NO165113B

NO165113B - Absorberende laminatfilm.

Info

Publication number: NO165113B
Application number: NO821831A
Authority: NO
Inventors: Lee C Pedersen; Lyle F Elmquist
Original assignee: Grain Processing Corp
Priority date: 1981-08-05
Filing date: 1982-06-02
Publication date: 1990-09-17
Also published as: DE3276001D1; US4412036A; NO165113C; EP0074179A1; JPS634798B2; FI822715A0; DK308282A; NO821831L; CA1169992A; FI75354C; FI822715L; EP0074179B1; AU8419182A; JPS5837018A; FI75354B; AU552387B2

Abstract

Absorberende blanding omfattende reaksjonsproduktet. ved forhøyet temperatur og trykk,av enhydrolysert stivelses-polyakrylnitril-pode-kopolymer og en flerverdig alkohol som f.eks. glycerol i mengde på mellom 3 og 20v-%, Den resulterende blanding fremviser god fluid-absorpsjonsevne og gode vekeegenskaper og er spesielt nyttig for fremstilling av absorberende laminert film for anvendelse i bleier, papirhåndkLær o.l. En forbedret absorberende laminert film fremstilt ut fra den nevnte absorberende blanding og en fremgangs-måte for fremstilling av slik absorberende laminert film er beskrevet.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en absorberende laminatfilm omfattende i det minste et støttelag og en absorberende blanding festet til støttelaget, og det særegne ved laminat-filmen i henhold til oppfinnelsen er at den absorberende blanding omfatter reaksjonsproduktet av hydrolysert stivelse-polyakrylnitril-pode-kopolymer og en flerverdig alkohol med generell formel HOCH2(CHOH)nCH2OH, hvori n er et helt tall fra 1 til 5, hvori den nevnte hydrolyserte stivelse-polyakrylnitril-pode-kopolymer er tilstede i en mengde på fra 80 til 97 vekt%, og foretrukket fra 90 til 97 vekt%, og den nevnte flerverdige alkohol er tilstede i en mengde på 3 til 20 vekt% og foretrukket 3 til 10 vekt%, basert på den totale vekt av blandingen.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patent-kravene.

Ved fremstilling av den absorberende filmen utsettes det nevnte støttelag og den absorberende blanding for en temperatur og trykk tilstrekkelig til å binde dem sammen.

Prinsippet for oppfinnelsen er således at hydrolysert stivelse-polyakrylnitril-pode-kopolymer kombineres med en flerverdig alkohol som f.eks. glycerol, og den resulterende blanding fremviser god fluidabsorpsjonsevne og gode vekeegenskaper og er spesielt nyttig for fremstilling av laminert absorberende film for anvendelse i bleier, papirservietter og lignende.

Det er tallrike anvendelser for laminerte filmer som fremviser god fluidabsorpsjonsevne såvel som gode vekeegenskaper. Slike laminerte filmer er nyttig ved fremstilling av bleier, papirservietter, bandasjer, kirurgiske kompresser o.l. Vanligvis fremviser en laminert

film av denne type en av de ovennevnte ønskede egenskaper men ikke begge. Normal fremstilling av absorberende laminerte filmer går ut på fremstilling av en vandig dispersjon av absorpsjonsmidlet, nedlegging av en tynn våt-

film, tørking av denne og påføring av denne på ett eller flere lag av passende tissue eller mykpapir.

