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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kernmantel-Polyesterfasern
mit antimikrobiellen Eigenschaften, spezifischer gesehen bezieht
sie sich auf solche Fasern, bei denen der Mantel ein antimikrobielles Mittel
enthält
und der Mantel weniger als 30% der gesamten Querschnittsfläche der
Faser ausmacht.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Alle
Arten von Mikroorganismen existieren um uns herum und, in einigen
Fällen,
beeinträchtigen
sie unsere Fähigkeit,
ein gesundes Leben zu führen.
Mikroorganismen, die in unserer Kleidung vorhanden sind, können sich
schnell vervielfachen, weil die Lebensbedingungen auf Grund der
Hitze, der Feuchtigkeit und der verfügbaren Nährstoffe günstig sind. Daher ist es sehr
wünschenswert
gewesen, Fasern bereitzustellen, welche eine antimikrobielle Aktivität entwickeln,
um beides zu schützen,
sowohl den Benutzer als auch die Fasern, und um dieses in einer
sparsamen Art und Weise zu bewerkstelligen. Für unsere eigene Bequemlichkeit
wird der Ausdruck "antimikrobiell" hier in seinem allgemeinen
Sinn verwendet, um eine antimikrobielle Aktivität, eine fungizide Aktivität und andere
solche Aktivitäten
zu bezeichnen.
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Gesetzlich
geschützte
antimikrobielle Acryl- und Acetatfasern sind zur Zeit gängig im
Handel erhältlich.
Weil jedoch Polyesterfasern diejenigen synthetischen Fasern sind,
welche seit vielen Jahren in den größten Mengen hergestellt und
verwendet werden, würde
es deswegen wünschenswert
sein, über
eine antimikrobielle Polyesterfaser mit Verbesserungen gegenüber den
existierenden im Handel erhältlichen,
antimikrobiellen Acryl- und Acetatfasern zu verfügen. Da nur das antimikrobielle
Mittel auf oder nahe bei der Oberfläche einer Faser zu der antimikrobiellen
Wirkung derselben beisteuert, hat man es deswegen als wünschenswert betrachtet,
so viel wie möglich
von dem antimikrobiellen Mittel nahe bei der peripheren Oberfläche der
Faser vorzusehen. Es würde
daher wünschenswert
sein, eine antimikrobielle Polyesterfaser zu liefern, bei welcher das
antimikrobielle Mittel in dem Mantel einer Kernmantelfaser aus zwei
Komponenten angeordnet ist, da der Mantel nahe bei der Oberfläche einer
Faser angeordnet ist. Darüber
hinaus würde
es, da die antimikrobiellen Mittel relativ teuer sind, wünschenswert
sein, so wenig wie möglich
von dem Mittel zu verwenden. Daher würde es wünschenswert sein, den Mantel
so dünn
wie nur möglich
herzustellen. Obwohl aus zwei Komponenten bestehende, antimikrobielle
Polyesterfasern viele Male nach dem Stand der Technik vorgeschlagen
worden sind, worauf hierin weiter unten Bezug genommen werden wird,
steht, soweit bekannt ist, eine zufrieden stellende, aus zwei Komponenten
bestehende, antimikrobielle Polyesterfaser bisher im Handel nicht
zur Verfügung.
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Viele
Anstrengungen sind auf die Einbettung von Metallionen, von denen
seit langem bekannt ist, dass sie eine antimikrobielle Wirkung besitzen,
in Polymere gerichtet worden, um in den Fasern eine antimikrobielle Aktivität zu ergeben.
Diese Anstrengungen sind insbesondere auf die Einbindung von Metall
enthaltenden Zeolithen in das Polymer gelenkt worden. Zum Beispiel
offenbart Jacobsen et al. in den U.S. Patenten No. 5,180,585 (1993),
5,503,840 (1996) und 5,595,750 (1997) die Verwendung einer antimikrobiellen
Zusammensetzung, welche Zeolithen enthält. Jacobsen erkennt jedoch
die Probleme der Farbverschlechterung, welche mit den hohen Metallbelastungen
in Verbindung stehen, wie man es zum Beispiel bei den Zeolithen
in Erfahrung bringt, und stattdessen schlägt er eine antimikrobielle Zusammensetzung
vor, welche diesem Problem nicht begegnet, insbesondere nicht wenn
sie in einer Polymermatrix eingebunden ist.
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Zusätzlich ist
die Verwendung von Zeolithen in Kernmantelfasern bekannt. Hagiwara
et al. offenbart in den U.S. Patenten No. 4,525,410 (1985) gepackte
und zurückgehaltene
Zeolithe in einer gemischten Faseranordnung, wie etwa in Kernmantelverbundfasern,
einschließlich
von Polyesterfasern (siehe Spalte 5, Zeile 50 usw.). Die veröffentlichte
japanische Anmeldung Kokai No. Sho 62-195038 (1987, Kanebo, et al.)
stellte in Polyester geformte Produkte aus einer hydrophilen Substanz
und aus einem Polyester her, um Metallzeolithpartikel festzuhalten,
und sie schlug ein Spinnen von zusammengesetzten Kernmantelfasern
vor. Hagiwara et al. offenbarte in den U.S. Patenten No. 4,775,585
(1988) bakterizide Metallionen an Ionenaustauschstellen von Zeolithpartikeln
in Polymerartikeln, einschließlich
von Fasern mit einer Kernmantelstruktur (siehe Spalte 9, Zeilen
3–6),
und einschließlich
der zusammengesetzten Garne von Polytrimethylenterephthalat; (siehe
Beispiel 2 in Kolonne 14). Ando et al. schloss in dem U.S. Patent
No. 5,064,599 (1991) solche Ionen an solchen Stellen in einer niedrig
schmelzenden Komponente von konjugierten Fasern mit ein, einschließlich von
Polyesterkomponenten (siehe Beispiele 1 und 2). Nippon Ester schlug
in der veröffentlichten,
japanischen Anmeldung Kokai No. Hei 8 (1996)-120524 eine hohle Kernmantel-Polyesterfaser
vor mit einem sublimierenden Insektizidmittel in dem hohlen Polyesterkern
und mit einem Zeolithen in dem Polyestermantel. Auch Nakamura Kenji
schlug in der veröffentlichten,
japanischen Anmeldung Kokai No. Hei 9-87928 (1997) eine Kernmantel-Polyesterfaser mit
einem Metallzeolithen in dem Mantel vor. Man hat jedoch herausgefunden,
dass die Verwendung von bestimmten Zeolithen eine nicht annehmbare
Verschlechterung des Polymers und der Faser erzeugen kann. Siehe
dazu zum Beispiel die koreanische Veröffentlichung No. 92-6382 (1992)
von Sun-Kyung Industry Ltd. (auf welche im Folgenden unter der Bezeichnung „koreanische
Veröffentlichung" Bezug genommen wird),
welche offenbart, dass Zeolithe die Fähigkeit aufweisen, Wasser zu
absorbieren oder freizusetzen, und dass sie daher die Eigenschaften
der Polyesterfaser, welche leicht durch Wasser hydrolysiert werden
kann, qualitativ mindern.
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Kein
Dokument unter den oben erörterten
Patenten oder Veröffentlichungen
offenbart einen Mantel, welcher einen relativ kleinen Prozentsatz
der gesamten Querschnittsfläche
der Faser ausmacht. Tatsächlich offenbart
die koreanische Veröffentlichung,
dass es ratsam gewesen ist, die Menge des Mantels nicht unter 30%
der Querschnittsfläche
der Fasern herabzusetzen, um eine gute Verarbeitbarkeit und um gute
physikalische Eigenschaften zu erzielen. Insbesondere erörtert die
koreanische Veröffentlichung,
dass, wenn der Mantel weniger als 30% der Querschnittsfläche einer
Faser ausmacht, der Kern sich in einer Richtung verschieben und
aus der Faseroberfläche
vorspringen kann, was die antimikrobielle Wirkung der Faser herabsetzt.
