DE1950985C3

DE1950985C3 - In Wasser dispergierbarer Faservliesstoff

Info

Publication number: DE1950985C3
Application number: DE1950985A
Authority: DE
Inventors: Michael R. Linden N.J. Fechillas
Original assignee: Johnson and Johnson
Current assignee: Johnson and Johnson
Priority date: 1968-10-09
Filing date: 1969-10-09
Publication date: 1981-09-10
Also published as: NL6915317A; DE1950985B2; DE1950985A1; US3554788A; GB1252054A; FR2020257A1

Description

Die Erfindung betrifft einen in Wasser dispergierbarcn Faservliesstoff aus einer Lage von sich überschneidenden und kreuzenden Fasern.

Ungewebte Faserstoffe haben sich weitgehend auf den Gebieten von hygienischen Tüchern, Servietten, Windeln, Binden usw. bewährt. Ein dabei auftretendes Problem ist jedoch die Beseitigung dieser Artikel. Ein Wegdieser Beseitigung ist die Veraschung, welche jedoch nicht in jedem Fall anwendbar ist, und oft ist in Abhängigkeit von den verwendeten Fasern und Bindemitteln die Verbre"·-- _a erheblich erschwert. Darüber hinaus ist es schwierig, solche Artikel in Haushalten zu verbrennen, und wenn diese für medizinische Verwendung bestimmt waren, ergeben sich beim Verbrennen im Hinblick" auf Verschmutzung weitere Probleme. Die meisten der ungewebten Faserstoffe erfordern eine hohe Naßfestigkeit, so daß

ίο sie auch während des Endzustandes ihrer Verwendung brauchbar bleiben, weshalb sie z. B. nur unter Schwierigkeiten durch Abflußleitungen, wie Toilettebecken oder industrielle Abwässersysteme, gespült werden können, da sie leicht die Ableitungen und Klärsysteme

Ii verstopfen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Faservliesstoff zu entwickeln, der im trockenen Zustand eine gute Reißfestigkeit aufweist und bei Befeuchtung durch Köipetflüssigkeiten, z. B. Urin, Blut, Menstruationsabscnderungen usw., ausreichend reißfest bleibt, jedoch leicht in Wasser dispergierbar und durch die vorgenannten Abflußleitungen spülbar ist. Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich bei einem Faservliesstoff aus sich überschneidenden und

r> kreuzenden Fasern durch 4 bis 35 Gew.%, bezogen auf das Faservlies, an in diesem verteiltem Bindemittel aus 70 bis 90% wasserunlöslichem, im wesentlichen wasserunempfindlichem, nicht selbstvernetzendem filmbildenden Polymer mit einem Kontaktwinkel von

in etwa 50 bis 70^c und 30 bis 10¹Vo wasserlöslicher Substanz mit pseudoplastischen Fließeigenschaften, welche in dem Polymeren einheitlich verteilt ist, und durch eine Faserlänge von mindestens 18 mm und höchstens 50 mm.

ij Ein solcher Vliesstoff hat eine gute Trockenreißfestigkeit, die von der Menge an vorhandenem Bindemittel und der Art, in welcher es eingebracht ist, abhängt. Wenn der wasserlösliche Teil des Bindemittels jedoch in Wasser gelangt, wird es gelöst und sprengt die Bindemittelteilchen in sehr kleine Tröpfchen, welche den Fasern eine leichte Dispergierbarkeit und dem Vliesstoff eine gute Spülfähigkeil vermitteln. Die Hcrauslösung der wasserlöslichen Teile des Bindemittels verhindert, daß das Bindemittel in sich selbst und mit

f> anderen Fasern verklebt und reduziert die Reißfestigkeit des VliesstolL· in starkem Umfang, wobei die Fasern faM ohne Wasserbewegung dispergiert werden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erlindung muß das wasserunlösliche Teil des Bindemittels

