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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Binden von Teilchen an Fasern,
unter Verwendung eines nicht-polymeren organischen Bindemittels.
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Die
Fasern und gebundenen Teilchen können
leicht durch äußere Anwendung
von Druck verdichtet werden. Die Bindemittel sind reaktivierbar
und können
auf einer Nasslegefaserbogenfertigungsstrasse auf Fasern aufgetragen
werden. In besonderen Ausführungsformen
betrifft die Erfindung das Binden von Superabsorptionsmittelteilchen
an Cellulosefasern, die dann beispielsweise verwendet werden können, um
Absorptionsmittelfasern herzustellen, die verdichtet und in Absorptionsmittelprodukte
bzw. absorbierende Produkte eingearbeitet werden. In anderen Ausführungsformen
betrifft die Erfindung die Aktivierung und Verwendung solcher Fasern,
vorzugsweise in einer Produktionsstätte an einem von einer Zellstoffbogenfertigungsstrasse entfernten
Ort, zum Binden von Superabsorptionsmittel- und/oder anderen Teilchen
an Cellulosefasern, die dann beispielsweise als Absorptionsmittelfasern,
eingearbeitet in Absorptionsmittelprodukte, verwendet werden können.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
den letzten Jahren wurden Superabsorptionsmittelpolymere entwickelt,
die viele Male ihres Eigengewichts an Flüssigkeit absorbieren können. Diese
Polymere, die auch als in Wasser unlösliche Hydrogele bekannt sind,
wurden zum Erhöhen
der Absorptionskraft von Sanitärprodukten,
wie Windeln und Damenbinden, verwendet. Superabsorptionsmittelpolymere
werden häufig
in Form von teilchenförmigen
Pulvern, Granulaten oder Fasern bereitgestellt, die durch die absorbierenden
Celluloseprodukte hindurch verteilt sind, um die Absorptionsfähigkeit
des Produkts zu erhöhen.
Superabsorptionsmittelteilchen werden beispielsweise in US-Patent
Nr. 4 160 059, US-Patent Nr. 4 676 784, US-Patent Nr. 4 673 402,
US-Patent Nr. 5 002 814 und US-Patent Nr. 5 057 166 beschrieben.
Produkte, wie Windeln, in die Absorptionsmittelhydrogele eingearbeitet
sind, werden in US-Patent Nr. 3 669 103 und US-Patent Nr. 3 670 731 gezeigt.
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Ein
Problem mit der Verwendung von Superabsorptionsmittel besteht darin,
dass das Superabsorptionsmittelmaterial physikalisch von den Cellulosefasern
eines Absorptionsmittelprodukts abgelöst werden kann. Die Abtrennung
des Superabsorptionsmittels von seinem Substrat vermindert die Absorptionskraft
des Produkts und senkt die Wirksamkeit des Superabsorptionsmittelmaterials.
Dieses Problem wurde in der Europäischen Patent-Anmeldung 442
185 A1 angeführt,
das die Verwendung eines Polyaluminiumchloridbindemittels zum Binden
eines Absorptionsmittelpolymers an ein faserförmiges Substrat offenbart.
Das Polyaluminiumbindemittel hat jedoch den Nachteil, ein anorganisches
Produkt zu sein, das nicht leicht bioabbaubar ist. Darüber hinaus,
bietet das Europäische
Patent keine Richtlinien zum Auswählen von Bindemitteln, die
sich von Polyaluminiumchlorid unterscheiden, welche beim Binden
von Absorptionsmittelteilchen verwendbar wären.
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Ein
Verfahren zum Immobilisieren von Superabsorpti onsmitteln wird in
US-Patent Nr. 4 410 571 offenbart, in dem ein in Wasser quellfähiges Absorptionsmittelpolymer
zu einer nicht-teilchenförmigen,
immobilisierten Zusammenflussschicht umgewandelt wird. Die Polymerteilchen
werden zu einer beschichteten Folie durch Weichmachen derselben
in einer organischen Polyhydroxyverbindung, wie Glycerin, Ethylenglycol
oder Propylenglycol, umgewandelt. Das Superabsorptionsmittel nimmt
eine nicht-teilchenförmige,
immobilisierte Form an, die auf ein Substrat geschäumt werden
kann. Die individuelle Teilchenidentität des Superabsorptionsmittelpolymers
geht bei diesem Verfahren verloren. Die zusammenfließende Natur
des Superabsorptionsmittelmaterials kann auch Gelblockieren ergeben,
wobei die Absorption sinkt, wenn die Wasser-gequollenen Polymere
den Flüssigkeitsdurchgang
durch die Folienschicht blockieren.
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US-Patent
Nr. 4 412 036 und US-Patent Nr. 4 467 012 offenbaren Absorptionsmittellaminate,
in denen ein hydroly siertes Stärke-Polyacrylnitril-Pfropf-Copolymer
und Glyceringemisch zwischen zwei Bahnmaterialschichten laminiert
wird. Die Bahnmaterialschichten werden durch Anwenden von äußerer Wärme und äußerem Druck
aneinander laminiert. Die Reaktionsbedingungen bilden kovalente
Bindungen zwischen den Bahnmaterialschichten, die an den Bahnmaterialschichten
aneinander fest haften.
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Zahlreiche
andere Patente haben Verfahren zum Auftragen von Bindemitteln auf
faserförmige
Bahnen beschrieben. Beispiele schließen US-Patent Nr. 2 757 150,
US-Patent Nr. 4 584 357 und US-Patent Nr. 4 600 462 ein. Solche
Bindemittel werden beim Binden von teilchenförmigen Stoffen, wie Superabsorptionsmittelteilchen
an Fasern, als nicht verwendbar beschrieben. Weitere Patente offenbaren
vernetzende Mittel, wie Polycarbonsäuren, die kovalente Bindungen
innerhalb der Fasern mit vereinzelten Cellulosefasern bilden, wie
in der Europäischen
Patent-Anmeldung 440 472 A1, Europäischen Patent-Anmeldung 427 317
A2, Europäischen
Patent-Anmeldung 427 316 A2 und Europäischen Patent-Anmeldung 429
112 A2. Die kovalenten Bindungen innerhalb der Fasern werden bei
erhöhten
Temperaturen gebildet und erhöhen
die Dichte der mit dem Vernetzer behandelten Cellulosefasern durch
Bilden von Vernetzungen innerhalb der Fasern. Das Vernetzen muss
unter sauren Bedingungen stattfinden, um Umwandlung der Esterbindungen
zu verhindern. Die kovalenten Bindungen in den Fasern erzeugen einen
Zellstoffbogen, der schwieriger zu herkömmlichen Zellstoffbogendichten
zu verdichten ist als bei einem unbehandelten Bogen. Kovalent vernetzte
Bindungen können
auch zwischen den Fasern und Teilchen gebildet werden und funktionelle
Gruppen einnehmen, die anderweitig zur Absorption verfügbar sein
würden;
folglich ist die Absorptionswirksamkeit vermindert.
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Ein
besonderer Nachteil des Bildens von kovalenten Vernetzungen innerhalb
der Fasern besteht darin, dass das erhaltene Faserprodukt Verdichtung
widersteht. Energieerfordernisse zur Herstellung von verdichteten
Absorptionsmittelprodukten werden erhöht, weil sehr hohe Kompressionsdrücke zum
Verdichten des Absorptionsmittelprodukts verwendet werden müssen. Es
würde vorteilhaft
sein, ein Verfahren zum Erhöhen der Verdichtung
von vernetzten Fasern durch Vermindern der Energieerfordernisse
zur Verdichtung bereitzustellen.