Außerdem
ist es schwierig, wenn der Mantel mehr als 70% der gesamten Querschnittsfläche der
Faser ausmacht, die Kernkomponente während des Spinnens im Zentrum
der Faser zu positionieren, und daher können die antimikrobiellen Eigenschaften
nicht weiter verbessert werden. Diese Warnung wurde von Teijin in
den veröffentlichten
japanischen Anmeldungen Kokai Nos. Hei 6-228,823 (1994) und Hei 7-54208 (1995)
bestätigt,
nämlich, dass
das Gewichtsverhältnis
Mantel-Kern von 30/70 bis zu 70/30 betragen sollte oder dass die
Mantelkomponente dazu neigen würde
zu brechen und dass die Spinnproduktivität fallen würde. Daher bevorzugte Teijin insbesondere
ein Mantel-Kern Verhältnis
von 45/55 bis zu 55/45.
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Außerdem,
wenn ein antimikrobielles Mittel auf der hydrophilen Natur eines
Zeolithen beruht, um antimikrobielle Eigenschaften zu verleihen,
dann ist der Gebrauch eines hydrophoben Glättungsmittels auf der Faser
ausgeschlossen. Daher offenbart keines der oben diskutierten Patente
bzw. keine der oben diskutierten Veröffentlichungen den Gebrauch
eines Glättungsmittels
mit einem antimikrobiellen Mittel, wobei das antimikrobielle Mittel
während
der Faserherstellung zu dem Polymer hinzugefügt wird, so dass das Mittel
in der Faser eingebettet ist. Es ist bekannt, ein antimikrobielles
Mittel und ein Glättungsmittel
auf eine Faser aufzutragen, nachdem die Faser hergestellt ist. Dies
erzeugt jedoch keine Faser mit einem haltbaren Glättungsmittel
oder mit einem haltbaren antimikrobiellen Mittel. Demnach gibt es
also keine bekannten, im Handel erhältlichen, antimikrobiellen
Fasern mit einem antimikrobiellen Mittel, welches während der
Faserherstellung hinzugefügt worden
ist, mit einem Glättungsmittel,
welches auf die Oberfläche
der fertigen Faser aufgebracht ist.
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Aus
all diesen oben diskutierten Gründen
würde es
wünschenswert
sein, eine antimikrobielle Polyesterfaser herzustellen, welche wirkungsvolle
antimikrobielle Eigenschaften aufweist, aber welche nicht teuer
in der Herstellung ist. Außerdem
würde es
wünschenswert
sein, eine antimikrobielle Polyesterfaser herzustellen, welche den
nach dem Stand der Technik bekannten Problemen nicht unterliegt,
sowohl nicht den Problemen der Verfärbung (Dekoloration) als auch
nicht denjenigen, welche mit der Spinnproduktivität zusammenhängen. Darüber hinaus
würde es
wünschenswert
sein, eine antimikrobielle Polyesterfaser mit einem antimikrobiellen Mittel
herzustellen, welches während
der Faserherstellung hinzugefügt
wird, wobei diese Faser geglättet
werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung löst
die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme dadurch, dass eine
Kernmantel-Polyesterfaser geliefert wird, bei welcher der Mantel
ein antimikrobielles Mittel enthält
und der Mantel weniger als 30% der gesamten Querschnittsfläche der
Faser ausmacht, so dass die Faser wirtschaftlich hergestellt werden
kann, aber trotzdem wirkungsvolle antimikrobielle Eigenschaften
aufweist. Mit dieser Konfiguration wird die Wirksamkeit des Zusatzstoffes
des antimikrobiellen Mittels maximiert, da das Mittel sich nahe
an der Oberfläche
befindet, wo es am wirkungsvollsten ist. Auch benötigt man
weniger von dem antimikrobiellen Mittel, was es ermöglicht,
die antimikrobielle Faser der vorliegenden Erfindung wirtschaftlicher
herzustellen als die antimikrobiellen Fasern nach dem Stand der
Technik.
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Darüber hinaus
löst die
vorliegenden Erfindung die mit dem Stand der Technik verbundenen
Probleme dadurch, dass eine Kernmantel-Polyesterfaser geliefert
wird, bei welcher das antimikrobielle Mittel so ausgewählt ist,
dass die Probleme der Verfärbung,
der Degradation und der Spinnproduktivität nach dem Stand der Technik
vermieden werden.
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Außerdem löst die vorliegenden
Erfindung die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme dadurch,
dass eine Kernmantel-Polyesterfaser mit einem antimikrobiellen Mittel
geliefert wird, welches in die Faser eingebettet ist, wobei ein
Glättungsmittel
verwendet werden kann. Das Glättungsmittel
vermindert die Reibung, somit gibt sie der Faser ein seidiges Gefühl.
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Daher
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Kernmantel-Polyesterfaser geliefert, bei welcher der
Mantel, welcher ein antimikrobielles Mittel enthält, weniger als 30% der gesamten Querschnittsfläche der Faser
ausmacht. Insbesondere enthält
der Mantel ein antimikrobielles Mittel, welches derart ausgewählt ist, dass
die relative Viskosität
der Faser oberhalb einer definierten Spinnbarkeitsgrenze liegt,
unterhalb welcher kein Spinnen stattfinden wird. Die Faser der vorliegenden
Erfindung kann geglättet
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Kernmantelfaser gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine Graphik, welche den Kurvenverlauf der Spinnbarkeit der Fasern
als eine Funktion der relativen Viskosität der Faser und des Prozentsatzes
des Mantels an der Querschnittsfläche der Faser zeigt.
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3 ist
eine erweiterte Querschnittsansicht des in 1 gezeigten
antimikrobiellen Mittels.
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4 ist
ein schematisches Diagramm, welches die Ausrüstung zeigt, welche gebraucht
wird, um ein Polymerkonzentrat herzustellen, welches dazu verwendet
wird, um die Faser der vorliegenden Erfindung herzustellen.
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5 ist
ein schematisches Diagramm, welches eine beispielhafte Konfiguration
einer Ausrüstung zeigt,
welche dazu gebraucht wird, um die Polymere zu mischen und zu spinnen,
welche dazu verwendet werden, um die Fasern der vorliegenden Erfindung
herzustellen.
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6 ist
eine Säulengrafik,
welche die Wirkung des antimikrobiellen Mittels (in Abhängigkeit
von der Entfernung) von der Faseroberfläche zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Kernmantel-Polyesterfaser geliefert. Es sollte
angemerkt werden, dass die Begriffe "Faser" und "Filament" im Allgemeinen und inklusiv hierin
verwendet werden, um beides mit einzuschließen, sowohl geschnittene Fasern
als auch kontinuierliche Filamente. Die Faser der vorliegenden Erfindung
ist allgemein unter der Referenznummer 10 in 1 gezeigt.
Die Faser umfasst einen Kern 12, welcher einen Polyester
enthält,
und einen Mantel 14, welcher einen Polyester enthält. Der
Mantel schließt
ein antimikrobielles Mittel mit ein, welches Partikeln umfassen
kann, welche bei 16 in 1 gezeigt sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung macht der Mantel weniger als 30% der gesamten Querschnittsfläche der
Faser aus. Obwohl es wünschenswert
ist, dass der Mantel so wenig wie möglich von der Querschnittsfläche ausmacht,
so ist es doch noch notwendig, genug aktive Fläche aufrechtzuerhalten, welche
das antimikrobielle Mittel aufweist, um eine wirksame antimikrobielle
Abtötung
zu erzielen. Daher werden Mäntel
mit einem Durchschnitt von mindestens etwa 15% bis zu etwa 30% der
Querschnittsfläche
der Fasern für
die vorliegende Erfindung bevorzugt. Es sollte beachtet werden,
dass Kernmantel-Polyesterfasern,
bei welchen der Mantel 20% der Querschnittsfläche der Faser umfasst, erfolgreich
gemäß der vorliegenden
Erfindung gesponnen worden sind.