Hydrolyserte stivelse -polyakryl-rpode-kopolymerer som fremviser evne til å absorbere 300 til 1000 ganger sin egen vekt av av-ionisert vann er kjent, og utvikling av slike blandinger ble gjennomført av Northern Regional Research Laboratory i Peoria, Illinois. Stivelse .-polyakrylnitril-podekopolymer fremstilles ved polymerisering ved hjelp av friradikal-metoden hvor stivelse, enten gelatinert eller ugelatinert, utsettes for en katalysator som f.eks. cerium-ammoniumnitrat som virker som en katalysator for å utvikle fri radikaler i stivelseskjeden. Disse fri radikaler kan også frembringes ved bestråling. Polyakrylnitrilkjedene blir da knyttet til disse friradikaler ved hjelp av kopoly-merisering. En lang rekke av mulige substitusjonsgrader i disse kopolymerer er kjent og f.eks. US patentskrift nr. 3.035.099 viser fremstilling av kopolymerer.hvori molforhol-dene mellom stivelse og polyakrylnitriler er fra 1:1,5 til 1:9. Variasjonene i molforholdet av komponentene i kopolymeren er ikke kritisk for utøvelse av den foreliggende oppfinnelse. Det resulterende material blir så forsepet for å hydrolysere polyakrylnitrilkjedene, til karboksyamid- og alkalimetall-karboksylatgrupper blandet med metallsalter. Tørking av det hydrolyserte material kan gjennomføres ved trommel-lufttørking eller vakuumtørking. Etter tørking kan materialet absorbere omtrent 3 til 400 ganger sin egen vekt av av-ionisert vann. Vasking av den absorberende polymer med alkohol før tørking øker absorbsjonsevnen til 800 til 1000 ganger dens egen vekt av av-ionisert vann.

For å anvende denne absorberende kopolymer som en del av en laminert film i slike produkter som servietter, bleier, bandasjer, kirurgiske kompresser, tissue eller mykpapir, etc. tildannes den hydrolyserte stivelse-polyakrylnitril-pode-kopolymer som vanligvis foreligger i pulverform til en tynn film. For å gjøre dette blir den først dispergert i vann og deretter malt ved skjærpåvirkning til en liten størrelse, lagt ned som en våtfilm og tilslutt tørket. Det resulterende produkt er en tynn film av absorberende material som så påføres direkte til støtte-laget til å danne en laminert film omfattende støtte-laget og det absorberende material. Selv om dette resulterende produkt generelt er meget absorberende er veke-egenskapene noe redusert pga. det reduserte overflate-areal mellom tilstøtende partikler av den absorberende polymer og pga. blokkering bevirket av det høyt absorberende polymermaterial.

Videre er utgiftene for fremstilling av laminert absorberende film på den nevnte måte ganske høye, og det har følgelig foreligget et behov for en absorbedrende blanding brukbar ved fremstilling av absorberende laminert film av den type som bibeholder sine gode vekeegenskaper såvel som sine gode absorpsj onsegenskaper.

I motsetning til det som er kjent tidligere, er det funnet at ved å tilsette en liten mengde av en flerverdig alkohol som f.eks. glycerol, til den hydrolyserte stivelse-polyakrylnitril-pode-kopolymer og anordne dem mellom et par av støttelag eller støtte-tissue under innvirkning av varme og trykk, dannes en ønskelig laminert film med god væske-absorpsjonsevne, såvel som gode vekeegenskaper. Det antas at de forbedrede vekeegenskaper stammer fra det forhold at den absorberende polymer inneholdes mer som individuelle absorberende partikler enn som en kontinuerlig bane av film tildannet ved den konvensjonelle måte beskrevet i det foregående. Overflatearealet av den absorberende blanding

i samsvar med oppfinnelsen, når den er anordnet mellom støtte-lag-ark til å danne en laminert film blir således vesentlig øket i forhold til overflatearealet av det absorberende blandingslag av absorberende laminerte filmer

i samsvar med tidligere kjent teknikk.

Også til forskjell fra absorberende laminerte filmer kjent fra den tidligere teknikk og som er ganske sprø og stive, er de absorberende laminerte filmer som fremstilles ved den foreliggende oppfinnelse meget myke og fleksible, noe som er ytterst fordelaktig ved fremstilling av servietter, bleier og lignende hvor mykhet er ønskelig.

Disse formål oppnås ved den foreliggende oppfinnelse.