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Viele
verschiedene Arten von Teilchen, die von Superabsorptionsmitteln
verschieden sind, können
für verschiedene
Endanwendungen zu den Fasern gegeben werden. Antimikrobielle Stoffe,
Zeolithe und feuerfeste Stoffe sind jedoch einige Beispiele für Teilchen,
die zu den Fasern gegeben werden. Es würde vorteilhaft sein, ein Verfahren
zum Anbringen von Teilchen bereitzustellen, das viele der verschiedenen
Erfordernisse der Endanwender an die Teilchen berücksichtigen
würde.
Darüber
hinaus würde
es vorteilhaft sein, in dem Anbringungsverfahren den teilchenförmigen Abfall
zu vermindern und den Transport der Faserprodukte, die die Zugabe
von Teilchen erfordern, zu vereinfachen. Es würde weiterhin vorteilhaft sein,
teilchenförmige
Stoffe an Fasern zu binden, ohne das Erfordernis des Transports
von voluminösen
Fasern mit anhaftenden Teilchen, weil Transport und ausgedehnte
Handhabung diese Fasern mechanischer Einwirkung unterzieht, welche
einige Teilchen von den Fasern ablösen kann. Es würde auch
vorteilhaft sein, Bindemittel auf Fasern während des einleitenden Zellstoffbogenherstellungsverfahrens
einzuarbeiten, sodass die Fasern aktivierungsbereit und an einem
entfernten Produktherstellungsort zu verwenden sind.
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Es
war früher
wichtig, dass zu den Celluloseprodukten zugegebene Teilchen in Flüssigkeiten,
wie Wasser oder flüssigen
Bindemitteln, unlöslich
sind. Es wurde angenommen, dass Flüssigkeitsunlöslichkeit (insbesondere
Wasserunlöslichkeit)
eine wesentliche Eigenschaft für
Teilchen, die an Cellulosefasern gebunden sind, wäre, weil
lösliche
Teilchen durch ein Wasser-enthaltendes Bindemittel gelöst sein
würden.
Obwohl die Teilchen sich schließlich
wieder verfestigen könnten,
wenn das Bindemittel verdampft ist, würde Auflösung der Teilchen in dem Bindemittel
die Teilchen zum Diffundieren zu Bereichen des Produkts veranlassen,
wo sie nicht benötigt
oder erwünscht
sind. In Wasser lösliche
Teilchen wurden bis jetzt nicht für Teilchen verwendet, die unter
Verwendung eines Bindemittels an Fasern zu binden wären.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorangehenden und weitere Probleme wurden durch Bereitstellen von
Holzzellstofffasern (nachstehend auch genannt „Fasern") mit funktionellen Wasserstoffbindungsstellen
und nicht-polymeren organischen Bindemitteln, die eine Flüchtigkeit
geringer als Wasser aufweisen, überwunden.
Das Bindemittel hat eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung
mit den Fasern bilden kann, und eine funktionelle Gruppe, die auch
eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung
mit Teilchen bilden kann, die eine Wasserstoffbindungs- oder koordinative
kovalente Bindungsfunktionalität
aufweisen, und das Bindemittel in einer Menge von 1 bis 40 Gew.-%,
bezogen auf das Gewicht des faserförmigen Materials vorliegt.
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Die
erfindungsgemäß zu verwendenden
Fasern können
Teilchen, die an die Fasern mit einem nicht-polymeren Bindemittel
gebunden sind, aufweisen. Die Bindemittel umfassen Bindemittelmoleküle.
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Das
nicht-polymere Bindemittel hat eine Flüchtigkeit, die geringer als
Wasser ist. Die nicht-polymeren Bindemittelmoleküle haben mindestens eine funktionelle
Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder koordinative kovalente
Bindung mit den Teilchen bilden kann und mindestens eine funktionelle
Gruppe, die Wasserstoffbindungen mit den Cellulosefasern bilden
kann. Das nicht-polymere Bindemittel ist ein organisches Bindemittel und
schließt
vorzugsweise eine funktionelle Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus einem Carboxyl (beispielsweise Carbonsäuren), einem Carboxylat, einem
Carbonyl (beispielsweise Aldehyde), einer Sulfonsäure, einem
Sulfonat, einer Phosphorsäure,
einem Phosphat, einem Hydroxyl (beispielsweise einem Alkohol oder
Polyol), einem Amid, Amin und Kombinationen davon (beispielsweise
Aminosäure
oder Hydroxysäure)
ein, worin es mindestens zwei Funktionalitäten an dem Molekül, ausgewählt aus
dieser Gruppe, gibt und die zwei Funktionalitäten gleich oder verschieden
sind. Beispiele für
solche Bindemittel schließen
Polyole, Polyamine (nicht-polymeres organisches Bindemittel mit
mehr als einer Amingruppe), Polyamide (ein nicht-polymeres organisches
Bindemittel mit mehr als einer Amidgruppe), Polycarbonsäuren (ein
nicht-polymeres organisches Bindemittel mit mehr als einer Carbonsäurefunktionalität), Polyaldehyde
(ein nicht-polymeres organisches Bindemittel mit mehr als einem
Aldehyd), Aminoalkohole, Hydroxysäuren, ein. Diese Bindemittel
haben funktionelle Gruppen, die die ausgewiesenen Bindungen mit
den Teilchen und Fasern bilden können.
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Bevorzugter
ist das organische nicht-polymere Bindemittel ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem
Glycerindiester, Glyoxal, Ascorbinsäure, Harnstoff, Glycin, Pentaerythrit,
einem Monosaccharid oder einem Disaccharid, Zitronensäure, Weinsäure, Taurin
(2-Aminoethansulfonsäure),
p-Aminosalicylsäure,
Dipropylenglycol und Harnstoffderivaten, wie DMDHEU, und Kombinationen
davon. Geeignete Saccharide schließen Glucose, Saccharose, Lactose,
Ribose, Fructose, Mannose, Arabinose und Erythrose ein. Die bevorzugten
Bindemittel sind nicht-polymere Moleküle mit einer Vielzahl von Wasserstoffbindungsfunktionalitäten, die
dem Bindemittel erlauben, Wasserstoffbindungen mit sowohl den Fasern
als auch Teilchen zu bilden. Besonders bevorzugte Bindemittel schließen jene
ein, die fünf-
oder sechsgliedrige Ringe, besonders bevorzugt sechsgliedrige Ringe,
mit einer funktionellen Gruppe auf der teilchenförmigen Oberfläche bilden
können,
derzeit Glycerin, Glycerinmonoester, einschließlich Monoglyceride, ein Glycerindiester,
einschließlich
Diglyceride, Polyglycerinoligomere, ein Propylenglycololigomer,
Harnstoff und Kombinationen davon (wie Glycerin und Harnstoff).
Wenn hierin verwendet, bezieht sich ein Oligomer auf ein Kondensationsprodukt
von Polyolen, worin das Kondensationsprodukt weniger als zehn Monomereinheiten enthält. Ein
Polyglycerinoligomer, wie hierin bezeichnet, bedeutet ein Kondensationsprodukt
von zwei oder mehreren Glycerinmolekülen. Ein Propylenglycololigomer,
wie hierin angeführt,
bedeutet ein Kondensationsprodukt von zwei oder mehreren Propylenglycolmolekülen. Derzeit
ist ein speziell bevorzugtes nicht-polymeres Bindemittel Glycerin.
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Die
Holzzellstofffasern können
mit dem Bindemittel Wasserstoffbindungen bilden, während die
Teilchen aus solchen ausgewählt
werden, die Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen
mit dem Bindemittel bilden können.
Es wurde unerwarteterweise gefunden, dass dieses Bindemittelsystem
Teilchen an Fasern ausgesprochen gut festhalten kann. Ein überlegenes
faserförmiges
Produkt wird deshalb hergestellt, das verbesserte Absorptionsmitteleigenschaften,
verglichen mit ungebundenen oder kovalent gebundenen Teilchen, aufweist.