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Man
hat herausgefunden, dass Spinnen auftritt, wenn ein antimikrobielles
Mittel eingesetzt wird, wo die relative Viskosität der Faser über einer
Spinnbarkeitsgrenze liegt, wie sie durch die folgende Gleichung
definiert wird: LRV
= –0,0559 × (% MANTEL)
+ 18,088 (1)
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Diese
Gleichung wird in der Graphik der 2 gezeigt,
welche die Spinnbarkeit von antimikrobiellen Fasern illustriert,
einschließlich
derjenigen nach dem Stand der Technik und derjenigen gemäß der vorliegenden
Erfindung, als eine Funktion der relativen Viskosität der Faser
und der Querschnittsfläche
des Mantels. (Die relative Viskosität, so wie der Begriff hierin
verwendet wird, wird so gemessen, wie dies in dem U.S. Patent No.
5,223,187 beschrieben wird, und wie dies hier unten beschrieben
wird.) Insbesondere repräsentiert
die Spinnbarkeitsgrenze, welche durch die schräge Linie in der 2 gezeigt
wird, die Punkte, unterhalb von welchen ein Spinnen nicht auftritt.
Oberhalb dieser Linie ist ein Spinnen möglich. Jedoch erfordern die
gemäß der Fläche rechts
von der vertikalen Linie, so wie in 2 gezeigt,
hergestellten Kernmantelfasern, welche Fasern mit Mänteln von
einer größeren Querschnittsfläche repräsentieren,
eine größere Menge
von dem antimikrobiellen Mittel als diejenigen Fasern, welche gemäß der Fläche links
von der vertikalen Linie hergestellt werden, und demzufolge sind
sie weniger wirtschaftlich herzustellen. Solche Fasern weisen auch
eine verminderte Wirksamkeit des Zusatzstoffes aus, weil die Fläche, in
welcher das antimikrobielle Mittel relativ zu der Faseroberfläche angeordnet
ist, nicht maximiert ist.
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Insbesondere
hat man herausgefunden, dass durch den Gebrauch antimikrobieller
Mittel, welche gemäß der Spinnbarkeitsgrenze,
wie sie oben durch die Gleichung (1) definiert ist, ausgewählt sind,
Kernmantel-Polyesterfasern mit Mänteln
von weniger als 30% der Querschnittsfläche der Fasern erfolgreich
hergestellt werden können.
Mit solchen antimikrobiellen Mitteln ist es möglich, die Probleme der Spinnbarkeit
zu überwinden,
welche mit der koreanischen Veröffentlichung
durch Sun-Kyung Industry (Ltd.) und mit den japanischen Anmeldeveröffentlichungen
Kokai Nos. Hei 6-228,823 und Hei 7-54208, supra, von Teijin verbunden
sind, während
gleichzeitig die Wirksamkeit des antimikrobiellen Mittels maximiert
wird.
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Das
antimikrobielle Mittel der vorliegenden Erfindung ist bei 16 in
der 1 gezeigt, wie es in 1 und in
größeren Einzelheiten
in 3 beschrieben ist. Dieses Mittel kann ein inertes
anorganisches Partikel 17 mit umfassen, welches eine erste
Mantelschicht 18 aufweist, die ein Metall mit antimikrobiellen
Eigenschaften enthält,
und welches eine zweite Mantelschicht mit Schutzeigenschaften 19 aufweist,
wie es in 3 gezeigt ist. Solch ein antimikrobielles
Mittel ist in dem U.S. Patent No. 5,180,585 von Jacobson et al.
offenbart.
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Insbesondere
können,
wie in dem '585
Patent offenbart ist, die anorganischen Partikel, d.h. das Kernmaterial,
irgendeines sein aus den Oxiden von Titan, Aluminium, Zink, Kupfer,
den Sulfaten von Calcium, Strontium; Zinksulfid; Kupfersulfid; Mica;
Talk; Kaolin; Mullit oder Silica. Der durchschnittliche Durchmesser des
Kernmaterials liegt zwischen 0,01 und 100 μm, vorzugsweise in dem Bereich
von 0,1 bis 5 μm.
Im Allgemeinen werden Kernmaterialien in dem sub-Mikrometer-Größenbereich
bevorzugt, weil die daraus resultierende antimikrobielle Zusammensetzung
gleichmäßiger durch
eine Polymermatrix verteilt werden kann.
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Die
erste Mantelschicht, welche antimikrobielle Eigenschaften verleiht,
kann ein metallisches Silber oder Kupfer sein oder aus Verbindungen
von Silber, Kupfer und Zink bestehen, welche eine extrem niedrige Löslichkeit
in wässrigen
Medien aufweisen. Das antimikrobielle Partikel sollte Silber-, Kupfer- oder Zinkionen auf
einem wirksamen antimikrobiellen Aktivitätsgrad freisetzen, z.B. ein
Minimum einer 2 log Reduktion innerhalb von 24 Stunden in einem
Shake Flask Test (Schüttelkolbentest)
(wie hierin unten definiert), über
eine ausgedehnte Zeitdauer wie etwa Monate oder vorzugsweise Jahre.
Komponenten, welche diese Kriterien erfüllen, sind Silber, Silberoxid,
Silberhalogenide, Kupfer, Kupfer (I) Oxid, Kupfer (II) Oxid, Kupfersulfid,
Zinkoxid, Zinksulfid, Zinksilikat und Mischungen derselben. Die
Menge der antimikrobiellen Mantelschicht auf dem Kernpartikel liegt
in dem Bereich von 0,05 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%,
bezogen auf das Material des Kernpartikels. Die Kernpartikel können auch
wahlweise mit Aluminiumoxid in der Menge von etwa 1 bis 4% vorbeschichtet
werden, um gute antimikrobielle Eigenschaften nach der Ausscheidung
der antimikrobiellen Beschichtung zu gewährleisten.
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Die
zweite Mantelschicht, welche Schutzeigenschaften verleiht, kann
umfassen entweder Silica, Silikate, Borsilikate, Aluminiumsilikate,
Aluminiumoxid oder Mischungen derselben. Die zweite Mantelschicht
entspricht 0,5 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Kernpartikel,
und vorzugsweise, z.B., 1 bis 5 Gew.-% von Silica oder, z.B., 1
bis 6 Gew.-% von Aluminiumoxid in dem beschichteten Partikelmittel.
Die Schutzschicht aus Silica oder Aluminiumoxid kann ganz dicht
sein, obwohl sie ausreichend porös
sein muss, um eine Diffusion der antimikrobiellen Metallionen durch
die Mantelschicht mit einer geringen Geschwindigkeit zu ermöglichen, während sie
als eine Barriere funktioniert, welche die Wechselwirkung zwischen
der antimikrobiellen Beschichtung und der Polymermatrix begrenzt,
in welcher sie verteilt ist. Für
Partikeln, welche mit Silica oder mit verwandten Materialien mit
einem niedrigen isoelektrischen Punkt beschichtet sind, kann eine
dritte Beschichtung aus wasserhaltigem Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid
oder aus einem anderen Metalloxid hinzugegeben werden, um den isoelektrischen
Punkt zu erhöhen.
Dispersionshilfsmittel können
mit eingebunden werden entweder in dem antimikrobiellen Mittel oder
in dem Verfahren zum Einbinden derselben in das Polyester der Faser,
um die Dispersion bei Anwendungen für den Endverbrauch zu ermöglichen.
Alternativ kann Aluminiumoxid als die sekundäre Schutzschicht ausgewählt werden
und eine dritte Schicht braucht nicht erforderlich zu sein, um den
isoelektrischen Punkt anzupassen.
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Insbesondere
hat man herausgefunden, dass durch den Gebrauch ausgewählter antimikrobieller
Partikel, welche entweder Titanoxid oder Zinkoxid in einer Kernmantelfaser
umfassen, die Schwierigkeiten überwunden
worden sind, welche mit dem Gebrauch der antimikrobiellen Mittel
in Kernmantel-Polyesterfasern nach
dem Stand der Technik verbunden sind. Insbesondere hat man herausgefunden,
dass Zinkoxid besonders gute Ergebnisse in Bezug auf die Farbe ergibt,
wie in dem Vergleichenden Beispiel 7 unten illustriert werden wird.
