WO2004009683A1

WO2004009683A1 - Verfahren zur herstellung eines wasserabsorbierenden bahnförmigen materials

Info

Publication number: WO2004009683A1
Application number: PCT/EP2003/008042
Authority: WO
Original assignee: Wagner, Werner
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2004-01-29
Also published as: AU2003251453A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wasserabsorbierenden bahnförmigen Materials aus einer extrudierfähigen Schmelze, die aus einem feinkörnigen Granulat aus wenigstens einem superabsorbierenden Polymer (SAP) und einem unterhalb der Schmelztemperatur des SAP schmelzenden Thermoplasten besteht, die innig gemischt werden und in Bahnform gebracht werden, wobei die Granulat-Partikel von dem Thermoplasten weitgehend eingehüllt werden. Um ein Hygieneprodukt herzustellen, wird das Gemisch als Extrudat und/oder als Schmelze flächig ausgebracht, wobei während des Ausbringens und/oder nach dem Ausbringen die flächige Bahn derart strukturiert wird, dass die Zahl der von dem Thermoplasten gehaltenen, teilweise frei liegenden und die Atmosphäre kontaktierenden Granulat-Partikel vergrössert wird gegenüber dem Ausgangszustand.

Description

Verfahren zur Herstellung eines wasserabsorbierenden bahnförmigen Materials

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines wasserabsorbierenden bahnförmigen Materials aus einer extru- dierfähigen Schmelze, die aus einem feinkörnigen Granulat aus wenigstens einem superabsorbierenden Polymer (SAP) und einem unterhalb der Schmelztemperatur des SAP schmelzenden Thermoplasten besteht, die innig gemischt werden und in Bahnform gebracht werden, wobei die Granulat-Partikel von dem Thermoplasten weitgehend eingehüllt werden.

Ein solches Verfahren ist bekannt aus der JP 57-145151, teilveröffentlicht als PATENT ABSTRACT OF JAPAN. In dieser Schrift wird ein Verfahren beschrieben, bei dem wasserabsorbierende Polymere mit einer Partikelgröße < 250 μm mit einem polymerischen Thermoplasten, beispielsweise Polyethy- len, gemischt und in eine gewünschte Form, beispielsweise in die Form einer Folie, gebracht werden. Dabei wird darauf abgestellt, dass die Folie in einer trockenen Atmosphäre das absorbierte Wasser abgeben kann. Als Anwendungsfalle werden wasserentfernende Filter für organische Lösungsmittel oder Folien genannt, die Feuchtigkeit an einen umgebenden Boden abgeben.

Versuche haben gezeigt, dass eine Folie der vorgenannten Art zwar herstellbar ist und sich auch für die vorgenannten Zwecke eignen mag, jedoch für den Anwendungsfall Hygienefo- lie nicht geeignet ist. Bei Hygienefolien geht es darum, rasch Wasser aufnehmende Folien zu schaffen, bei denen die Granulat-Partikel aus SAP die anfallenden Wasser- oder Urin-Mengen absorbieren, ohne dass es darauf ankommt, dass das aufgenommene Wasser wieder abgegeben wird. Dieses verbleibt vielmehr, wie bekannt, in dem Hygieneartikel und wird mit diesem entsorgt. Auch im Bereich der Medizin ergeben sich Aufgaben, bei denen es auf eine rasche Aufnahme von Blut und anderen Körperflüssigkeiten ankommt. So sollen mit einer solchen Folie Verbandmaterialien und Stoma- Versorgungstücher herstellbar sein.

Es stellt sich demnach die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines wasserabsorbierenden bahnförmigen Materials aus einer extrudierfahigen Schmelze anzugeben, aus dem ein Hygieneprodukt herstellbar ist, das die vorgenannten Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem das Gemisch als Extrudat und/oder als Schmelze flächig ausgebracht wird, wobei während des Ausbringens und/oder nach dem Ausbringen die flächige Bahn derart strukturiert wird, dass die Zahl der von dem Thermoplasten gehaltenen, teilweise frei liegenden und die Atmosphäre kontaktierenden Granulat-Partikel gegenüber einer glatten Folie vergrößert wird. Es kommt demnach bei dem Verfahren darauf an, dass durch

Auswahl der für die exponierte Oberfläche maßgebenden Parameter, wie Foliendicke, Granulat-Partikel-Größe, Art der Strukturierung der wesentliche Teil der Granulat-Partikel in der umgebenden Matrix nicht vollflächig eingebettet ist, sondern mit der Atmosphäre und damit mit dem Wasser, welches aufgenommen werden soll, Kontakt hat. Granulat- Partikel aus SAP, die vollständig von Kunststoff eingehüllt sind, tragen zur Wasserabsorption nicht bei.