Die Bildung von nichtkovalenten Bindungen erlaubt die Herstellung
eines Faserprodukts, das leicht hergestellt werden kann und einer
Bahn, die leicht verdichtet wird und die leicht bioabbaubar ist
und entsorgt werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Absorptionsmittelprodukt eine faserförmige Cellulosematte, die Superabsorptionsmittelhydrogelteilchen
in Teilchenform enthält.
Die Superabsorptionsmittelteilchen können in Abhängigkeit von dem Bindemittel
mit dem Bindemittel Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente
Bindungen bilden, während
das Bindemittel wiederum mit den Hydroxylgruppen der Cellulosefasern
Wasserstoffbindungen bildet. Diese nichtkovalenten, relativ biegsamen
Bindungen zwischen dem Bindemittel und den Teilchen halten die Teilchen
mit den Fasern in Kontakt, und widerstehen Ablösung der Teilchen durch mechanische
Kräfte,
die während
der Herstellung, Lagerung oder Verwendung auf die Matte angewendet
werden. Die Menge des vorliegenden Bindemittels hängt typischerweise
von einer Vielzahl an Faktoren ab, einschließlich der Art des Bindemittels
und der Teilchen, und ob die Teilchen sofort oder nach einem Zeitraum
zu den Fasern gegeben werden. Folglich erkennt der Fachmann, dass
die Menge des Bindemittels, die für besondere Anwendung geeignet
und besonders verwendbar ist, variieren wird. Jedoch liegt das Bindemittel
in einer Menge von etwa 1 bis 40 Gewichtsprozent, oder 1 bis 25
Gewichtsprozent auf das faserförmige Material
vor. Die durch das Bindemittel gebundenen Teilchen, die erfindungsgemäß verwendet
werden (über Wasserstoff/koordinative
kovalente Bindungen), können
geeigneterweise in einer Menge von 0,05 bis 80 Prozent, vorzugsweise
1 bis 80 Prozent oder 3 bis 80 Prozent, und mehr als 3 Gewichtsprozent
des Gesamtgewichts des faserförmigen
Materials und der Teilchen vorlie gen. Ein besonders geeigneter Bereich
an Teilchen ist 3 bis 40 Gewichtsprozent des faserförmigen Materials
und der Teilchen. Ein bevorzugtes Gewichtsverhältnis von Teilchen-zu-Bindemittel ist 8:1
bis 50:1. Ein Beispiel eines geeigneten Teilchens ist ein Superabsorptionsmittelpolymer,
wie ein Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelteilchen
mit feiner oder großer
Größe, wie
ein Granulat, das mit dem Bindemittel Wasserstoffbindungen bildet.
Das Bindemittel bildet auch Wasserstoffbindungen mit den Hydroxylgruppen
der Cellulose, wodurch die Superabsorptionsmittelteilchen fest an
die Fasern gebunden werden.
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Die
vorliegende Erfindung schließt
auch ein Verfahren zum Binden von Teilchen an Fasern ein, wobei die
Teilchen im Wesentlichen in dem Bindemittel unlöslich sind (und in Wasser löslich) und
deshalb ihre feste Teilchenform nach dem Binden beibehalten. Die
Teilchen, ob oder nicht in Wasser löslich, haben vorzugsweise funktionelle
Gruppen, die Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen
mit dem Bindemittel bilden können,
und das Bindemittel wiederum kann Wasserstoffbindungen mit den Fasern
bilden. Andere Teilchen, ohne die gewünschte Funktionalität, können auch
in dem Faserprodukt enthalten sein, jedoch werden solche Teilchen
nicht so stark in der gleichen Weise gebunden.
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In
besonders bevorzugten Ausführungsformen
sind die Fasern Cellulose und die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen,
die durch Wasserstoffbindungen an das Bindemittel gebunden sind.
Die Fasern können
auch kontinuierliche oder diskontinuierliche synthetische oder natürliche Fasern
mit einer funktionellen Wasserstoffbindungsgruppe, die Wasserstoff
mit dem Bindemittel binden, sein. Das Bindemittel wird geeigneterweise
auf die Fasern in einer Menge von mindestens 1 Prozent und vorzugsweise
nicht mehr als 40 Prozent, auf das Gesamtgewicht des faserförmigen Materials,
aufgetragen. Die Teilchen können
an die Fasern bei weniger als 150°C
oder ohne beliebige äußere Anwendung
von Wärme
bei Umgebungstemperatur (beispielsweise etwa 25°C) gebunden sein. Die Teilchen
können
auch in Abwesenheit einer beliebigen äußeren Anwendung von Druck oder
in Abwesenheit von äußerer Wärme und äußerem Druck
gebunden sein.
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In
einigen Ausführungsformen
wird das Bindemittel mit den Fasern als ein Feststoff (beispielsweise ein
trockenes Pulver oder eine getrocknete Flüssigkeit) assoziiert und die
Fasern enthalten mindestens 7 Gewichtsprozent Wasser, wenn der Bindungsschritt
ausgeführt
wird. Dieser Anteil an Feuchtigkeit in den Fasern stellt ausreichend
Mobilität
der Reaktanten bereit, um die Teilchen und Fasern gut aneinander
binden zu lassen. Wenn ein flüssiges
Bindemittel verwendet wird (beispielsweise Glycerin oder eine Lösung von
Glycerinpulver), enthalten die Fasern geeigneterweise mindestens
etwa 0,5 Gewichtsprozent Wasser. Ein festes Bindemittel wird geeigneterweise
mit Fasern mit weniger als 0,5 Gewichtsprozent Wasser verwendet,
wenn das Bindemittel oberhalb seines Schmelzpunktes zum Verflüssigen desselben
erhitzt wird. Der Feststoff kann auf die Fasern als eine übersättigte Lösung angewendet
werden oder das feste Bindemittel kann zum Verflüssigen des Bindemittels über seinen
Schmelzpunkt erhitzt werden, welches später auf die Fasern aufgetragen
wird. Nach Verfestigen wird das Bindemittel desaktiviert. Ein festes
Bindemittel kann thermoplastisch oder schmelzbar sein, sodass es
oberhalb seines Schmelzpunktes/Erweichungspunktes erhitzt werden
kann und anschließend
zum Verbinden von Fasern aneinander gekühlt wird. Die thermoplastischen
Eigenschaften des Bindemittels können
auch zusätzliche
mechanische Anhaftung zwischen den Teilchen und Fasern bereitstellen.
In einigen Ausführungsformen
kann ein thermoplastisches Bindemittel, wie Harnstoff, angewendet
werden, das Teilchen sowohl thermoplastisch als auch über Wasserstoffbindungen
anheften kann.
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In
anderen Ausführungsformen
sind die Teilchen in Wasser löslich,
haben jedoch verminderte Löslichkeit
in dem Bindemittel, sodass die Teilchen in fester Teilchenform an
die Fasern gebunden sein können.