Ein auf Titandioxid beruhendes antimikrobielles Mittel, bezeichnet
als T558, und ein auf Zinkoxid beruhendes antimikrobielles Mittel,
bezeichnet als Z200, sind im Handel erhältlich von E.I. du Pont de
Nemours and Company of Wilmington, Delaware, unter der Handelsmarke
MicroFreeTM.
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Das
auf Zinkoxid beruhende antimikrobielle Mittel (Z200) liegt in dem
Größenbereich
von 0,5 bis 3,5 μm,
ohne Ultraschallbehandlung d50. Die folgenden Prozentangaben sind
als Prozent des Gewichts des antimikrobiellen Mittels oder Produktes
angegeben, es sei denn, es ist etwas anderes spezifiziert worden.
Das Kernpartikel umfasst Zinkoxid und reicht von 90–99%. Die
antimikrobielle Beschichtung umfasst 0,2% Silber. Die Schutzschicht
umfasst eine Mischung aus Aluminiumhydroxid und Silica in dem Bereich
von 1 bis 5%. Das Mittel enthält
auch eine Dispersionsbeschichtung eines Dioctylazelats in dem Bereich von
0,1 bis 1%. Diese Dispersionsbeschichtung verleiht dem anorganischen
Partikel einen etwas organischen Charakter.
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Das
auf Titandioxid beruhende antimikrobielle Mittel (T558) liegt in
dem Größenbereich
von 0,1 bis 2,5 μm,
ohne Ultraschallbehandlung d50. Das Kernpartikel umfasst Titandioxid
und reicht von 90–95%.
Die antimikrobielle Beschichtung umfasst 0,5% Silber, 0,5% Kupfer
(II) Oxid und 0,8% Zinksilikat. Wie mit Z200 umfasst die Schutzschicht
eine Mischung aus Aluminiumhydroxid und Silica in dem Bereich von
1 bis 5%. Das Mittel enthält
auch eine Dispersionsbeschichtung eines Dioctylazelats in dem Bereich
von 0,1 bis 1%.
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Geeignete
Polyesterpolymere zum Gebrauch für
den Mantel oder für
den Kern gemäß der vorliegenden
Erfindung enthalten sowohl Trimethylenterephthalat (3G-T) Polymere
als auch Ethylenterephthalat (2G-T) Polymere, von denen die letzteren
diejenigen Polyesterpolymere sind, welche seit mehreren Jahrzehnten
im Handel am meisten erhältlich
sind, als auch Polybutylenterephthalat (4G-T). Copolymere können verwendet werden,
wenn es erwünscht
ist, und mehrere sind nach dem Stand der Technik offenbart worden.
Der Polyester des Mantels und des Kerns bestehen im Allgemeinen
aus demselben Polymer. Sie können
jedoch so lange verschieden sein, wie die totale relative Viskosität der Faser
oberhalb der Spinnbarkeitsgrenze liegt, wie sie oben unter Bezugnahme
auf die Gleichung (1) definiert worden ist, unterhalb derer ein
Spinnen nicht auftreten wird.
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Zusätzlich ist
es mit der vorliegenden Erfindung möglich, ein Glättungsmittel
zu verwenden, welches hydrophob ist, ohne einen Verlust an antimikrobieller
Wirksamkeit. Daher kann die äußere Oberfläche der
Faser, wo das antimikrobielle Mittel in dem Mantel eingebettet ist,
mit einer Silikonoberflächenbeschaffenheit
geglättet
werden, wie etwa ein Glättungsmittel,
welches ein Polyaminosiloxan enthält. Das Glättungsmittel vermindert die
Faserreibung, womit es der Faser ein seidiges Gefühl verleiht.
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer antimikrobiellen Kernmantel-Polyesterfaser
wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 illustriert.
Gemäß diesem
Verfahren wird zuerst ein antimikrobielles Zusatzkonzentrat hergestellt
und später
in das Mantelpolymer mit eingebunden. Eine illustrative Darstellung
der Konzentratherstellung ist unter Bezugnahme auf die 4 gegeben.
In 4 wird eine Basis-2GT (oder PET) Polymerflocke
bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 50 ppm getrocknet,
dies in einem Behälter 20 unter
Verwendung entweder von ausgetrockneter Luft oder von Stickstoff
als Trocknungsmedium. Diese Flocke wird dann durch eine Übertragungsrutsche 23 eingespeist,
unter Verwendung einer den Gewichtsverlust messenden Zuführungsvorrichtung 21,
angetrieben von einem Motor mit variabler Geschwindigkeit 22,
zu einem Behälter
mit Verengung 41 eines Doppelschrauberunischextruders mit
dem Behälter
mit Verengung 41, einem Zuführungsabschnitt 42 und
einem Zylinder 40. Gleichzeitig und unter einem gesteuerten
Verhältnis
relativ zu der Beschickung der Basisflocke durch die Zuführungsvorrichtung 21 wird
ein antimikrobielles Mittel, welches in dem Behälter 32 vorhanden
ist, durch eine Übertragungsrutsche 33 zu
der Verengung 41 des Extruders dosiert zugeführt unter
Verwendung einer den Gewichtsverlust messenden Zuführungsvorrichtung 30,
welche von einem Motor mit variabler Geschwindigkeit 31 angetrieben
wird. Die Basisflocke wurde dann in dem Extruderzylinder 40 geschmolzen
und das antimikrobielle Zusatzmittel durch das geschmolzene Polymer
dispergiert. Diese Mischung geschmolzenes Polymer/antimikrobielles
Mittel wurde dann durch eine Düse 42 extrudiert,
um Stränge
aus Polymer/antimikrobiellem Konzentrat herzustellen. Diese Stränge wurden
dann durch eine Strangschneidvorrichtung 60 gezogen, durch
ein Abschreckbad 50, welches durch die Beine 51a und 51b dargestellt
ist und welches Wasser enthält,
das ausreichend kalt ist, um so die Stränge zu verfestigen. Vor dem Eintreten
in die Strangschneidvorrichtung wird überschüssiges Wasser von den verfestigten
Strängen
weggeblasen unter Verwendung von Druckluft aus einer Druckluftquelle 52.
Die Konfiguration der Geschwindigkeit und des Schneidblattes der
Strangschneidvorrichtung wird so eingestellt, um ein antimikrobielles
Flockenkonzentrat einer gewünschten
Größe herzustellen.
Das geschnittene antimikrobielle Flockenkonzentrat gleitet über eine
Rutsche 61 und wird dann in einem geeigneten Behälter 70 gesammelt.
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Die
Herstellung synthetischer Kernmantel-Polymerfasern ist nach dem
Stand der Technik gut bekannt, wie es z.B. beschrieben ist von Killian
in dem U.S. Patent No. 2,936,482, von Bannerman in dem U.S. Patent No.