Es können verschiedene Verfahren angewandt ^' werden, um die vorgenannte Oberflächenvergrößerung und Exposition zu er- reichen. Als anwendbar haben sich beispielsweise Perforieren, Aufrauhen oder Dehnen erwiesen. Auch kann eine Ober- flächenvergößerung dadurch hervorgerufen werden, dass das Extrudermundstück und/oder die Fläche, auf die die Schmelze ausgebracht wird, eine entsprechende Struktur aufweisen. Zusätzlich können zu den Superabsorbentien der Ausgangs- schmelze natürliche oder polymerische Fasern beigemischt werden, die ebenfalls zu einer Oberflächenvergößerung beitragen.

Die Superabsorber sollten eine mittlere Korngröße von 20 und 250 μm besitzen. Der Gehalt an Superabsorbentien in der Schmelze beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 und 40 Gew.-%.

Eine Verbesserung der Wasseraufnahmegeschwindigkeit ergibt sich, wenn der SAP-Fasermischung vor dem Extrudieren ein Hydrophilisierungsmittel beigefügt wird. Superabsorbentien, die relativ spröde sind und daher auch bis auf eine gewünschte Korngröße zu vermählen sind, können durch Herstellung und Polymerisation von Acrylsäure und Stärke in einem wässrigen Medium hergestellt werden, wobei ein polyfunktionelles Monomer, wie beispielsweise N,N- alkylene-bis-acrylamid, als Vernetzungsagens eingesetzt wird. Ein solches Verfahren ist in dem US-Patent 4 076 663 beschrieben. Superabsorbentien können auch durch inverse Polymerisation von Acrylsäure hergestellt werden, wobei hier noch eine polyfunktionale Komponente verwendet wird, wie beispielsweise Epichlorhydrin. Weitere Superabsorbentien sind beschrieben in den US-Patenten 4 654 039, 3 669 103 und 3 670 731. Beschreibungen weiterer superabsorbierender Polymere finden sich in den US-Patenten 4 076 663 und 4 340 706. Superabsorber sind im Handel erhältlich, beispielsweise unter dem Handelsnamen FAVOR⁰ (Degussa/Stockhausen) . Die in der Größe von vorzugsweise 20 bis 250 μm vorliegenden suberabsorbierenden Partikel haben damit eine Korngröße, die es erlaubt, sie in entsprechende Folien einzubauen. Die Superabsorbention quellen auf, wenn sie Wasser oder wässrige Flüssigkeiten aufnehmen. Die Thermoplasten können vorzugsweise ausgewählt werden aus der Gruppe Polyamide, Polyester, Polyurethane, Polyolefine, Polyvinylidenchlorid-Copolymere, extrudierbare Polyalkoho- le, Polyetherester, und Celluloseacetate, deren Gemische und Copolymerisate, wobei aus Gründen der Preiswürdigkeit einem Pol ethylen oder Polypropylen sowie deren Gemische oder Copolymerisate der Vorzug gegeben wird.

Im Folgenden sollen Beispiele beschrieben werden, die die Erfindung erläutern.

Beispiel 1

Ein Polypropylen mit einem MFI von 30 bis 35, gemessen bei 230°C und bei 2,16 kp Belastung hat eine Dichte von 0,920 und wird als Ausgangsmaterial verwendet. Es handelt sich um ein Handelsprodukt mit der Bezeichnung HOSTALEN PPU 1780 F. Das Polypropylen wird in einem Aufschmelzextrüder mit 20

Gew.-% Superabsorber mit einer mittleren Garnulat-Partikel- Größe von 20 μm, jedoch nicht größer als 50 μm, auf der Basis Polyacrylat (Fabrikat FAVOR®, Hersteller: Stockhausen GmbH und CO. KG, Krefeld, versetzt und aufgeschmolzen. Da- bei werden die Komponenten homogen und innig durchmischt . Durch Wahl der entsprechenden Extrusionsfilter kann die Korngröße berücksichtigt werden.