Die Zugabe des Bindemittels löst
die Teilchen nicht und veranlasst sie nicht zum Wegdiffundieren
von ihrer gewünschten
Anbindungsstelle an den Fasern. Das Bindemittel bindet die Teilchen
an den Fasern und bildet eine Bindung, von der gefunden wurde, dass
sie gegen mechanisches Zerreißen
beständig
ist. Ein wesentlicher Vorteil von diesen Bindemitteln besteht darin,
dass gefunden wurde, dass das Bindemittel und die Teilchen zusammen
an der Faser den zum Verdichten der Fasern erforderlichen Druck
vermindern. Die Bindemittel können
auch an Fasern für
mehr als eine Woche, einen Monat oder auch ein Jahr in einem inaktiven
Zustand vorliegen, dann später
aktiviert oder reaktiviert werden, um Teilchen an die Fasern zu
binden. Flüssige
Bindemittel (die reine Flüssigkeiten
oder wässerige
Lösungen
von festen Bindemitteln einschließen) können auf den Fasern angeordnet,
getrocknet und später
durch Befeuchten der Fasern aktiviert werden. Alternativ kann ein
trockenes, festes Bindemittel zu den Fasern gegeben werden und später durch
Zugabe einer Flüssigkeit
aktiviert werden. Ein inaktives Bindemittel kann auch durch Anwenden
kinetischer Energie auf die Fasern aktiviert werden, nachdem das
Bindemittel und die Fasern einen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt
mit der Atmosphäre
erreicht haben (anschließend
als „lufttrocken" bezeichnet). Kinetische
Energie kann auf das Bindemittel und Fasern beispielsweise und ohne
Begrenzung durch Anwendung von mechanischem Rühren, äußerem Druck oder Anwenden von
Ultraschall angewendet werden. In anderen Ausführungsformen kann das Bindemittel durch
Erwärmen
der Fasern nach Auftragen des Bindemittels auf die Fasern aktiviert
oder reaktiviert werden.
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Die
Kapazität
für Aktivierung
oder Reaktivierung erlaubt es, das Bindemittel auf die Fasern aufzutragen,
welche dann mit dem Bindemittel in einer inaktiven Form zu Verteilungspunkten
(Bestimmungsort) transportiert werden. Das Bindemittel wird dann
an dem Verteilungspunkt (beispielsweise einer Abnehmeranlage) aktiviert,
wo die Teilchen zu den Fasern gegeben und daran gebunden werden.
Wie hierin verwendet, schließt „Aktivierung" sowohl Aktivierung
von vorher inaktiven Bindemitteln (wie festen Bindemitteln in Abwesenheit von
Flüssigkeit)
oder Aktivierung von vorher aktiven Bindemitteln (wie ein flüssiges Bindemittel,
das getrocknet wurde) ein.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das Bindemittel
in einem Muster aktiviert oder reaktiviert werden kann, das einer
gewünschten
Verteilung der Teil chen in faserförmigem Material entspricht. Beispielsweise
kann ein Aktivierungsfluid, wie eine aktivierende Flüssigkeit,
auf die Flächen
einer Windel aufgetragen werden, die während der Verwendung anfangs
mit Harn befeuchtet sein wird. Beispiele ohne Begrenzung von geeignet
aktiviertem Fluid schließen
Wasser, Niederalkylalkohole, Polyole, wie Glycole, Aceton und Kombinationen
davon, wie Wasser und Glycerin, ein. Wenn das aktivierende Fluid
eine Flüssigkeit,
wie Wasser, ist, kann das Wasser versprüht oder anderweitig aufgetragen
werden und kann in Form von Dampf oder Feuchtigkeitsbeladenem Gas,
wie feuchter Luft, bereitgestellt werden. Andere flüssige Aktivierungsfluids
können
in der gleichen Weise angewendet werden. Superabsorptionsmittelteilchen
können
zu aktivierten Flächen der
Windel gegeben werden und fast ausschließlich auf jenen Flächen anhaften,
wo anfänglich
Harnabsorption erforderlich ist. Zielgerichtete Aktivierung von
Bindemittel gestattet Teilchen, die bei vermindertem Teilchenabfall
wirksam und ökonomisch
an den Fasern anzubringen sind. Darüber hinaus erhöht zielgerichtete
Bindemittelaktivierung und Teilchenanhaftung die absorptive Wirksamkeit
des Produkts durch Vermindern des zu starken Aufsaugens von Flüssigkeit
in der Ebene des absorptiven Produkts.
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Die
Erfindung ist auch auf faserförmige
Produkte, die durch beliebige der hierin beschriebenen Verfahren
hergestellt werden, und auf Absorptionsmittelteilchen, die von solchen
faserförmigen
Produkten umfasst sind, gerichtet. Diese faserförmigen Produkte schließen Fasern
mit inaktiven oder aktivierbaren Bindemitteln ein. Ein faserförmiges Produkt
kann einzelne Fasern oder daraus hergestellte Bahnen sein.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die vorstehenden Aufgaben, Merkmale
und Vorteile einzeln sowie insgesamt. Die vorstehenden und andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung
und beigefügten
Zeichnungen im Einzelnen deutlicher.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Nasslegefaserbogen-Fertigungsstrasse,
die für
die Auftragung der Bindemittel gemäß der vorliegenden Erfindung
während
der Herstellung eines Faserbogens erläuternd ist.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines Bindemittelaktivierungs- und
Teilchen-Bindungsverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
eine schematische Beschreibung der Komponenten einer Vorrichtung,
die stark voluminöse Fasern
erzeugt.
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4 ist
eine Draufsicht einer Struktur, in der gemäß der Erfindung zu verwendende
Fasern mit gebundenen Teilchen eingearbeitet werden, wobei die Fasern
in Form einer erläuterten
Absorptionsmittellage vorliegen.
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5 gibt
eine Teilquerschnittsansicht der Lage von 4 wieder.
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6 erläutert eine
Ebenenansicht eines Verbands, in den Fasern der vorliegenden Erfindung
eingearbeitet sind.
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7 ist
eine Querschnittsansicht des Verbands von 6, entlang
Linie 7-7 von 6 genommen.
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8 ist
eine Draufansicht auf eine Wegwerfwindel, die einen Kern von erfindungsgemäßen Fasern einschließt.
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9 ist
eine vertikale Querschnittsansicht entlang Linie 9-9 der Windel
von 8.
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10 ist eine Ansicht einer vergrößerten Faser
mit an die Faser mit erfindungsgemäß zu verwendenden Bindemitteln
gebundenen Teilchen.
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11 ist eine schematische Ansicht einer Cellulosematte
mit Teilchen, die an alle ihre Oberflächen und über ihre Tiefe gebunden sind.
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12 ist eine Photomikrographie von an die Fasern
mit einem Ascorbinsäurebindemittel
anhaftenden Teilchen.
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13A, 13B, 13C und 13D sind
Photomikrographien von an die Fasern mit Lactose gebundenen Teilchen.
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14 ist eine Photomikrographie von Oxalsäureteilchen,
die an eine Faser mit einem Glycerinbindemittel gebunden sind.
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15 ist eine Photomikrographie von Aluminiumsulfat
(Alaun), das an eine Faser mit einem Glycerinbindemittel gebunden
ist.
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16 ist eine Photomikrographie von EDTA(Ethylendiamintetraessigsäure)-Teilchen,
die an eine vernetzende Faser mit einem Glycerinbindemittel gebunden
sind.
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BESCHREIBUNG VON EINIGEN
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG IM EINZELNEN
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I. Verarbeiten der Fasern
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1A erläutert
eine Nasslegebogenfertigungsstrasse, wie eine Zellstoffbogenfertigungsstrasse 10. In
dieser Fertigungsstrasse wird eine Zellstoffaufschlämmung 12 aus
einem Stoffauflauf 14 durch einen Auslaufspalt 16 und
auf ein Langsieb 18 abgegeben. Die Zellstoffaufschlämmung 12 schließt typischerweise
Cellulosefasern, wie Holzzellstofffasern, ein und kann auch synthetische
oder andere Nicht-Cellulose-Fasern als Teil der Aufschlämmung einschließen. Wasser
wird von auf Sieb 18 mit einem herkömmlichen Vakuumsystem, nicht
gezeigt, abgeschiedenem Zellstoff abgezogen, unter Hinterlassen
von abgeschiedenem Zellstoffbogen 20, der durch eine Entwässerungsstation 22 geführt wird,
erläutert
in diesem Fall als zwei Reihen von Kalanderwalzen 24, 26,
die jeweils einen entsprechenden Spalt definieren, durch den der
Zellstoffbogen oder -matte 20 gelangt. Aus der Entwässerungsstation
läuft der
Zellstoffbogen 20 durch einen Trocknungsabschnitt 30 der Zellstofffertigungsstrasse.