De hydrolyserte stivelse-polyakrylnitril-pode-kopolymerer som er basis for de absorberende polymerer anvendt ved oppfinnelsen er vel kjent og kan fås i handelen som tidligere opplyst. I mange av de etterfølgende eksempler er den hydrolyserte stivelse -polyakrylnitril-podekopolymer som anvendes det kommersielt tilgjengelige produkt som fremstilles av Henkel Corporation under handelsbetegneIsen "SGP 147". Denne stivelses-pode-polymer er typisk

et tørt pulver med høy fluid-absorpsjonsevne og gode vekeegenskaper. Det tørre pulver kan fås i varierende kornstørrelser idet den kornstørrelse som anvendes i eksemplene i det følgende er -30 mesh.

Det kommersielt tilgjengelige produkt "SGP 147" kan også generelt beskrives som en polymer omfattende en naturlig forekommende polymer (stivelse) og en syntetisk polymer (akrylamid og alkalimetall-akrylat). Mengdeforholdene mellom stivelse og akrylpolymer "SGP 147" polymer er omtrent 2:3 mens forholdet mellom akrylat og akrylamid er omtrent 3:1. Det er klart at andre hydrolyserte stivelse-polyakylnitril-pode-kopolymerer enn den ovennevnte "SGP 147" polymer kan anvendes ved oppfinnelsen for fremstilling av ønskelige absorberende blandinger for bruk ved fremstilling av en laminert film. De spesielle egenskaper som ønskes i sluttproduktet vil diktere den spesielle stivelses-podepolymer som anvendes.

De flerverdige alkoholer som anvendes ved oppfinnelsen

er dem som vanligvis omtales som sukker-alkoholer som ligner enkle sukkerarter hvorfra de dannes og hvorfra deres

betegnelser er avledet. Disse polyoler inneholder rette karbonkjeder hvori hvert karbonatom bærer en hydroksylgruppe. De sukkeralkoholer som er anvendbare ved den foreliggende oppfinnelse er som nevnt definert ved den generelle formel:

HOCH2 (CHOH) CH9OH hvor n er 1-5.

Inkludert blant de ovennevnte alkoholer er glycerol, erytritol, xylitol, sorbitol, mannitol og dulcitol idet glycerol helst foretrekkes eller er ønskelig for oppfinnelsens formål.

Det første trinn ved fremstilling av angjeldende blanding

er å kombinere den flytende flerverdige alkohol som f.eks. glycerol med den pulveriserte hydrolyserte stivelse - polyakrylnitril-pode-kopolymer og denne kombinasjon blir så grundig blandet. Mens forskjellige mengder av flerverdig alkohol kan kombineres med stivelse -podepolymeren foreligger visse praktiske grenser for at det resulterende produkt kan bli brukbart. Det er funnet at for tilfredsstillende resultater må mengden av flerverdig alkohol være minst 3% og ikke over 20% av den totale blanding av stivelse -podepolymer/alkohol. Hvis alkoholinnholdet er mindre enn 3% og således innholdet av stivelse -pode-polymer større enn 97% antas det at utilstrekkelig fornetting opptrer. Dette begrenser evnen for blandingen til å feste seg til tissue-støttelaget ved påføring under passende betingelser med varme og trykk. F.eks. vil en blanding med 20% alkoholinnhold og 80% stivelses-podepolymerinnhold oppnå fordelene ved den foreliggende oppfinnelse og resultere i en absorberende blanding brukbar ved fremstilling av absorberende laminerte filmer. Ønskelig-heten av et spesielt alkoholinnhold kan imidlertid avhenge av den måte hvorpå blandingen påføres på støttelaget ved fremstilling av den laminerte film. Hvis blandingen påføres med en type av vibrerende tilførselsinnretning

som foretrekkes ut fra viktigheten av blandingens flyte-evne, er den ønskelige øvre grense for alkoholinnholdet omtrent 10%. Blandinger med et alkoholinnhold større enn 10% resulterer i en blanding med konsistens av et klebrig pulver og dette gjør påføring ved hjelp av en vibrerende tilførselsinnretning vanskelig. Med innhold av flerverdig alkohol mellom 3 og 20%.'.vil innholdet av stivelses-podepolymer være tilsvarende mellom 80 og 97%.