Die Schmelze wird in einem Flachdüsen-Extrüder extrudiert, wobei jeder Kontakt mit Wasser vermieden wird, d. h., es wird ausschließlich Luftkühlung verwendet. Es wird versuchsweise eine 50 cm breite und 30 μm dicke Folie ausgeformt .

Die zum Extrudieren und Weiterverarbeiten notwendigen und bekannten Zusätze wurden dem Polymer hinzugefügt. Es han- delt sich um Gleitmittel, Füllmittel, Pigmente, Stabilisatoren und dergleichen, in angemessenen Mengen. Die Folie wird anschließend über Kalander-Stachelwalzen geschickt und mit Stacheln in einer Dichte von 18 pro cm² und 1mm Durchmesser perforiert. Bei Kontakt mit destilliertem Wasser nimmt die Folie wenigstens 80% ihres Ursprungsgewichtes an Wasser auf.

Beispiel 2

In einem Versuchs-Doppelkammer-Extruder wird eine Mischung aus 200 g granuliertem und fein gemahlenem Low Density- Polyethylen mit 125 g eines fein gemahlenem und auf eine Korngröße < als 10 μm abgesiebtem Superabsorbers der Marke FAVOR gemischt . Diese Mischung wird in der Extrüder-Kammer auf die Schmelztemperatur des Polyethylens aufgewärmt und durch Schlauchdüsen mit einer Spaltbreite von 25 μ extrudiert. Die Schlauchfolie wird aufgetrennt und über eine Doppelrollen-Anordnung um 35 % in Maschinenrichtung gedehnt. Dabei wirken die Poly-Acrylat-Granulate als hydroge- ne Bestandteile, die sich von der Umgebung etwas lösen und sich damit stärker exponieren und eine wesentlich verbes- serte Aufnahmefähigkeit für zu absorbierendes Wasser besitzen.

Beispiel 3

Die Verfahrensweise gemäß Beispiel 2 wird angewandt, wobei der Schmelze ein Hydrophilisierungs-Mittel mit dem Produktnamen STANTEX der Cognis GmbH mit 0,5 Gew.-% beigemischt wurde. Es handelt sich hierbei um ein nichtionisches Hydrophilisierungsmittel .

Beispiel 4

Dem Ausgangsgemisch gemäß Beispiel 3 wird mittels 15 Gew.-% auf eine Faserlänge von 0,2 mm geschnittene Cellulose-Faser (Pulpe-Faser) hinzugefügt und¹ ebenfalls innig vermischt. Auch hier zeigt sich gegenüber einer glatten und nicht strukturierten Folie eine wesentlich verbesserte Wasseraufnahmefähigkeit .

Beispiel 5 Die ausgebrachte Folie gemäß den Beispielen 3 und 4 wird mit Hilfe einer Aufrauhbürste (rotierende Bürste mit Naturfaser-Borsten) aufgerauht, wobei die Oberfläche der Folie teilweise abgetragen wird. Überschüssiges Material wird abgesaugt. Auch hier ist die Anzahl der freigelegten Granu- lat-Partikel vergrößert und ergibt eine bessere Wasser- Aufnahmefähigkeit .

Die Folie kann auch bei mehrschichtigen Folienlagen eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Folie mit einer Non- woven-Vliesschicht belegt sein. Die Nonwoven-Vliesschicht dient beispielsweise als Abstandshalter zu der schützenden Flüssigkeit abgebenden Körperoberfläche. Die aufzunehmende Flüssigkeit dringt durch das Vlies und wird von der SAP- haltigen Folie- absorbiert, ohne dass das SAP-Gel mit dem Körper in Berührung kommt .