2,989,798 und von Lee in dem U.S. Patent No. 4,059,949 und wie es
auch in dem Stand der Technik beschrieben ist, auf den hierin oben
Bezug genommen worden ist. Eine aus zwei Komponenten bestehende Spinntechnik,
welche feste, aus zwei Komponenten bestehende Kernmantelfilamente
eines runden Querschnittes herstellt, ist auch nach dem Stand der
Technik bekannt und wird von Hernandez et al. in dem U.S. Patent
No. 5,458,971 beschrieben. 5 ist ein
schematisches Diagramm, welches die Ausrüstung zeigt, die für die Herstellung
von antimikrobiellen Kernmantelfasern gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann, obwohl man verstehen sollte, dass bekannte
Techniken für
die Herstellung von synthetischen Kernmantel-Polymerfasern und von
aus zwei Komponenten bestehenden Kernmantelfilamenten, so wie oben
und in anderen Bereichen nach dem Stand der Technik beschrieben,
verwendet werden können,
ohne dabei von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Nach diesem
schematischen Diagramm wird das antimikrobielle Flockenkonzentrat,
welches so hergestellt worden ist wie es mit Bezug auf die 4 beschrieben
worden ist, zuerst in einen Trocknungsbehälter 80 geladen. Innerhalb
des Trocknungsbehälters 80 wird
das Konzentrat auf weniger als 50 ppm Feuchtigkeitsgehalt aufbereitet
unter Verwendung getrockneter Luft oder von Stickstoff. Gleichzeitig
wird die Polymerflocke für
den Mantel in einem Behälter 90 auf
bis unter 50 ppm Feuchtigkeitsgehalt getrocknet unter Verwendung
getrockneter Luft oder von Stickstoff. Das antimikrobielle Konzentrat tritt
weiter zu einer volumetrischen Zuführungsvorrichtung 81,
welche von einem Motor mit variabler Geschwindigkeit 82 angetrieben
wird und welche das Konzentrat bei einer Geschwindigkeit dosiert,
welche so gesteuert wird, um ein gegebenes Verhältnis des Konzentrats zu dem
Mantelpolymer zu liefern. Das dosierte Konzentrat tritt durch ein
Flockenüberführungsrohr 86 hindurch
zu einem Übergangsstück 84 eines
Einschneckenextruders. Dieser Extruder umfasst einen Zuführungsabschnitt 85 und
einen Zylinder 86. Die aufbereitete Flocke für den Mantel
wird durch die Schwerkraft durch ein Überführungsrohr 87 in das Übergangsstück 84 des
zuvor erwähnten
Einschneckenextruders zugeführt.
Eine Trennplatte 88 ist innerhalb des Übergangsstückes 84 aufgestellt,
so dass es dem Flockenkonzentrat möglich ist, in den Zuführungsabschnitt 85 des
Extruders in einer Art und Weise zu fließen, um eine innige Vermischung
des antimikrobiellen Konzentrats und der Mantelflocke zu gewährleisten.
Diese innig vermischten Flocken werden dann in dem Extruderzylinder 86 geschmolzen,
um eine Polymerschmelze herzustellen, welche ein dispergiertes,
antimikrobielles Mittel enthält.
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Ein
Polyester in der Form einer Polymerflocke wird auch dazu verwendet,
um den Kern herzustellen. Diese Flocke wird in einem Behälter 100 bis
auf unter 50 ppm Feuchtigkeitsgehalt getrocknet. Diese aufbereitete
Flocke tritt dann durch ein Überführungsrohr 101 und
durch ein Übergangsrohr 102 hindurch
in einen Zuführungsabschnitt 103 eines
Einschneckenextruders. Der Einschneckenextruder umfasst den Zuführungsabschnitt 103 und
einen Zylinder 104, in welchem die Flocke geschmolzen wird.
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Die
geschmolzenen Polymere für
den Mantel, welcher das antimikrobielle Mittel enthält, und
für den Kern
werden dann jeweils durch die Polymerüberführungslinien 105 und 106 geleitet
zu einer oder zu mehreren aus zwei Komponenten bestehenden Spinnpositionen,
von denen nur eine in 4 dargestellt ist. Die Mantel-
und die Kernpolymere treten jeweils durch die Trägerplatten 107 und 108 hindurch,
welche auf einem erhitzten Spinnträger angeordnet sind. Von diesen
Trägerplatten
aus treten die Mantel- und die Kernpolymere jeweils in eine Pumpe 111 und
in eine Pumpe 112. Diese Pumpen pressen jedes Polymer in
ein Spinndüsenpaket 113,
bei welchem jedes Polymer getrennt gefiltert und dosiert wird durch
Verteilerplatten, welche so konfiguriert sind, dass die zwei Polymere
sich in einer Mantel-Kern-Konfiguration
verbinden am Eingang von Mehrfachspinnkapillaren, welche in eine
Spinndüse 114 eingearbeitet
sind.
-
Während die
kombinierten Polymere durch die Kapillaren der Spinndüse gepresst
werden, erfahren sie nachfolgend eine Verfestigung unter Verwendung
einer Zwangsbelüftung
aus einer Abschreckungseinheit 200, wodurch Kernmantel-Filamente 300 gebildet
werden. Diese Filamente werden dann zu einem einzelnen Seil um etwa
eine oder mehrere Umlenkrollen 400 herum zusammen miteinander verbunden.
Dieses Seil wird dann auf einem Rohr aufgewickelt oder in einem
geeigneten Behälter
aufbewahrt, abhängig
von der weiteren Verarbeitung der gewünschten Filamente.
-
Die
Erfindung wird weiter in den folgenden Beispielen erklärt werden,
welche dazu dienen, einen rein beispielhaften Charakter zu haben.
Die folgenden Testverfahren wurden in den Beispielen verwendet.
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1. RELATIVE
VISKOSITÄT
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Wie
oben angemerkt wird die relative Viskosität so gemessen, wie es in dem
U.S. Patent No. 5,223,187 beschrieben ist. Insbesondere offenbart
dieses '187 Patent,
dass die relative Viskosität
(LRV) eine empfindliche und genaue Messung ist, welche einen Hinweis
auf das Molekulargewicht des Polymers gibt. LRV ist das Verhältnis der
Viskosität
einer Lösung
von 0,8 Gramm eines Polymers, welches bei Raumtemperatur in 10 ml
Hexafluoroisopropanol aufgelöst
ist, welches 100 ppm Schwefelsäure
enthält,
zu der Viskosität der
Schwefelsäure,
welche das Hexafluoroisopropanol selbst enthält, beides bei 25°C in einem
Kapillarviskosimeter gemessen. Die Verwendung von Hexafluoroisopropanol
als ein Lösungsmittel
ist insofern wichtig, als dass es die Auflösung bei der spezifizierten
Temperatur erlaubt und dadurch die Polymerdegradation vermeidet,
der man normaler Weise begegnet, wenn Polyester bei erhöhten Temperaturen
aufgelöst
werden. LRV Werte von 38 und 44 entsprechen grob den Werten einer
intrinsischen Viskosität
von jeweils 0,90 und 0,95, wenn die intrinsische Viskosität bei 25°C in einem
Lösungsmittel
gemessen wird, welches aus einer Mischung aus Trifluoressigsäure und
Methylenchlorid zusammengesetzt ist (25/75 bezogen auf das Volumen).
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2. SCHÜTTELKOLBENTEST
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Die
antimikrobielle Aktivität
wurde unter Verwendung des Schüttelkolbentestes
gemessen, wie es in dem U.S. Patent No. 5,180,585 von Jacobson et
al., supra, beschrieben ist und wie es spezifisch hier unten beschrieben
ist. Der Schüttelkolbentest
erfordert, dass das Testmaterial in einer Form mit einem großen Verhältnis von
Oberfläche
zu Gewicht vorliegt. Artikel, welche die Form von Pulvern aufweisen,
Fasern und dünne Filme
haben sich als annehmbar erwiesen.
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Das
bakterielle Inoculum für
den Schüttelkolbentest
wurde hergestellt durch ein Übertragen
von 2,0 ml aus einer über
Nacht gestandenen Bouillonkultur in einen 300 ml Nephylokulturkolben
(Belico Glass Inc., Vineland, N.J.), welcher 100 ml von Tryptic
Soy Broth (TSB) (Remel, Lexena, Kans) enthielt. Diese Flocke wurde bei
37°C unter
Schütteln
(ca. 200 Umdrehungen pro Minute = UpM) inkubiert. Das Wachstum der
Kultur wurde während
der Inkubation bestimmt unter Verwendung eines Klett-Summerson photoelektrischen
Farbenmessers (Kolorimeters) (Klett Mfg. Co., N.Y., N.Y.). Als die
Kultur die Spät-log
Phase (185–200
Klett Einheiten für Klebsiella
pneumoniae ATCC 4352) erreichte, wurden geeignete Verdünnungen
mit einem sterilen 0,2 mM Phosphatpuffer (pH 7) zubereitet.