Etter blandingen av den flerverdige alkohol og stivelses-podepolymeren er det resulterende produkt fremdeles i form av pulver eller korn. Den foretrukne anvendelse av denne blanding er som et absorberende lag i en absorberende laminert struktur. Ved den foretrukne metode innføres blandingen mellom passende støttelag i form av baner eller ark og blir så herdet under effektive betingelser for varme og trykk. En påføringsmåte for den absorberende blanding mellom støttelagene er å drysse den pulveriserte eller kornformede absorberende blanding ut på en overflate av et første støttelag ved hjelp av innretninger som f.eks. en vibrerende tilførselsinnretning. Et annet støttelag i form av en bane eller ark legges så over den absorberende blanding. Det er klart at forskjellige typer av støttelag i form av baner eller ark kan anvendes, f.eks. cellulose- eller syntetisk tissue eller mykpapir uretanskum-lag og lignende, kan anvendes ved fremstilling av den absorberende laminerte film men støttelag på basis av cellulosefibre foretrekkes. Det antas at når den absorberende blanding utsettes for effektive betingelser for varme og trykk som beskrevet i det følgende kleber blandingen til og snor seg inn mellom cellulosefibrene og holder således støttelagene sammen til å danne en sammenhengende laminert film.

Etter påføringen av den absorberende blanding på ett av støttelagene og overlegging av det annet støttelag herdes det resulterende laminat ved utøvelse av effektiv varme og trykk på den laminerte kombinasjon. Trykket kan utøves ved hjelp av en presse av platetypen eller kan også utøves i en konvensjonell lamineringsinnretning ved å føre et par av støttelag med den absorberende blanding anordnet mellom dem, gjennom en par av trykkvalser. Det er klart at den foretrukne kommersielle anvendelse av metoden vil anvende en slik innretning av valsetypen. Selv om forskjellige trykk vil resultere i et tilfredsstillende laminat,i avhengighet av den varme som tilføres og den hastighet hvormed arkene føres mellom valsene, foretrekkes trykk på mellom 17,5 og 35 kg/lineær cm når trykket utøves ved hjelp av konvensjonelle lamineringsinnretninger av valsetypen.

Det er funnet at under enkelte betingelser er også en

viss grad av varmepåvirkning ønskelig for å herde blandingen slik at den kleber til- og snor seg inn mellom fibrene i støttelaget eller lagene. Der er mange forskjellige temperaturer og trykk som vil resultere i et brukbart produkt. I de fleste tilfeller er det funnet at den temperatur som er nødvendig for herding i noen grad av-henger av den grad av trykk som utøves og vise versa.

Som et resultat av tester gjennomført på en lamineringsinnretning av valsetypen ble det funnet at når trykket var satt ved maskinens maksimum på omtrent 35 kg/lineær cm ble det oppnådd noen binding av den absorberende blanding til et par av støttelag ved vanlige betingelser (23,9°C) uten noen ekstra varmetilførsel i det hele tatt.

Under disse betingelser ble således testene gjennomført

ved vanlig eller romtemperatur. Ettersom temperaturen ble øket, ble bindingen mellom den absorberende blanding og tissue-støttelaget vesentlig forbedret. Selv om vanlig eller romtemperatur synes å være tilstrekkelig til å

gi noen binding ved høye trykk, foretrekkes en temperatur på i det minste omtrent 38°C.