In einer herkömmlichen
Zellstoffbogenfertigungsstrasse kann Trocknungsabschnitt 30 Mehrfachkanistertrockner
einschließen,
wobei die Zellstoffmatte 20 einem Serpentinenweg um die
entsprechenden Kanistertrockner folgt und als ein getrockneter Bogen
oder Matte 32 aus dem Auslass des Trocknungsbereichs 30 wieder
auftaucht. Andere alternative Trocknungsmechanismen, einzeln oder
zusätzlich
zu Kanistertrocknern, können
in die Trocknungsstufe 30 eingeschlossen sein. Der getrocknete
Zellstoffbogen 32 hat einen maximalen Feuchtigkeitsgehalt
gemäß den Anweisungen
des Herstellers. Typischerweise ist der maximale Feuchtigkeitsgehalt
nicht mehr als 10 Gewichtsprozent der Fasern und besonders bevorzugt
nicht mehr als etwa 6% bis 8 Gewichtsprozent. Andererseits tendieren
die Fasern dazu, zu feucht zu werden. Sofern nicht übereinanderliegende
feuchte Fasern sofort verwen det werden, werden diese Fasern Abbau
durch beispielsweise Schmelzen oder dergleichen unterliegen. Der
getrocknete Bogen 32 wird auf einer Walze 40 zum Transport
zu einem entfernten Ort aufgenommen; das heißt, man trennt von der Cellulosebogenfertigungsstrasse,
wie bei einer Anlage des Anwenders zur Verwendung beim Herstellen
von Produkten. Alternativ wird der getrocknete Bogen 32 in
einer Ballenvorrichtung 42, von der die Ballen aus Zellstoff 44 zum
Transport für einen
entfernten Ort erhalten werden, gesammelt.
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Ein
Bindemittel des nachstehend genauer erläuterten Typs wird auf den Zellstoffbogen
von einer oder mehreren Bindemittelauftragevorrichtung(en) aufgetragen,
wobei eine davon in 1 bei 50 ausgewiesen
ist. Eine beliebige Bindemittelauftragevorrichtung kann verwendet
werden, wie Sprüher,
Walzenbeschichter, Eintauchauftrager oder dergleichen. Sprüher sind
typischerweise leichter anzuwenden und in eine Zellstoffbogen-Fertigungsstrasse
einzubauen. Wie durch die Pfeile 52, 54 und 56 ausgewiesen,
kann das Bindemittel an verschiedenen Orten oder an verschiedenen
Orten auf der Zellstoffbogen-Fertigungsstrasse, wie oberhalb der Trocknungsstufe 30 (ausgewiesen
durch Strich 52), zwischen der Trocknungsstufe 30 (ausgewiesen
durch Strich 54) oder stromabwärts von der Trocknungsstufe 30 (wie
ausgewiesen durch Strich 56), aufgetragen werden. Auf Wasser
basierende Bindemittel, wie nicht-polymerer Harnstoff, werden typischerweise
an einem Ort aufgetragen, wo in der Trocknungsstufe noch ausreichend
Trocknen stattfinden kann, um ein getrocknetes Bindemittel, das
den Faserbogen enthält,
mit nicht mehr als dem maximal gewünschten Feuchtigkeitsgehalt
herzustellen. Folglich werden, um den Vorteil von Trocknungsstufe 30 zu
nutzen, auf Wasser basierende Bindemittel typischerweise an Orten 52 oder 54 aufgetragen.
Bei Ort 52 wird das in dem Bogen oder in der Matte 20 verbliebene
Wasser an dieser Stufe in der Regel das Eindringen des Bindemittels
in den Bogen stören.
Folglich ist es bevorzugt, dass Auftragung von Bindemittel erfolgt,
nachdem etwas Trocknen, beispielsweise an Ort 54, stattgefunden
hat. Wenn auf Wasser basierende Bindemittel an Ort 56 in
einer Menge angewendet werden, die den Feuchtigkeitsgehalt des Bo gens über das
gewünschte
maximale Maß steigen
lassen würde,
kann eine zusätzliche
Trocknungsstufe (nicht gezeigt) in der Zellstofffertigungsstrasse
enthalten sein, um den Feuchtigkeitsgehalt auf das gewünschte Maß zu senken.
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Ein
nicht auf Wasser basierendes Bindemittel, wie Glycerin, wird besonders
bevorzugt stromabwärts von
der Trocknungsstufe an Ort 56 oder während der Trocknungsstufe,
wie an Ort 54 ausgewiesen, zugesetzt. Jedoch können flüssige, nicht-wässerige
Bindemittel auch an einem Ort, wie Ort 52, stromaufwärts von
der Trocknungsstufe zugegeben werden. An diesem letzteren Ort kann
das Wasser in der feuchten Bahn an diesem Punkt in der Regel diese
Bindemittel in der Matte oder in dem Bogen anziehen, da die Bindemittel
in der Regel hygroskopisch sind. Da nicht-wässerige Bindemittel typischerweise
den Abbau des Produkts aufgrund der Zugabe von Feuchtigkeit zu dem
Bogen nicht erhöhen,
können
sie stromabwärts
von der Trocknungsstufe, ohne den Feuchtigkeitsgehalt des Bogens über das
gewünschte
Maß zu
bringen, angewendet werden.
-
Die
teilchenförmigen
Materialien, ausgewählt
wie nachstehend erläutert,
können
zu dem Bogen gegeben werden und daran durch die Bindemittel auf
der Zellstofffertigungsstrasse angeheftet werden, wie durch den
teilchenförmigen
Applikator 60 ausgewiesen, welcher eine Schütt- oder
volumetrische Dosiervorrichtung umfassen kann. Diese Teilchen können gesprüht, gegossen
oder anderweitig dem Bogen zugesetzt werden. Um das Anhaften von
diesen Teilchen an dem Bogen an diesem Ort zu erleichtern, muss
ausreichend Feuchtigkeit in dem Bogen zurückbleiben, wobei im Fall von
wässerigen
Bindemitteln das Binden zwischen den Teilchen und Fasern, wie nachstehend
erläutert,
ermöglicht
wird. Für
nicht-wässerige
Bindemittel werden die Teilchen in diesem Fall vorzugsweise zugegeben,
während
das Bindemittel noch feucht oder erhitzt ist, um die Reaktion zu
erleichtern. Teilchen können
auf die Zellstoffbogen-Fertigungsstrasse in dieser Weise gegeben werden,
wobei eine anschließende
Trocknungsstufe angewendet wird, um den Feuchtigkeitsgehalt der
nachfolgenden teilchenförmigen
Zugabe zu vermindern. Wenn jedoch ein auf Wasser basierendes Binde mittel
die Fasern nach der Zugabe der Teilchen zu nass macht, ist dies
kein bevorzugter Ansatz.