κι einen Kontaktwinkel von etwa 50 bis 70°, vorzugsweise von 55 bis 65°, aufweisen. Falls der Kontaktwinkel größer als 7()^c ist, ist das Teil des Bindemittels zu wasserempfindlich, so daß das endgültige Faservlies nicht ausreichend fest ist. Dagegen ist das Bindemittel

-,) bei einem Kontaktwinkel von weniger als 50° zu wasserunempfindlich und daher nicht geeignet, ein erfindungsgemäßes in Wasser dispergierbares Faservlies zu liefern. Erfindungsgemäß muß daher das wasserunlösliche Teil des Bindemittels einen solchen Anfeuch-

bo tungsgrad aufweisen, daß der Kontaktwinkel mit Wasser auf einem gegossenen Film eines solchen Polymeren zwischen 50 und 70° beträgt.

Es wird angenommen, daß der Kontaktwinkel des Polymeren in großem Umfang durch das grenzflä-

_M chenaktive Mittel gesteuert wird, das bei der Polymerisation des Polymeren verwendet wird. Viele der Bindemittelpolymeren sind in Emulsionsform polymerisiert, was als Emulsionspolymerisation bezeien-

net wird, wobei im allgemeinen unterschiedliche grenzflächenaktive Mittel oder Seifen zugefügt werden, um diese Polymerisation zu fördern. Es wird angenommen, daß, je mehr grenzflächenaktives Mittel angewendet wird, die Befeuchtbarkeit steigt und die Wasserunempfindlichkeit des Polymeren sinkt. In gewissen Fällen werden die Polymeren in Anwesenheit eines Schutzkolloids, wie Polyvinylalkohol, besser polymerisiert, als durch die Anwesenheit von grenzflächenaktiven Mitteln, und diese Polymere η sind für den in Faserstoff nach der Erfindung sehr geeignete wasserunlösliche Bindemittelteile.

Das wasserunlösliche Bindemittelteil muß darüber hinaus auch filmbildend sein. Damit ist gemeint, daß die Partikel des Polymeren in der Lage sind, aneinan- ι > der zu haften und bei Raumtemperatur eine zusammenhängende Phase zu bilden.

Das wasserunlösliche Teil des Bindemittels darf auch nicht selbst vernetzen. Damit ist gemeint, daß keine freien Radikale oder funktioneilen Gruppen in 2» dem Polymeren vorhanden sind, welche bei erhöhter Temperatur miteinander vernetzen. Beispiele von geeigneten wasserunlöslichen, im wesentlichen wasserunempfindlichen, filmbildenden, nicht selbstvernetzenden Polymeren sind Acrylharze, insbesondere Vi- :ί nylacrylharze.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Faservliesstoff schematisch dargestellt und wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung m zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf das erfindungsgen äße Faservlies,

Fig. 2 einen stark vergrößerten Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, und r>

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel eines wasserlöslichen Faservlieses nach der Erfindung.

In den F i g. 1 und 2 ist ein in Wasser dispergierbares Faservlies 10 dargestellt. Dieses besteht aus einer Lage von sich überlappenden und kreuzen- v< den, langgestreckten Textüfasern 11, wobei im wesentlichen gleichmäßig verteilte Teilchen eines Bindemittels 12 durch die gesamte Faserbahn verteilt sind. Diese Teilchen des Bindemittels bestehen zum überwiegenden Teil aus einem wasserunempfindlichen, je- -r> doch an den Fasern 16 haftenden Material 15. wie es in Fig. 2 besonders deutlich zu erkennen ist. Dieses Material besteht aus einem wasserunlöslichen, filmbildenden und nicht selbstvcrnetzendcn Polymeren. Ebenfalls gleichmäßig verteilt ist ein wasserlöslicher mi Stoff 17.