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Dieses
Inoculum wurde dann in sterilen 250 ml Einweg-Erlenmeyerkolben (Corning
Glass Co., Corning, N.Y.) aufgestellt, welche 0,75 g desjenigen
Materials enthielten, welches durch das Verfahren dieser Erfindung
hergestellt worden ist, oder ein geeignetes Kontrollmaterial, wie
unten angezeigt wird. Jeder Kolben enthielt eine bekannte Konzentration
an Bakterien in einem Endvolumen von 75 ml Phosphatpuffer.
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Die
Anfangskonzentration von den in den verschiedenen Beispielen verwendeten
Bakterien wurde durch eine serienmäßige Verdünnung des Inoculums (0,2 mM
Phosphatpuffer, pH 7) bestimmt und durch ein dreifaches Plattieren
auf den Trypticase Soy Agar (TSA) Platten (im Handel verkauft von
BBL, Cockeysville, Md.). Die Kolben wurden auf einer Burrell Gelenkschüttelvorrichtung
(Burrell Corp., Pittsburgh, Pa.) geschüttelt. Ein 1,2 ml aliquoter
Teil wurde nach dem Schütteln
während
einer Zeitdauer von 1 Stunde (oder eines anderen geeigneten Zeitintervalls
wie angezeigt) aus jedem Kolben entfernt. Zweifache Petriplatten,
welche TSA enthielten, wurden über
ein Ausbreiten auf den Platten mit 0,1 ml aus jeder der Probe eingeimpft.
Die verbleibenden 1,0 ml wurden seriell verdünnt und zweifach plattiert.
Die TSA Platten wurden bei 37°C
während
einer Zeitdauer von 18 bis 24 Stunden inkubiert. Die Platten, welche
Kolonien zwischen 30 und 300 aufwiesen, wurden gezählt und
die bakterielle Konzentration wurde bestimmt aus dem Mittelwert
der Plattenzählungen.
Wenn keine der Platten mindestens 30 Kolonien enthielt, dann wurden
alle Kolonien gezählt
und die bakterielle Konzentration wurde bestimmt aus dem Mittelwert
der Plattenzählungen.
Unterhalb der Nachweisgrenze des hierin beschriebenen Verfahrens
wurde der Wert der Koloniezählung
als Null angenommen.
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Die
antimikrobielle Aktivität
wurde nach den folgenden Formeln bestimmt: kt = log10(Co) – log10(Ct + 1) (2) Dt = log10(CFt) – log10(Ct
+ 1) (3)wobei
ist:
- Co
- = Anfangskonzentration
von Bakterien (cfu/ml) im Testkolben zum Zeitpunkt Null
- Ct
- = Konzentration von
Bakterien (cfu/ml) im Testkolben zum Zeitpunkt t (eine Eins wird
zu der Anzahl hinzuaddiert, um die Berechnung des Logarithmus (log)
von Null zu vermeiden),
- CFt
- = Konzentration von
Bakterien (cfu/ml) in dem Kontrollkolben zum Zeitpunkt t, und
- cfu/ml
- = Kolonie bildende
Einheiten pro Milliliter.
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Die
Beziehung zwischen der prozentualen Verminderung und der log Verminderung
wird gewöhnlich durch
den folgenden Bezug gesehen:
-
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3. TEST DER FARBMESSUNG
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Die
gesponnenen Garne wurden auf einen Halter aus 3 Zoll mal 4 Zoll
weißer
Pappe aufgewickelt unter Verwendung eines Kardenwicklers. Das gesponnene
Garn bildete eine 3 Zoll mal 2,5 Zoll große Fläche von parallelen Filamenten
vier Schichten tief, um den Halter vollständig zu bedecken. Die Garne
wurden an ihrer Stelle gehalten, indem man sie an der Rückseite
an dem Probenhalter festklebte.
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Das
für die
Messung verwendete Instrument war ein Hunterlab Digital Color Difference
Meter Model D25M-9 (Digitales Farbunterscheidungsmessgerät), welches
aus einem Modul eines optischen Sensors mit einem 2 Inch großen Eingang
und aus einem Modul zur Signalverarbeitung bestand. Das Farbmesser
analysiert das reflektierte Licht von den Testproben, ausgedrückt im Sinne
von L (weiß-schwarz), a (rot-grün) und b (blau-gelb).
Diese Farbwerte können
gemessen werden, wobei das UV Filter entweder mit eingeschlossen oder
ausgeschlossen ist. Die hierin berichteten Werte enthalten die UV
Komponente. Das Instrument wird kalibriert und genormt unter Verwendung
eines Satzes von Platten, welche mit dem Instrument geliefert worden sind.
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Die
Probe wird geprüft,
um das Fehlen von Farbe, Schmutz, Fremdmaterialien usw. zu gewährleisten. Die
Probe wird auf die Adapterplatte angeordnet, wobei lose Enden oder
andere Unregelmäßigkeiten
vermieden werden. Das Instrument wird aktiviert, um die L, a und
b Farbwerte zu lesen. Das Instrument zeigt auch den Wert der Weiße an, abgeleitet
von den L und b Werten (Weiße
= 0,01 × L
Farbe (L Farbe – [5,72 × b Farbe]).
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BEISPIELE
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In
den folgenden Beispielen sind alle Teile-, Prozent- und Verhältnisangaben
auf das Gewicht bezogen, es sei denn, es ist anderweitig gekennzeichnet,
wobei der Ausdruck OWF den Grad an aufgebrachten Veredelungsmitteln
zu dem Gewicht der Faser anzeigt.
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Die
Mittel Z200 und T558, auf die in den Beispielen Bezug genommen wird,
sind wie oben beschrieben. B558, auf welches in den Beispielen ebenfalls
Bezug genommen wird, wird als ein antimikrobielles Mittel auf der
Basis von Bariumsulfat beschrieben und liegt in dem Größenbereich
von 0,3 bis 2,5 Mikron, ohne Ultraschallbehandlung d50. Das Kernpartikel
umfasst Bariumsulfat und liegt in dem Bereich von 90–95%. Wie mit
T558, so umfasst die antimikrobielle Beschichtung 0,5% Silber, 0,5%
Kupfer(II)oxid und 0,8% Zinksilikat. Wie bei Z200 und T558, so umfasst
die Schutzschicht eine Mischung aus Aluminiumhydroxid und Silica
in dem Bereich von 1 bis 5%. Das Mittel enthält auch eine Dispersionsbeschichtung
eines Dioctylazelats in dem Bereich von 0,1 bis 1%.
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Bactekiller® AZ,
auf welches in den Beispielen Bezug genommen wird, ist ein auf einem
Zeolithen beruhendes antimikrobielles Partikel, welches Silber-
und Zinkmetallionen enthält,
welche im Handel von Kanebo USA erhältlich sind. Das Polyesterpolymer
von beiden, sowohl von dem Mantel als auch von dem Kern, war ein
2G-T Polymer von 23,5 LRV, was so gemessen wurde, wie oben beschrieben.
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BEISPIEL 1
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Eine
2G-T Polymerflocke von 23,5 LRV wurde verwendet, um die Konzentratpellets
aus dem antimikrobiellen Mittel herzustellen, so wie es oben unter
Bezugnahme auf die 4 beschrieben worden ist. Die Konzentratpellets
wurden getrocknet unter Verwendung getrockneter Luft bei etwa 166°C, bevor
sie für
ein Zweikomponentenspinnen verarbeitet wurden, wie zum Beispiel
bei 80 in 5. 2G-T Polymerflocken wurden auch
für das
Mantelpolymer bzw. für
das Kernpolymer verwendet. Die 2G-T Polymerflocken für das Mantelpolymer
wurden getrocknet unter Verwendung getrockneter Luft bei Temperaturen
von etwa 160°C,
wie etwa in einem Behälter 90 in 5,
und für
den Kern bei Temperaturen von etwa 150°C, wie etwa in einem Behälter 100 in 5.