Tester ble også gjennomført for å bestemme virkningen

av en endring i trykket ved konstant temperatur. Ved disse tester ble valsene holdt ved en temperatur på omtrent 93°C og trykket ble variert fra et maksimum på omtrent 35 kg/ lineær cm ned til et minimum på nærmest 0. Laminerte filmer fremstilt under disse betingelser viste utmerket binding ved trykk på mellom 17,5 og 35 kg/lineær cm. Ved et trykk på omtrent 8,75 kg/lineær cm var det fremdeles noe binding men bare svak sådan. Når trykket ble redusert til 0, var det overhodet ingen binding. Det ble følgelig funnet at for ønskelige resultater er det ønskelig med noe varme og noe trykk. Temperaturen bør foretrukket være minst omtrent 38°C, og trykket i det minste omtrent 8,75

til 17,5 kg/lineær cm i en lamineringsinnretning av konvensjonell valsetype. Den maksimale temperatur bestemmes ut fra egenskapene i den absorberende blanding og støtte-lagene. Den maksimale temperatur må være mindre enn en temperatur som vil nedbryte eller ødelegge de strukturelle egenskapene i den absorberende blanding og/eller støtte-laget eller lagene. I samsvar med de ovenfor beskrevne tester også angitt mer detaljert i de etterfølgende eksempler viser det seg at en temperatur på 177 til 204°C kan anvendes uten fare for den absorberende blanding eller støttelagene. Det synes ikke å være noen grense med hensyn til det maksimale trykk som kan anvendes, selv om det synes som om det minste trykk bør være i det minste omtrent 8,75 til 17,5 kg/lineær cm i en lamineringsinnretning av konvensjonell valsetype.

I henhold til de tester som er angitt i de etterfølgende eksempler påvirker også den hastighet hvormed de laminerte baner eller ark tilføres valsene i en konvensjonell lamineringsinnretning også bindingsgraden. Det ble funnet at for en gitt temperatur og trykk, ble bindingen bedre når hastigheten ble nedsatt mens bindingen ble svakere når hastigheten ble øket. Det meste av testingen ble foretatt med en hastighet på banen eller arket med omtrent 15,4 m/min. Ettersom hastigheten ble øket ble det funnet at temperaturen og trykket måtte økes tilsvarende for fort-satt å oppnå gode bindingsresultater. Med hastigheter på omtrent 90 m/min. førte selv ikke maksimale betingelser for temperatur og trykk til en brukbar binding. Det synes følgelig at den maksimale hastighet hvormed de laminerte baner kan føres gjennom en lamineringsinnretning av valsetypen er mindre enn 90 m/min.

Tester ble også gjennomført i laboratoriet. I disse tester ble imidlertid trykket utøvet med en platepresse. Trykket ble således målt i kg/cm 2 og ikke kg/lineær cm

som i lamineringsinnretni ngen av valsetypen. Resultatene av disse tester er angitt i de etterfølgende eksempler.

De følgende eksempler viser fremstilling av laminert film og absorberende blanding i samsvar med oppfinnelsen og i disse eksempler er alle deler og prosentandeler på vekt-basis med mindre annet er angitt.

Eksempel 1.

"SGP 147" vannabsorberende polymer ble grundig blandet

med henholdsvis 1,2,3,4 og 5% glycerol (basert på vekten av polymer). For hver av disse ble det separert en 25,4 x 25,4 cm seksjon, av dobbel tissue, og den glycerol-behandlede "SGP 147" polymer påført en overflate av et tissuelag med en saltbøsse. Det annet tissuelag ble så lagt over det første og det resulterende laminat presset

i en platepresse ved en temperatur på 121 C og et trykk

på 132,5 kg/cm 2. Laminater fremstilt med 4 og 5% glycerol-behandlet polymer bandt godt sammen mens 3% glycerol-behandlet polymer ga en tvilsom binding. Polymer behandlet med IX og 2% glycerol ga dårlige laminater som ikke klebet sammen. Laminater fremstilt med 4% og 5% glycerol-behandlet polymer viste gode vekeegenskaper og absorpsjonsevne.

EKSEMPEL 2

Tester ble også gjennomført for å bestemme om andre substanser enn flerverdige alkoholer, ved kombinasjon med stivelses-podepolymer ville gi gunstige resultater.