In Fig. 3 ist ein Faservlies 20 dargestellt, weiches aus einer Lage von sich überlappenden und kreuzenden Textüfasern 21 besteht, wobei ein Bindemittel in einem vorbestimmten Muster 22 über >■> die Vliesbahn verteilt ist. Dieses Muster besteht aus einer Anzahl von horizontal verlaufenden gewellten Linien. Das Bindemittel enthält ein nicht selbstvcrnctzendes Polymer 23, welches wasserunempfindlich ist, und über die Bindemittelbereiche is-t ein wasser- «> lösliches Maierial 24 einheitlich verteilt.

Die Basislage, welche für das Faservlies nach der Erfindung geeignet ist, kann durch Kardieren, Garnettieren, Aufblasen, Aufschwemmen oder irgendein anderes der unterschiedlichen bekannten Verfahren t,-, gebildet werden. Die im Faservlies enthaltenen Fasern können überwiegend in einer Richtung orientiert sein, wie z. B. in Kardenvliesen oder kaschierten Kardenvliesen, sie können jedoch auch im wesentlichen isotrop sein, wodurch eine gleichmäßige Reißfestigkeit in allen Richtungen erreicht wird, falls dies vorteilhaft erscheint. Für das Abdecken von Binden und ähnliche Verwendungszwecke^. B. auf den Außenflächen von Zellstoffwindeln, wo der Faserstoff spürbar sein muß, ist die Faserbahn sehr dünn; sie sollte ein Gewicht zwischen 10,6 g/m² bis 28,25 g/nr aufweisen.

Gleichmäßige Verteilung der Fasern ist eine wichtige Eigenschaft insbesondere bei Faservliesen, welche eine große Reißfestigkeit aufweisen und frei von schwachen Stellen sein müssen, die durch unzureichend gleichmäßige Verteilung auftreten. Derartig gleichmäßig starke Faservliese können durch Kardieren erreicht werden, wobei es vorteilhaft ist, Fasern zu verwenden, die gute Kardiereigenschaften aufweiseirund in ein Kardiervlies leicht eingebracht werden können. Als geeignet haben sich dafür Viskosekunstseide und Baumwolle erwiesen. Es kann jedoch jede andere Art von Textüfasern verwendet werden, was von dem jeweiligen Verwendungszweck der Faserstoffbahn abhängt. Die Basislage kann z. B. Naturfasern, wie Baumwolle, Jute oder Wolle, aufweisen. Kunstfasern aus Viskosekunsrseide, Cuproxam, Celluloseacetat usw., oder synthetische Fasern, wie Polyester, Polyamide, Polyolefine usw., können allein oder in Kombination miteinander verwendet werden.

Die aufgebrachte Bindemitleimenge soll etwa 4 bis 35% des Gewichts des Faservlieses betragen. Falls weniger als diese Bindemittelmenge aufgebracht wird, weist die Faservliesbahn nur unzureichende Reißfestigkeit auf. Im Gegensatz dazu ist das Faservlies nicht ausreichend in Wasser dispergierbar. wenn mehr als diese Bindemittelmenge aufgebracht wird, und die Spülfähigkeit läßt in gleichem Maße nach wie die gewünschten Eigenschaften von Geschmeidigkeit und Saugfähigkeit. Vorzugsweise beträgt die Bindemittelmenge 4 bis 12 Gew.% des Faservlieses, wenn eine schnelle Wasserdispergierbarkeit erreicht werden soll.

Das beim Herstellen des erfindungsgemäßen Faservlieses verwendete Bindemittel weist zwei Teile auf, und zwar ein wasserlösliches Teil und ein wasserunlösliches, im wesentlichen wasserunempfindliches Teil. Das wasserlösliche Teil still 10 bis 30% betragen. Geringfügige Mengen anderer Chemikalien, z. B. schaumbremsende Mittel, feuerhemmende Mittel. Farben u. a. können ebenfalls dem Bindemittel zugefügt werden.