Das Polymer für
den Mantel wurde durch einen Einschneckenextruder verarbeitet, wie
etwa die Extruder 85, 86, wie sie in der 5 gezeigt
sind, welche so modifiziert worden sind, dass das Zusatzkonzentrat
volumetrisch dosiert wurde, um 6% (bezogen auf das Gewicht) des
antimikrobiellen Pulvers in dem Mantel der Filamente zu liefern,
wobei dieser Extruder bei einer Entladungstemperatur von 277°C und bei
einer Geschwindigkeit von 252 lbs (144 kg) pro Stunde arbeitete.
Das Polymer für
den Kern wurde durch einen gewöhnlichen
Einschneckenextruder verarbeitet, wie etwa durch den Extruder 103, 104 in
der 5, wobei dieser Extruder bei einer Entladungstemperatur
von 283°C
und bei einer Geschwindigkeit von 1008 lbs (457 kg) pro Stunde arbeitete.
-
Die
zwei geschmolzenen Polymerströme
wurden am Eingang der Spinndüsenkapillaren
einer Spinnmaschine in einem Verhältnis von 1:4 miteinander verbunden,
d.h., um 20% Mantel (welcher 6% des antimikrobiellen Pulvers enthielt)
und 80% des Kerns zu liefern, unter Verwendung einer Dosierplatte
mit Öffnungen gerade
oberhalb einer jeden von den 1176 runden Kapillaren der Spinndüse, und
sie wurden in runde Filamente gesponnen bei einer Polymertemperatur
von 282°C
und bei einem Durchsatz von 1.353 gm/min/cap. Die frisch extrudierten
Filamente wurden mit einem Strom einer Luftquerströmung bei
55°F (etwa
13°C) und
950 cu·ft
(etwa 27 cu·Meter)/Minute
abgeschreckt, und sie wurden bei 704 Meter/Minute entnommen. Die
Leistung des Spinnens war ausgezeichnet, weder mit Spinnunterbrechungen
noch mit einem Verbiegen der Filamente (dog-legging) an der Frontseite
der Spinndüse.
Die resultierenden Bündel
von Filamenten von 17,3 dpf (19,2 dtex) wurden zusammen gruppiert
und in einer herkömmlichen
Art und Weise in einer Ziehzone mit heißer Nassbesprühung bei
95°C gezogen
unter Verwendung eines Ziehverhältnisses
von 3,4X, im Füllkasten
wurden sie dann gekräuselt
zu 7 Kräusel
pro Inch (2,8 Kräusel/cm),
dann entspannt durch Erhitzung in einem Ofen bei 137°C während einer
Zeitdauer von 10 Minuten und dann abgekühlt, ein antistatitisches Oberflächenveredelungsmittel
wurde aufgetragen mit einem OWF Grad von etwa 0,12% OWF, und die
resultierenden Filamente von 6,5 dpf (7,2 dtex) wurden geschnitten
auf eine Länge
von 2 Inches (5 cm).
-
Die
antimikrobielle Aktivität
(für Klebsiella
pneumoniae) der resultierenden Fasern (Objekt A) wurde auf einer
Stapelunterlage der Fasern bestimmt, welche durch ein Öffnen und
Mischen von Fasern hergestellt worden ist unter Verwendung eines
Rotormischers, Rotorring, Modell 580, im Handel erhältlich bei
Spinlab von Knoxville, Tennessee, und durch ein Konfigurieren von
0,75 g zu einer 2,5 cm2 Unterlage unter
Verwendung des "Schüttelkolbentestes", so wie oben beschrieben.
Die Werte der 24 Stunden (hr) Log Verminderung und der 24 hr KT%
Verminderung sind in der Tabelle 1 für das Objekt A und für das Objekt
B und für
das Vergleichsobjekt C gegeben, wie hierin im Folgenden beschrieben
wird.
- B. Das Objekt B wurde in einer Art und
Weise hergestellt, welche jener ähnlich
ist, welche mit Bezug auf das Objekt A beschrieben worden ist, mit
der Ausnahme, dass ein Aminosiloxan Veredelungsmittel mit 0,75%
OWF nach dem Kräuseln
aufgetragen wurde und durch ein Erhitzen in dem Ofen bei 180°C ausgehärtet wurde.
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Vergleich
C. Dieser Vergleich wurde ohne irgendein antimikrobielles Pulver
hergestellt durch ein Spinnen eines 2G-T Polymers von 20,4 LRV bei
einer Polymertemperatur von 289°C
durch 363 Kapillaren bei einem Durchsatz von 2,108 gm/min/cap mit
einer Entnahmegeschwindigkeit von 1168 mpm, um hohle, runde Filamente
von dpf 16,3 (18,1 dtex) zu ergeben mit einem einzelnen zentralen
Hohlraum von 18% (bezogen auf das Volumen), welche bei einem Verhältnis von
3,32X gezogen wurden, anderweitig in ähnlicher Weise, dann von einem
Füllkasten
zu 9,2 Kräuseln
pro Inch (3,6 Kräusel/cm)
gekräuselt
wurden und mit nur 0,5% Aminosiloxan OWF geglättet wurden, aber anders als
für Objekt
B.
-
-
Die
Tabelle 2 zeigt die Werte der % Verminderung für 3 Mischungen, welche variierende
Verhältnisanteile
von Objekt B enthalten, gemischt mit dem Rest, welcher aus Objekt
C besteht (welches kein antimikrobielles Pulver hat).
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Die
Kernmantelfaser des Beispieles 2 wurde hergestellt in einer Art
und Weise, welche jener ähnlich war,
die mit Bezug auf das Objekt A des Beispieles 1 beschrieben worden
war, mit der Ausnahme, dass das antimikrobielle Konzentrat so dosiert
wurde, um 5 Gew.-% an antimikrobiellem Pulver in dem Mantel der
Filamente zu liefern. Außerdem
wurden die Mantel- und Kernpolymerströme in einem Verhältnis von
3:7 kombiniert, um einen 30% Mantel zu ergeben (welcher 5% des antimikrobiellen
Mittels enthält).
Dieses Beispiel ist in der Tabelle 3 unten als Bsp. 2 bezeichnet.
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VERGLEICHENDES BEISPIEL
3
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Die
Kernmantelfaser dieses Vergleiches wurde hergestellt in einer Art
und Weise, welche jener ähnlich war,
die mit Bezug auf das Objekt A in dem Beispiel 1 beschrieben worden
war, mit der Ausnahme, dass das verwendete antimikrobielle Mittel
das Mittel Bactekiller® AZ war, welches ein auf
einem Zeolithen beruhendes antimikrobielles Partikel ist, welches
Silber- und Zinkmetallionen enthält,
welche im Handel von Kanebo USA erhältlich sind. Das antimikrobielle
Mittel wurde mit einer Geschwindigkeit dosiert, um 40 Gew.-% Zusatzstoff in
dem Mantelpolymer zu ergeben. Die Mantel- und Kernpolymere wurden
in einem Verhältnis
von 2:3 kombiniert, um eine aus zwei Komponenten bestehende Faser
mit einem 40% Mantel zu ergeben. Dieses Beispiel ist in der Tabelle
3 unten als Objekt 3 bezeichnet.