-
Obwohl
der vorstehende Ansatz vorteilhaft ist, weil die Teilchen während des
Transports der Walzen oder Ballen aus diesen Fasern stark an die
Fasern gebunden sind, ist es für
die Teilchen möglich,
durch mechanische Einwirkung während
des Transports abgelöst
zu werden. Zusätzlich
stört dieser
Ansatz die Customisierung der Fasern am Ort eines Anwenders. Beispielsweise
könnte
ein Anwender die Fähigkeit
zum Auswählen
bestimmter Arten oder Marken von Teilchen zur Anhaftung an die Fasern
in den Produkten des Anwenders wünschen,
ohne diese Auswahl über
den Zellstoffbogen-Hersteller auszuführen, welcher die Teilchen
in den Zellstoffbogen während
seiner Herstellung einarbeitet. Auch können bestimmte Teilchen über die
Zeit abbauen, was es vorteilhaft macht, solche Teilchen sofort vor
der Einarbeitung in Produkte zuzusetzen. Beispielsweise sind Superabsorptionsmittelteilchen
anfällig
für Absorbieren
von Feuchtigkeit aus der Atmosphäre
während
des Transports. Teilchen mit relativ kurzer Lebensdauer, wie bestimmte
Zeolithe (beispielsweise Abscents mit Geruch absorbierenden Materialien
können über die
Zeit mit Gerüchen
gesättigt
werden), die ein Beispiel darstellen, können über die Zeit auch abbauen.
Ein weiteres Beispiel sind Zeolithe mit Silbersalzen als antimikrobielle
Mittel, die photoabbauen können.
Deshalb ist es auch vorteilhaft, ein Faserprodukt bereitzustellen,
in das der Endverbraucher des Produkts die gewünschten Teilchen zu der Zeit
einarbeiten kann, wo die Fasern in Produkte umgewandelt werden.
-
Deshalb
werden beim Halten dieses letzteren, bevorzugten Ansatzes, wie in 2 erläutert, die
entsprechenden Walzen 40 oder Ballen 44 von Bindemittel-enthaltenden
Fasern, ohne Teilchen, zu einem entfernten Ort zur Verwendung durch
den Anwender transportiert. Diese Walzen oder Ballen (oder anders
transportierte Fasern, beispielsweise eingesackt, in Containern
oder anderer verdichteter Form) werden durch eine Zerfaserungsvorrichtung 70 dann
wieder zerfasert. Obwohl ein beliebiger Zerfaserer angewendet werden kann,
ist eine typische Zerfaserungsvorrichtung 70 eine Hammermühle, die
einzeln oder in Verbindung mit anderen Vorrichtungen, wie Pickerwalzen
oder dergleichen, zum Aufbrechen des Bogens 32 oder Ballens 42 in einzelne
Fasern verwendet werden kann.
-
Ein
teilchenförmiges
Materialzuführungsmechanismus 72 (beispielsweise
wie Mechanismus 60) liefert die gewünschten teilchenförmigen Materialien
zu den Fasern an den bestimmten Ort in dem Anwenderverfahren. Wiederum
umfasst die Vorrichtung 72 typischerweise einen Dosiermechanismus,
obwohl eine beliebige geeignete Vorrichtung zum Zugeben von teilchenförmigen Stoffen
zu faserförmigen
Materialien angewendet werden kann. Beispielsweise können die
teilchenförmigen
Stoffe, wie durch Linie 74 ausgewiesen, zu der Zerfaserungsvorrichtung 70 transportiert
werden. Im Fall von einigen Bindemitteln aktiviert das Rühren der
Fasern mit dem Zerfaserer 70, wie nachstehend genauer erläutert wird,
die Bindemittel und veranlasst die teilchenförmigen Stoffe, an den Fasern
durch das Bindemittel anzuhaften. Alternativ kann ein aktivierendes
Fluid, das flüssig
sein kann, wie Wasser, Glycerin, Niederalkylalkohole, Polyole, wie
Glycole, Aceton, und Kombinationen davon, wie Wasser und Glycerin,
versprüht
werden oder anderweitig, wie aus einem Aktivierungsfluid-Behälter oder
-Quelle 78, mit Hilfe eines Sprühers (nicht gezeigt) an Ort 80,
auf die Fasern aufgetragen werden. Die Teilchen können dann,
wie in Linie 84 ausgewiesen, zu den Fasern stromabwärts von
der Auftragung des Aktivierungsfluids 80 aufgetragen werden.
Alternativ werden Teilchen, die vor oder an Ort 80 zugegeben
werden können,
an den Fasern durch das Bindemittel nach Aktivierung des Bindemittels
an Ort 80 angeheftet. Als weitere Alternative werden die
zerfaserten Fasern außerdem
zu einer Luftlegevorrichtung 90 transportiert und wieder
zu einem gewünschten
Produkt, wie eine mit 92 ausgewiesene Bahn, gebildet. In
dem Fall von luftgelegten Fasern kann das Aktivierungsfluid oder
die Aktivierungsflüssigkeit
auf die Bahn an Ort 96 aufgetragen werden, wobei die Teilchen
dann an Ort 98, wie gezeigt, zugegeben werden, wobei das
aktivierte Bindemittel dann an die Teilchen an die Fasern anheftet.
Die Teilchen können
an einem Ort in dem Verfahren stromaufwärts von der Auftragung des
Aktivierungsfluids an Ort 96 aufgetragen wer den. Alternativ
kann das aktivierende Fluid gleichzeitig mit der Zugabe von Teilchen
zugegeben werden, sodass die Aktivierung gleichzeitig mit der Zugabe
der Teilchen auftritt. Das aktivierende Fluid kann auch, nachdem
die Teilchen zu den Fasern gegeben werden, zugesetzt werden. Außerdem kann
das Bindemittel an speziell definierten Orten auf dem Band 92 aktiviert werden,
wie in Zielzonen des Absorptionsmittelkerns eines Produkts, wobei
die Teilchen dann nur auf diese Zielzonen aufgetragen werden, unter
Minimieren des Abfalls an teilchenförmigem Material. Ein spezielles
Beispiel einer Zielzone ist der Zwickelbereich einer Windel, wo
die meiste Windelnässe
stattfinden würde.
Die Auftragung von Superabsorptionsmittelteilchen auf eine solche
Zone ordnet diese Teilchen an einem Ort an, wo sie am verwendbarsten
beim Absorbieren von Flüssigkeit
sind. Das Band 92, mit oder ohne andere Komponenten, des
Endverbraucherprodukts wird dann zu dem Verbraucherprodukt verarbeitet,
sodass es in einer Wegwerfwindel 100 eingeschlossen ist.
-
Wiederum
kann mit diesem Ansatz der Endverbraucher der Fasern leicht Teilchen
auswählen,
die auf sein Produkt aufgetragen werden können und kann das Bindemittel
zur Erhöhung
der wirksamen Produktion des Verbraucherprodukts erforderlichenfalls
aktivieren. Zusätzlich
hat der Verbraucher Flexibilität
beim Luftbeschichten oder anderweitigem Kombinieren der Bindemittel-enthaltenden
Fasern zu einem fertigen Produkt mit den gewünschten teilchenförmigen Stoffen.
Die Bindemittel-enthaltenden Fasern werden, weil die Bindemittel alle
in Wasser löslich
sind, vorzugsweise nicht nass gelegt, weil Nasslegen mindestens
etwas des Bindemittels entfernen würde. Nicht nur werden Handhabung
und Transport der Teilchen-enthaltenden Produkte durch den Hersteller
des Zellstoffbogen vermieden, sondern es ergibt sich auch verstärkte Anhaftung
der Teilchen an die Fasern, weil die Teilchen nicht mechanischen
Kräften
zwischen dem Ort der Faserherstellung und dem Ort, an dem die teilchenförmigen Materialien
zugegeben werden, unterzogen werden.