Das wasserfeste Teil des Bindemittels muß im wesentlichen wasserunempfindlich sein. Damit ist gemeint, daß sich die Filme des Bindemittels nicht leicht verfärben und, falls überhaupt, nur geringfügig anleuchtbar sind. Ein Maßstab für die Anfcuchtbarkcit oder Wasserunempfindlichkeit des Polymers ist der Kontaktwinkel, derein Maßstab für die Oberflächenenergie ist, die erforderlich ist. um einen Wassertropfen auf der Polymeroberfläche zu verteilen. Jc höher der Kontaktwinkcl ist, um so mehr ist das Polymer anfeuchtbar oder wasserempfindlich, und je niedriger der Kontaktwinkel ist, um so wasserunempfindlicher ist es.

Es ist eine ganze Anzahl von Verfahren zum Messen des Kontaktwinkels bekannt, welche angewendet werden können. Eines dieser Verfahren ist das Reinigen der Oberfläche des Polymerfilms, um diese mit unterschiedlichen Materialien, z. B. ionenfreiem Wasser oder organischen Reinigungsmitteln zu testen und den Film zu trocknen. Statische Aufladung wird

von dem Film entfernt und dieser auf die Platte eines Kontaktwinkelgoniometers gelegt. Dieser besteht aus einem Mikroskop, dessen Achse horizontal verläuft und das mit einem in allen Richtungen verschiebbaren Spannblock ausgestattet ist. Das normale Okular des Mikroskops wire durch ein Winkelmeßokular ersetzt, welches in einer drehbaren Skala eine Gradeinteilung und an einem Arm eine Feineinstellung in Minuten aufweist. Die Haarlinien im Okular teilen das Gesichtsfeld in Quadranten. Ein Tropfen von ionenfreiem Wasser wird aus einer Kapillarrohre auf den Film oberhalb des Spannblocks aufgebracht. Diese Kapillarrohre ist Teil eines gewöhnlichen Augentropfers, dessen Spitze in eine 25-mm-Kapillarröhre mit einem Durchmesser ausgezogen ist, der gerade klein genug ist, um das Auslaufen des Wassers infolge von Schwerkraft zu verhindern. Um das Verteilen des Wassers vom Tropfer zu fördern, ist die Spitze der Kapillarröhre in einem Winkel zur Senkrechten geschliffen. Die Winkelmeßskala wird dann gedreht, bis die Kreuzhaarlinie parallel zur Oberfläche ist, auf welcher der Tropfen aufliegt. Die andere Kreuzhaarlinie wird so eingestellt, bis sie den Tropfen am Kontaktpunkt mit der Oberfläche, auf welcher er liegt, tangiert. Der Winkel zwischen den Haarlinien innerhalb des Tropfens kann von der Winkelmeßskala abgelesen werden. Dies ist der vorlaufende Kontaktwinkel. Bei Verwendung des Tropfers wird Wasser aus dem Tropfen auf dem Muster abgezogen, und der auswandernde Kontaktwinkel wird angezeigt. Infolge der Wasserverdampfung können sich diese Winkel verändern, und daher sind alle Bezugsnamen auf Kontaktwinkel auf solche gerichtet, die augenblicklich gemessen werden, also daß nach dem Aufbringen des Wassers auf den Film der Winkel gemessen und das Wasser dann entfernt wird.

Eine andere Art für das Messen der Kontaktwinkel ist das Aufbringen von Wasser auf den Film und das Anfertigen eines Querschnittbildes des Films mit dem darauf befindlichen Wasser, das Vergrößern um ein geeignetes Vielfaches und anschließendes mechanisches Messen des Kontaktwinkels. Der Kontaktwinkel ist die Summe des vorlaufenden und des Auswanderungswinkcls. geteilt durch 2.