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VERGLEICHENDES BEISPIEL
4
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Die
Kernmantel-Polyesterfasern aus zwei Komponenten (Bikomponentenfasern)
wurden hergestellt, indem man zuerst eine PET (2GT) Kernpolymerflocke
von 23,5 LRV in einem Vakuumtrockner während einer Zeitdauer von 24
Stunden trocknete, um den Feuchtigkeitsgehalt auf weniger als 50
ppm abzusenken. Für
die Mantelpolymere wurden PET (2GT) Flocken von 23,5 LRV und PET
Flockenkonzentrate, welche 20% des in Tabelle 3 spezifizierten antimikrobiellen
Mittels enthielten, zu geeigneten Mischverhältnissen gemischt, um die Mantelpolymere
mit dem Mengenanteil des in der Tabelle 3 gezeigten, spezifizierten
antimikrobiellen Mittels zu ergeben. Diese Flockenmischungen wurden
in einem Vakuumtrockner während
einer Zeitdauer von 24 Stunden getrocknet, um den Feuchtigkeitsgehalt
der Flockenmischungen auf weniger als 50 ppm abzusenken. Für jedes
der Objekte 4A bis 4I wurden die in der Tabelle 3 spezifizierten
Mantelpolymere durch einen Einschneckenextruder bei einer Entladungstemperatur
von 295°C
verarbeitet. Das Kernpolymer wurde in jedem Fall durch einen getrennten
Einschneckenextruder verarbeitet, welcher bei der gleichen Entladungstemperatur betrieben
wurde. Die zwei geschmolzenen Ströme wurden in einem Verhältnis von
1:1 miteinander verbunden, um einen 50% Mantel, welcher das antimikrobielle
Mittel enthielt, und einen 50% Kern zu liefern, unter Verwendung
einer Dosierplatte mit Öffnungen
gerade oberhalb einer jeden von den 144 runden Kapillaren der Spinndüse, und
sie wurden in runde Filamente gesponnen bei einer Polymertemperatur
von 290°C
und bei einem Durchsatz von 1.050 gm/min/cap. Den Filamenten wurden
es erlaubt, durch eine Luftquerströmung von 55°F (12,7°C) "frei zu fallen" und dann für die Analyse aufgesammelt
zu werden.
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VERGLEICHENDES BEISPIEL
5
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Ein
Vergleichsobjekt wurde im Wesentlichen so hergestellt, wie in dem
vergleichenden Beispiel 4 spezifiziert worden war, mit der Ausnahme,
dass die Mantel- und Kernpolymere in einem Verhältnis von 1:4 kombiniert wurden,
um einen 20% Mantel zu ergeben, welcher 1,5% Bactekiller® AZ
enthielt. Dieses vergleichende Beispiel ist in der Tabelle 3 als
Objekt 5 bezeichnet.
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Die
Ergebnisse der Viskosität
(LRV) der resultierenden Fasern aus den Beispielen 1 und 2 und für die vergleichenden
Beispiele 3, 4 und 5 sind in der Tabelle 3 gezeigt, welche auch
das besondere verwendete antimikrobielle Mittel spezifiziert, den
Prozentsatz Mantel und den Prozentgehalt des antimikrobiellen Mittels
in dem Mantel. TABELLE
3 – WIRKUNG
DES ANTIMIKROBIELLEN ZUSATZSTOFFES AUF DIE POLYMER LRV
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Die
oben in der Tabelle 3 aufgelisteten Objekte sind in der 2 gezeigt,
welche oben erörtert
worden ist und welche eine Darstellung der Beziehung zwischen Prozentanteil
Mantel und LRV ist. Insbesondere zeigt die 2 einen
Plot (Graphik) der LRV einer Faser als eine Funktion des Prozentanteils
eines antimikrobiellen Zusatzstoffes, welcher in dem Mantel der
50:50 Mantel:Kern Bikomponentenfasern vorhanden ist, welche aus jedem
dieser Objekte hergestellt worden sind. Es sollte beachtet werden,
dass in dieser Figur nur Objekte oberhalb der Linie, welche durch
die Gleichung LRV = –0,559 × (% Mantel)
+ 18,088 definiert ist, ein akzeptables Spinnen ergeben. Diese "Linie der Spinnbarkeit" und ihre Abhängigkeit
von dem Prozentanteil Mantel definiert weiterhin die nach dem Stand
der Technik gut bekannte Eigenschaft, zum Beispiel die vorher in
der koreanischen Veröffentlichung
No. 92-6382 erwähnte,
dass die auf einem Zeolithen beruhenden antimikrobiellen Mittel
nicht gut spinnen bei Mänteln
unter 30%. Es ist aus dem Kurvenverlauf jedoch offensichtlich, dass bei
allen bewerteten Mantelprozentanteilen die beiden Mittel, nämlich sowohl
Z200 als auch T558, gut über der
Linie der Spinnbarkeit lagen. Dies stimmt sogar in dem extremen
Fall, in welchem das in den Mantel geladene antimikrobielle Mittel
bei einem 6% und bei einem 20% Mantel verwendet wird.
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VERGLEICHENDES BEISPIEL
6
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Wie
früher
angemerkt worden ist, sind AZ und andere antimikrobielle Mittel
dazu fähig,
bei Mantelprozentanteilen von 30% oder mehr gesponnen zu werden.
Es ist jedoch, wie früher
auch angemerkt worden ist, vorteilhaft, die antimikrobielle Verbindung
nahe an der Oberfläche
unterzubringen, da es durch die Oberfläche passiert, dass das antimikrobielle
Mittel mit der Umgebung in Wechselwirkung tritt. Dies ist nach dem
Stand der Technik gut bekannt und wird durch das folgende vergleichende
Beispiel demonstriert.
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Konjugierte
Fasern wurden hergestellt so wie nach dem vergleichenden Beispiel
4 mit der Ausnahme, dass in diesem Fall das verwendete antinkrobielle
Mittel nur Bactekiller® AZ bei einem Gehaltsanteil
von 1% war und dass das antimikrobielle Mittel eher nur in dem Kern
als in dem Mantel angeordnet wurde. In einem Fall wurde zum Vergleichszweck
kein Mantelpolymer verwendet, was somit zu einer einzelnen Komponente einer
antimikrobiellen Faser führte.
Die Tabelle 4 listet diese Objekte auf. Die Spalte 2 dieser Tabelle
zeigt die Entfernung von der Oberfläche der Mantel/Kern Schnittfläche für die 6
dpf Fasern. Wie in 6 illustriert ist, fällt die
Wirksamkeit der Faser als ein antimikrobielles Produkt enorm herab,
wenn die Entfernung des antimikrobiellen Mittels von der Oberfläche von
1,33 μm
(Micron = Mikrometer) entsprechend einem 20:80 Mantel:Kernverhältnis auf
3,68 μm
entsprechend einem 50:50 Mantel:Kernverhältnis ansteigt.
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TABELLE
4 – WIRKUNG
DER ENTFERNUNG DES MITTELS VON DER FASEROBERFLÄCHE (6 DPF FASER, KLEBSEILLA
PNEUMONIAE BACTERIA)
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VERGLEICHENDES BEISPIEL
7
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Flocken,
welche das antinkrobielle Mittel enthielten, wurden gemischt und
getrocknet, so wie es oben in dem vergleichenden Beispiel 4 beschrieben
worden war. Gleiche Mengen von der Flocke wurden extrudiert durch
einen jeden der zwei Einschneckenextruder und an dem Eingang einer
jeden der 144 runden Spinndüsenkapillaren
miteinander verbunden, um ein Bündel
von Monofilamentfasern herzustellen, welche alle das antimikrobielle
Mittel durch die Faser hindurch enthielten. Der Durchsatz pro Kapillare
betrug 1.471 gm/cap min., und die Spinntemperatur betrug 290°C. Der Durchsatz
pro Kapillare betrug 1.471 gm/cap/min., und das Bündel von
Fasern wurde bei 900 ypm aufgesammelt.
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Die
Farbe der Faser gemessen unter Verwendung eines Hunter Lab D25M-9
Farbmessgerätes.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 gegeben, in welcher "b Farbe" ein Maß für Gelbheit
ist. Es kann gesehen werden, dass Z200, und bis zu einem gewissen
Grad T558, Farbvorteile in Polyester anbietet und zwar über beides,
sowohl über
das auf dem Zeolithen beruhende AZ als auch über das auf dem Bariumsulfat
beruhende B558. Ein höherer
b Farbenwert und ein resultierender niedriger Wert für die Weiße weisen
auf eine erhöhte Qualitätsverschlechterung
(Degradation) hin. TABELLE
5 – WIRKUNG
EINES ZUSATZSTOFFES AUF DIE POLYMERFARBE