I en test ble en kvadratisk 65,4 cm 2 seksjon av dobbelt cellulosefibertissue separert og fuktet med en vann-atomiseringsinnretning. "SGP 147" polymer ble så strødd ut under anvendelse av, en saltbøsse. Det resulterende laminat ble presset sammen i en kald platepresse ved 175 kg/cm . Laminatet klebet sammen men var mykt og kunne lett rives opp på grunn av vannet. Vann påført laminatet trakk meget hurtig opp i dette. Når laminatet ble fremstilt med vann, klebet det ikke sammen og polymeren gikk tapt. Den ovennevnte test ble gjentatt ved temperaturer på henhv. 121 og 171°C og et trykk på 132,5 kg/cm<2>. Under disse betingelser klebet laminatene sammen og var ganske tørre, men fremstillingen under vann bevirket fremdeles problemer pga. at den anvendte tissue myknet og vanskelig kunne håndteres før pressingen. Ved en annen test ble laminater fremstilt under anvendelse av polymer behandlet med 2% og 5% mineralolje og de resulterende laminater klebet ikke sammen selv ved høyere temperaturer og trykk.

EKSEMPEL 3

I et ytterligere eksempel ble 25,4 x 25,4 cm laminater fremstilt som i eksempel 1 under anvendelse av "SGP 12 7" vannabsorberende polymer behandlet med 5% glycerol påført i en mengde på omtrent 32 g/m . Prøver av disse laminater (omtrent 11 x 11 cm) ble testet for fri fluid-absorpsjon og absorpsjon etter trykk. Disse prøver ble sammenlignet med eksisterende produkter inkluderende Dow Film Laminate fremstilt av Dow Chemical Company og "SGP 101" filmlaminat fremstilt fra en dispersjon av "SGP 150" polymer og lateks-emulsjon og fremstilt av Henkel Corporation. Resultatene viste en overlegen absorberende evne for glycerol-behandlet "SGP 147" absorberende polymer både med hensyn til absorpsjon såvel som vekeegenskaper.

EKSEMPEL 4

I en rekke av tester gjennomført i en påtenkt kommersiell produksjonslinje ble det separert et parti 2-lags ansiktsduk og en blanding av 95% "SGP 147" stivelses-podepolymer og 5% glycerol påført mellom arkene ved hjelp av en konvensjonell vibrasjons-tilførselsinnretning i en mengde på omtrent 4 3 g/m . Disse separerte ark med stivelse -podepolymer/glycerolblanding anordnet derimellom ble så ført inn mellom valsene i en konvensjonell lamineringsinnretning av valsetypen. Denne spesielle lamineringsinnretning hadde en oppvarmet stålvalse og en gummivalse som var i stand til å utvikle trykk så høye som 35 kg/lineær cm og temperaturer på omtrent 177°C. Under arbeidet ble de forskjellige apparatparametre endret. Disse inkluderte temperaturen, valsetrykket og hastigheten hvormed tissue-materialet ble ført mellom valsene. Den etterfølgende tabell oppsummerer de forskjellige drifts-betingelser og egenskapene av den resulterende binding.

Claims

1. Absorberende laminatfilm omfattende i det minste ett støttelag og en absorberende blanding festet til støttelaget, karakterisert ved at den absorberende blanding omfatter reaksjonsproduktet av hydrolysert stivelse-polyakrylnitril-pode-kopolymer og en flerverdig alkohol med generell formel HOCH2(CHOH)nCH20H, hvori n er et helt tall fra 1 til 5, hvori den nevnte hydrolyserte stivelse-polyakrylnitril-pode-kopolymer er tilstede i en mengde på fra 80 til 97 vekt%, og foretrukket fra 90 til 97 vekt%, og den nevnte flerverdige alkohol er tilstede i en mengde på 3 til 20 vekt% og foretrukket 3 til 10 vekt%, basert på den totale vekt av blandingen.

2. Laminatfilm som angitt i krav 1, karakterisert ved at den flerverdige alkohol er valgt fra gruppen bestående av glycerol, erytritol, xylitol, sorbitol og mannitol, og foretrukket glycerol.