Die wasserlöslichen Substanzen, welche für die vorliegende Erfindung geeignet sind, haben pseudoplastische Fließeigenschaften und nicht newtonsche oder thixotrope Fließeigenschaften. Mit pseudoplastisch ist gemeint, daß die Fließfähigkeit dadurch gekennzeichnet wird, daß der Scherwert nicht im gleichen Verhältnis zur Scherkraft steht, sondern dieser Scherwert in kleinerem Verhältnis zur angewendeten Scherkraft ansteigt. Mit anderen Worten gesagt, die Viskosität steigt in bezug auf die Scherkraft in kleinerem Maße an. Geeignete pseudoplastische wasserlösliche Materialien haben Viskositätswerte von etwa 500 bis 2000 Centipoise. vorzugsweise von 800 bis 1400 Centipoise. Das am besten geeignete wasserlösliche Material weist Viskositäten zwischen 1 IOC) und 1200 Centipoise auf. Am besten geeignet für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist ein Polymer aus Mannonsäure und Gluconsäure oder deren Derivate, und insbesondere Natriumalginate.

Das wasserempfindliche oder wasserlösliche Teil des Bindemittels kann irgendeines der verschiedenen wasserempfindlichen Bindemittel sein, z. B. Hydroxyäthykellulosc. Carboxymethylcellulose, natürliche Gummis, wie Ciuai. und vorzugsweise Alginate, wie Natriumalginat. Wichtig ist, daß zwischen H) bis 30% des wasserlöslichen Materials im Bindemittel des fertigen Produkts vorhanden ist und das wasserlösliche Material im wesentlichen gleichmäßig durch das Bindemittel hindurch verteilt ist. Die bevorzugte Menge von wasserlöslichem Material liegt zwischen 12 bis 26%, wobei die Menge zwischen Hund 18% am meisten zu empfehlen ist. Falls diese Menge zu klein ist, also unter 10°/o wasserlösliches Material vorhanden ist, wird das Faservlies nicht in Wasser dispergierbar, wogegen bei zu hohem Gehalt an wasserlöslichem Material nur unzureichende Troekenfestigkeit für die meisten Verwendungszwecke erreicht wird. Wenn darüber hinaus das wasserlösliche Material nicht gleichmäßig durch die Harzpolymertröpfchen oder Bindemittelteile verteilt ist, sprengt es bei seinem Herauslösen das Vlies nicht in ausreichendem Maße und erlaubt somit keine Trennung der Fasern, was das Vlies dispergierbar macht. Die gleichmäßige Verteilung des wasserlöslichen Materials innerhalb des Bindemittels wird durch den Zusatz von wasserlöslichem Material zu der Harzemulsion, vor dem Aufbringen des Bindemittels auf das Faservlies, erreicht. Mit wasserlöslichem Material ist eine Substanz bezeichnet, welche tatsächlich physikalisch verändert wird, wenn sie in Wasser gelangt, wobei das Wasser zwischen die Moleküle dringt und das Material aufbricht, und bei welchem im wesentlichen alle Stoffanteile in Wasser löslich sind.

Die Länge der Fasern ist für das Herstellen der Faservliesbahn nach der Erfindung ebenfalls von Bedeutung. Die Länge soll üblicherweise mindestens 18 mm betragen, um gleichmäßige Vliese durch Kardieren zu erreichen, vorzugsweise soll die Länge 25 bis 38 mm betragen, so daß die Fasern nicht miteinander verfilzen, wenn sie sich in Wasser dispergieren. Es hat sich ergeben, daß in der Faservliesbahn vorhandene Fasern mit einer Länge von über 50 mm infolge ihrer Länge dazu tendieren, sich in unerwünschter Weise beim Wegspülen durch Toilettebecken zu verfilzen, auch wenn sie in Wasser dispergiert werden und sich voneinander trennen.

Das Bindemittel kann auf das Vlies durch Drucken, Sprühen, Imprägnieren oder irgendein anderes Verfahren aufgebracht werden, bei dem die Menge des Bindemittels genau dosiert und das Bindemittel selbst gleichmäßig durch das Vlies verteilt wird. Das Bindemittel kann über die gesamte Oberfläche der Faserlage aufgebracht oder in einer Vielzahl von kleinen nicht aneinanderliegenden Flächen angeordnet werden. Das Bindemittel kann auch in quer zur Breite oder in einem Winke! der Fasersioffbahn oder ir. ur. abhängig voneinander bestehenden kleinförmigen Flächen kreisförmiger, winkelförmiger, quadratischer oder dreieckiger Form aufgebracht werden. Vorzugsweise werden innerhalb der Faserstoffbahn beim Aufbringen des Bindemittels ungebundene Flächen belassen. Diese ungebundenen Flächen absorbieren das mit den Bindemittelflächen in Berührung kommende Wasser und machen das Faservlies in kürzeren Zeiträumen dispergierbar.