-
II. Faser-Eigenschaften
-
Die
vorliegende Erfindung schließt
ein Verfahren zum Binden von Teilchen an Fasern, und das Produkt,
einschließlich
Absorptionsmittelendprodukte, die durch ein solches Verfahren hergestellt
wurden, ein. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Produkt
eine Cellulosefaser, an die Superabsorptionsmittel-Hydrogelpolymerteilchen
durch ein Bindemittel und Absorptionsmittelprodukte, die daraus
hergestellt werden, anhaften. Die Holzzellstofffasern, die erfindungsgemäß zu verwenden
sind, können
aus gut bekannten chemischen Verfahren, wie den Kraft- und Sulfitverfahren,
erhalten werden. Die Erfindung schließt auch eine Kombination von
Holzzellstoff und bestimmten Bindemitteln ein, welche für den Zweck
dieser Kombination dichte Fasern in Walzenform oder Ballenform mit
einem Grundgewicht von mindestens 350 Gramm pro Quadratmeter (g/m2) sind. Die dichten Fasern haben eine Dichte
von mindestens etwa 400 kg/m3. Bevorzugte
dichte Fasern sind Holzzellstofffasern oder Nadelholz-Cellulosefasern.
Die Cellulosefasern können
chemisch oder thermomechanisch oder chemithermomechanisch oder Kombinationen
davon sein. Die bevorzugte Cellulosefaser ist chemisch. Bei diesen
Verfahren wird das beste Ausgangsmaterial aus einer Langfaser-Koniferenholzspezies,
wie Pinie, Douglastanne, Fichte und Hemlock, hergestellt. Holzzellstofffasern
können
auch aus mechanischen Verfahren, wie Holzschliff, mechanischen,
thermomechanischen, chemimechanischen und chemithermomechanischen
Zellstoffverfahren, erhalten werden. Die Fasern werden vorzugsweise
gedehnt, beispielsweise mit einem Länge-zu-Breite-Verhältnis von
etwa 10:1 bis 5:1.
-
Die
erfindungsgemäßen Fasern
schließen
auch Fasern ein, die vor der Anwendung auf ein Bindemittel zu den
Fasern vorbehandelt werden. Diese Vorbehandlung kann physikalische
Behandlung, wie Unterziehen der Fasern Dampf- oder chemischer Behandlung,
wie Vernetzen der Fasern, einschließen. Obwohl nicht als Begrenzung
aufgebaut, schließen
Beispiele des Vorbehandelns von Fasern die Auftragung von Flammverzögerungsmitteln
auf die Fasern, wie durch Sprühen
der Fasern mit Flammverzögerungschemikalien,
ein. Spezielle Flammverzöge rungschemikalien
schließen
zum Beispiel Natriumborat/Borsäure,
Harnstoff, Harnstoff/Phosphate, usw., ein. Zusätzlich können die Fasern mit Tensiden
oder anderen Flüssigkeiten,
wie Wasser oder Lösungsmitteln,
die die Oberfläche
der Fasern modifizieren, vorbehandelt werden. Andere Vorbehandlungsmittel
schließen
das Aussetzen von antimikrobiellen Mitteln oder Pigmenten ein.
-
Die
Fasern können
auch in einer Weise vorbehandelt werden, die ihre Benetzbarkeit
erhöht.
Die Fasern können
auch mit herkömmlichen
vernetzenden Materialien vorbehandelt werden und können, falls
erwünscht,
verdreht oder gekräuselt
werden. Vorbehandeln von Cellulosefasern mit Chemikalien, was Lignin- oder
Cellulose-reiche Faseroberflächen
ergibt, kann auch in herkömmlicher
Weise durchgeführt
werden.
-
Bleichverfahren,
wie Chlor- oder Ozon/Sauerstoffbleichen, können auch beim Vorbehandeln
der Fasern verwendet werden. Zusätzlich
können
die Fasern auch durch Aufschlämmen
der Fasern in Bädern,
die verschiedene Lösungen
enthalten, vorbehandelt werden, beispielsweise antimikrobielle Lösungen (wie
Lösungen
von antimikrobiellen Teilchen, wie nachstehend angeführt) sowie
Lösungen
von Düngemitteln
und Pestiziden und/oder Duftstoffen und Geschmacksstoffen zur Freisetzung über die
Zeit während
der Lebensdauer der Fasern. Fasern, vorbehandelt mit anderen Chemikalien,
wie thermoplastischen und thermohärtenden Harzen, können auch
verwendet werden. Kombinationen von Vorbehandlungen können auch
mit den erhaltenen vorbehandelten Fasern angewendet werden, die
dann der Auftragung der Bindemittelbeschichtung in nachstehend erläuterter
Weise unterzogen werden.
-
Holzschlifffasern,
wiederaufbereitete oder sekundäre
Holzschlifffasern und gebleichte und ungebleichte Holzzellstofffasern
können
verwendet werden. Einzelheiten der Herstellung von Holzzellstofffasern
sind dem Fachmann gut bekannt. Diese Fasern sind von einer Vielzahl
von Firmen, einschließlich
Weyerhaeuser Company, dem Anmeldung dieser Erfindung, kommerziell
erhältlich.
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Alle
die Fasern, an die Teilchen gemäß der vorliegenden
Erfindung gebunden werden, schließen eine Wasserstoffbin dungsfunktionalität ein. Dies
schließt
nicht das Vermischen solcher Fasern mit Fasern, denen diese Eigenschaft
mangelt, ein. Jedoch werden Fasern, denen eine Wasserstoffbindungsfunktionalität fehlt, nicht
Teilchen, die daran gebunden sind, mit der Festigkeit und der Art
der Bindungen, die vorliegen würden, wenn
die Fasern eine Wasserstoffbindungsfunktionalität hätten, aufweisen.
-
Eine
Wasserstoffbindung ist eine zwischenmolekulare Kraft, die zwischen
Wasserstoffatomen vorkommt, die kovalent an kleine, stark elektronegative
Elemente (wie Stickstoff und Sauerstoff) und nichtbindende Elektronenpaare
an anderen solchen elektronegativen Elementen gebunden sind. Eine
Wasserstoffbindungsfunktionalität
ist eine funktionelle Gruppe, die ein Sauerstoff- oder Stickstoffatom
enthält,
beispielsweise Hydroxyle, Carboxyle, Sulfonsäuren, Sulfonamide, Ether, Ester,
Epoxide, Carbonyle, Amine, Urethane und andere, die eine Wasserstoffbindung
bilden können.
Die Orbitale der nichtbindenden Elektronenpaare des Sauerstoffs
oder Stickstoffs überlappen
mit der relativen Leere das 1s-Orbital des Wasserstoffs, der kovalent
an ein weiteres Stickstoff- oder Sauerstoffatom gebunden ist. Das
1s-Orbital des Wasserstoffs ist relativ leer, aufgrund des ungleichmäßigen Teilens
der Elektronen in der kovalenten Bindung zwischen ihnen und dem
kleinen elektronegativen Atom (Sauerstoff oder Stickstoff), an das
sie gebunden sind.
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Der
Einfachheit halber und nicht als eine Begrenzung bezieht sich die
nachstehende Beschreibung auf die Behandlung von einzelnen chemischen
Holzzellstofffasern. Die Fasern werden, beispielsweise durch Zerfaserung
in einer Hammermühle,
vereinzelt. Solche einzelnen Fasern werden herkömmlich zu einer Matte geformt
und sind kommerziell erhältlich,
beispielsweise als NB 416 Fasern von der Weyerhaeuser Company. Eine
weitere geeignete Cellulosematte würde Rayfloc JLD von ITT Rayonier
einschließen.
Die Cellulosefasern können
in Form einer Cellulosebahn oder lockeren Cellulosefasern vorliegen.
