, die zur gleichen Zeit hergestellt wurde (23
g/m2). In diesem Fall wurden die Tests auch
mit Meersand durchgeführt,
und diese Werte waren ebenfalls die gleichen. Der Vergleich des
Stoffes von Rolle 4 mit der oben beschriebenen Lhysa-Probe zeigt
keinen erkennbaren Einfluss der Anzahl der Fasern, weil der Siebtest
bei Lhysa wesentlich geringer ist.
-
Die
Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsformen ausführlich beschrieben.
Es versteht sich jedoch, dass zahlreiche Varianten und Modifikationen
vorgenommen werden können,
ohne vom Geist und vom Rahmen der Erfindung, wie sie in der vorstehenden
Beschreibung beschrieben und in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, abzuweichen.