Das folgende Beispiel beschreibt einen Faservliesstoff nach der Erfindung:

Beispiel

Eine Lage aus extra stumpft η Viskosekunstseidefasern von 2S mm Länge um! einem Titer von IV₂ Denier mit iinem Gewicht von etwa 17,8 g/m² wird

durch Standardkardiermaschinen gebildet. Ein Bindemittel mit folgender Formulierung wird angesetzt: Natriumalginat 1,02 kg

Nicht selbstvernetzendes wasserwiderstandsfähiges Vinylacrylpolymer (Kontaktwinkel etwa
58-60°) 5,67 kg

Schaumbremsendes Mittel 0,09 kg

Wasser 38,67 kg

Der pH-Wert dieses Bindemittels wird durch den Zusatz von Ammoniak auf 7,0 eingestellt. Das Bindemittelgemisch wird auf die Faservlieslage in einem Muster von horizontal verlaufenden Wellenlinien mit

6 Linien pro 25 mm aufgedruckt. Die aufgedruckte Bindemittelmenge beträgt 0,85 g/m².

Die sich daraus ergebende Faservliesbahn hat eine Geschmeidigkeit von etwa 72 und eine Maschinentrockenreißfestigkeit von etwa 1,81 kg/25 mm Breite und eine Querreißfestigkeit von etwa 0,136 kg/25 mm. Ein Muster des Faservlieses von etwa 15 X 15 cm wird in etwa 600 ml Wasser eingegeben und das Wasser vorsichtig mit der Hand umgerührt, ohne den Faserstoff zu berühren. Der Faserstoff wird in etwa 15 Sekunden dispergiert und kann nicht als Stück oder als eine Anzahl von Stücken aus dem Wasser genommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. In Wasser dispergierbarer Faservliesstoff aus einer Lage von sich überschneidenden und kreuzenden Fasern, gekennzeichnet durch 4 bis 35 Gew.%, bezogen auf den Vliesstoff, an in diesem verteiltem Bindemittel aus 70 bis 90% wasserunlöslichem, im wesentlichen wasserunempfindlichem, nicht selbstvernetzenden filmbildendem Polymer mit einem Kontaktwinkel von etwa 50 bis 70° und 30 bis 10% wasserlöslicher Substanz mit pseudoplastischen Fließeigeuschaften, welche in dem Polymeren einheitlich verteilt ist, sowie durch eine Faserlänge von mindestens 18 mm und höchstens 50 mm.

2. Faservlies nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserunlösliche Polymer ein Polyvinylalkoholschutzkolloid aufweist.

3. Faservlies nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserunlösliche Polymer ein Vinylacrylpolymer ist.

4. Faservlies nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserlösliche Substanz eine Viskosität von etwa 800 bis 1400 Centipoise aufweist.

5. Faservlies nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserlösliche Substanz eine Viskosität von 1100 bis 1200 Centipoise aufweist.

6. Faservlies nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserlösliche Substanz ein Polymer aus Mannonsäure und Gluconsäure oder deren Derivaten ist.

7. Faservlies nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserlösliche Substanz ein Natriumalginat ist.

8. Faservlies nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittelmenge etwa 4 bis 12 Gew.% der Faservlieslage beträgt.

9. Faservlies nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel etwa 14 bis 18% an wasserlöslieher Substanz aufweist.

10. Faservlies nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Textilfaser!! mit einer Länge von 25 bis 38 mm sind.

11. Faservlies nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in einem vorbestimmten Muster über die Oberfläche der Faservlieslage verteilt ist.