Auch eine dreischichtige Folie ist herstellbar, bei der eine SAP-freie Kernfolie als relativ steifes Mittelglied und je eine SAP-gefüllte Ober- und Unterschichtfolie über- einander gelegt und durch Coextrusion hergestellt werden. Die SAP-freie Mittelschicht erlaubt ein schnelles und störungsfreies Extrudieren und verhindert bei der Blasextrusi- on Folienaufrisse und Bläschenbildung. Die Stabilität des Folienverbundes ist vergleichsweise hoch. Die Rezepturen können im Hinblick auf erwünschte Effekte und Eigenschaften nach fachmännischem Ermessen variiert werden. Beispielsweise kann die eintretende Flüssigkeit zu einer erwünschten verbesserten Verteilung gebracht werden. Auf der Rückenschicht kann durch Zusatz zusätzlicher hydrophober Polymere oder anderer Zusatzstoffe

Zusammengefasst kann festgestellt werden, dass neben dem Polypropylen und den aus Gründen der Preiswürdigkeit besonders geeigneten Polyolefinen auch andere Thermoplasten verwendet werden können, da sich hier ein ähnlicher Matrix- Aufbau von Superabsorber-Granulat-Partikeln und Thermoplasten ergibt, wobei die Beispiele ähnliche Ergebnisse zeigen.

Die in den Beispielen genannten Folien können in Hygiene- Artikeln, insbesondere Wegwerfwindeln und Inkontinenz- Artikeln, eingesetzt werden. Sie eignen sich auch zu Damenbinden und sogenannten Ultra-Flachbinden, wobei im Prinzip nur eine einzige Schicht verwendet werden muss. Die Folie kann für die vorgenannten Bedarfszwecke auch noch mit einem Topcheet versehen werden, so dass Wasserdampf zwar abgegeben, Wasser aber nicht durchgelassen werden kann. Auch im Bereich der Medizin ergeben sich Aufgaben, bei denen es auf eine rasche Aufnahme von Blut und anderen Körperflüssigkeiten ankommt. So sollen mit einer solchen Folie Verbandmaterialien und Stoma-Versorgungstücher herstellbar sein. Ähnliches gilt für Verpackungs- und Unterlagematerialien für Fleisch, Fisch, Obst und Gemüse, bei denen Wasser austreten kann.

Claims

Patentansprüche : 1. Verfahren zur Herstellung eines wasserabsorbierenden bahnförmigen Materials aus einer extrudierf higen Schmelze, die aus einem feinkörnigen Granulat aus wenigstens einem superabsorbierenden Polymer (SAP) und einem unterhalb der Schmelztemperatur des SAP schmel- zenden Thermoplasten besteht, die innig gemischt werden und in Bahnform gebracht werden, wobei die Granulat- Partikel von dem Thermoplasten weitgehend eingehüllt werden,

dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch als Extrudat und/oder als Schmelze flächig ausgebracht wird, wobei während des Ausbringens und/oder nach dem Ausbringen die flächige Bahn derart strukturiert wird, dass die Zahl der von dem Thermoplasten gehaltenen, teilweise frei liegenden und die Atmosphäre kontaktierenden Gra- nulat-Partikel vergrößert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche durch Perforieren, Aufrauhen oder Dehnen vergrößert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich- net, dass zusätzlich zu den Superabsorbentien der Ausgangsschmelze natürliche oder polymerische Fasern beigemischt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoplasten ausgewählt werden aus der Gruppe Polyamide, Polyester, Polyurethane, Polyolefine, Polyvinylidenchlorid-Copolymere, extrudierbare Polyalkohole, Polyetherester, und Cellu- loseacetate, deren Gemische und Copolymerisate.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Thermoplasten Polyethylen oder Polypropylen sowie deren Gemische oder Copolymerisate verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Superabsorbentien in der Schmelze zwischen 0,5 und 40 Gew.-% beträgt .

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße der Superabsorbentien zwischen 20 und 250 μm liegt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze vor dem vor dem Ausbringen ein wärmebeständiges Hydrophilisierungsmit- tel beigemischt wird.

9. Folie hergestellt nach Anspruch 1 und keinem weiteren Anspruch oder nach wenigstens einem weiteren der Ansprüche 2 bis 8.

10. Folienverbund mit wenigstens zwei Schichten, von denen wenigstens eine eine Folie nach Anspruch 9 ist.

11. Folienverbund nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund wenigstens zwei Schichten umfaßt, nämlich eine Folie nach Anspruch 9 und eine Nonwoven- Vliesschicht .

12. Folienverbund nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund wenigstens drei Schichten umfaßt, nämlich eine SAP-freie Folie aus einem geeigneten Thermoplasten als Mittelschicht und zwei Folien nach Anspruch 9 als Außenschichten.