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III. Teilchen-Eigenschaften
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Teilchen zu den Fasern gegeben, um Fasern gewünschter Eigenschaften,
wie erhöhte
Absorptionsfähigkeit,
Abrieb oder antimikrobielle Aktivität, zu ergeben. Das Teilchen
kann beliebiges teilchenförmiges
Material sein, das die gewünschte
Eigenschaft aufweist und das Wasserstoffbindungen oder koordinative
kovalente Bindungen mit dem Bindemittel bilden kann. Wasserstoffbindungen
können,
wie vorstehend erörtert,
durch Teilchen gebildet werden, die bestimmte funktionelle Gruppen enthalten,
insbesondere jene mit einem Sauerstoff- oder Stickstoffatom. Koordinative
kovalente Bindungen werden im Gegensatz dazu durch Abgabe eines
einsamen Elektronenpaars an ein Atom zu einem leeren Orbital des
anderen Atoms gebildet. Koordinative kovalente Bindungen unterscheiden
sich von kovalenten Bindungen dadurch, dass kovalente Bindungen
durch ein Elektronenpaar gebildet werden, worin eines der Elektronen
von einem der Atome abgegeben wird, das an der Bindung teilnimmt.
Teilchen können
koordinative kovalente Bindungen bilden, wenn sie ein leeres p-
oder d- oder f-Orbital aufweisen, das ein Elektronenpaar von dem
Bindemittel aufnehmen kann.
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Eine
koordinative kovalente Bindung findet zwischen einem Donoratom,
das ein einsames Elektronenpaar zum Abgeben an die Bindung hat,
und einem Akzeptoratom, das ein leeres Orbital zum Aufnehmen des einsamen
Elektronenpaars von dem Donor hat, statt. Gemäß den Aufbau- und Pauli-Prinzipien
nehmen die Elektronen die Lappen (Keulen) der Atomorbitale eins,
jeweils mit einem Maximum von zwei Elektronen (mit entgegengesetzten
Spins), pro Lappen ein. Das grundlegendste Orbital ist das s-Orbital,
das für
die Bindung der Elemente in der ersten Reihe des Periodensystems
verfügbar
ist. In der zweiten Reihe des Periodensystems werden Elektronen
zuerst das 2s-Orbital von Li und Be auffüllen. Jedoch Metalle in Perioden
geringer als drei haben keine ausreichende Affinität für Elektronen,
um an koordinativem kovalentem Binden teilzunehmen. Beginnend mit
Gruppe IIIB (Bor), nehmen die drei p-Orbitale an dem koordinativen kovalenten
Binden teil und die Lappen von den p-Orbitalen beginnen, sich zu
füllen.
Bor hat ein Elektron in einem der 2p-Orbitale; somit bleiben die
anderen 2p-Orbitale leer und verfügbar zum koordinativen kovalenten
Binden. Ein Beispiel eines koordinativen kovalent gebundenen Bors,
das Teilchen enthält,
ist Borsäure,
welche als ein Adstringent, Antiseptikum und Flammverzögerungsmittel
verwendet wird. Wie nachstehend gezeigt, wirkt das Boratom von Borsäure als
ein Akzeptor für
ein einsames Elektronenpaar, das durch ein Sauerstoffatom von Polypropylenglycol
(PPG) angegeben wird, unter dabei Bilden einer koordinativen kovalenten
Bindung zwischen einem Borsäureteilchen
und einem PPG-Bindemittel. Die Beschreibung von Borsäure, die
nachstehend gezeigt wird, ist keine typische der wässerigen
Chemie von Bor, sondern wird eher zur Erläuterung des Bindungstyps bereitgestellt,
von dem angenommen wird, dass er in einer koordinativen kovalenten
Bindung auftritt.
-
Das
nächste
Element, Kohlenstoff, hybridisiert gewöhnlich, um ein Elektron in
dem 2s-Orbital aufzuweisen, und die drei verbleibenden Elektronen
werden einzeln in den drei p-Orbitalen angeordnet. Dies hinterlässt keine
leeren Lappen für
koordinatives kovalentes Binden und Elektronen-Additionen verlaufen
weiter über
die Reihe des Periodensystems, die auch keine leeren Lappen hinterlässt.
-
-
Folglich
ist Bor das einzige Element in der zweiten Reihe des Periodensystems,
das koordinative kovalente Bindungen bilden kann.
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Nun
beginnt sich die dritte Reihe zu füllen und die zwei 3s-Elektronen
füllen
zuerst Natrium und Magnesium.
-
Natrium
und Magnesium haben leere d-Orbitale, die zur Koordination zur Verfügung stehen.
Beispiele für
Magnesium-Koordinationsverbindungen
sind bekannt. Dann ordnet Aluminium, wie Bor, ein Elektron in einem
der 3p-Lappen an, und die anderen zwei 3p-Lappen sind leer und stehen
für koordinatives
kovalentes Binden zur Verfügung.
Der gleiche Trend setzt sich über
die dritte Reihe fort, jedoch haben die Elemente der dritten Reihe
auch fünf
verfügbare
3d-Lappen, sodass das Potenzial für koordinatives Binden vorliegt,
selbst wenn 3p-Orbitale
in der dritten Reihe besetzt sind. Folglich können Al, P, S und Cl ein Elektronenpaar
aus einem Elektronenpaardonor unter Bildung einer koordinativen
kovalenten Bindung aufnehmen. Ein Beispiel davon wird beim Binden
von PCl5, Aluminiumtrihydrat oder Phosphorpentasulfid
gefunden. Ein Phosphorpentasulfidteilchen kann zum Erhöhen der
Entflammbarkeit eines Produkts verwendet werden, während Aluminiumtrihydrat
ein Flammverzögerungsmittel
ist. Ein Beispiel einer koordinativ kovalent gebundenen Aluminiumverbindung
ist Aluminiumtrihydrat, das in einer koordinativen kovalenten Bindung
mit einem Polypropylenglycol-(PPG)-Polymer teilnehmen kann.
-
-
In
diesem Beispiel wirkt das Aluminiumatom von Aluminiumtrihydrat als
ein Elektronenakzeptor für
ein Elektronenpaar, das von einem Sauerstoffatom des Polypropylenglycol-(PPG)-Bindemittels
abgegeben wird. Die Beschreibung, die vorstehend für Aluminiumtrihydrat
gezeigt wird, ist nicht typisch für die wässerige Chemie von Aluminium,
sondern wird eher zum Erläutern
des Bindungstyps bereitgestellt, der in einer koordinativen kovalenten
Bindung auftreten kann.
-
In
der nächsten
Reihe wird das 4s-Orbital zuerst gefüllt, dann beginnen sich die
3d-Lappen – ein
Elektron pro Lappen – zu
füllen,
bis alle ein einzelnes, dann ein zweites Elektron zu jedem Lappen,
zugegeben haben, bis alle Lappen gefüllt sind. Jedoch 4p- und 4f-Orbitale
sind auch verfügbar;
folglich können
die Übergangselemente
koordinative kovalente Bindungen bilden.
-
Die
Elemente, die leere Orbitale aufweisen, die an koordinativem kovalentem
Binden teilnehmen, schließen
alle jene ein, ausgenommen die Metalle (was Wasserstoff ausnimmt) in
Perioden eins und zwei und C, N, O, F, Ne und He. Diese Metalle
haben keine ausreichende Affinität
für Elektronen
zum Teilnehmen an koordinativem kovalentem Binden. Besonders bevorzugte
Teilchen enthalten Bor, Aluminium, Eisen, Rhodium, Osmium, Platin
und Palladium und ganz besonders Bor. Beispiele für Teilchen,
die koordinativ kovalent binden können, sind Aluminiumtrihydrat,
Antimonoxid, Arsendisulfid, Wismutaluminat, Wismutjodidoxid, Wismutphosphat,
Wismutsubcarbonat, Wismutsubgallat, Cadmiumsalycilat, Chromcarbonat,
Chromhydroxid, Chromoxid und Chromphosphat.
-
IV. Superabsorptionsmittel-Teilchen
-
In
einer offenbarten Ausführungsform
sind die zugegebenen Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen, die
Polymere umfassen, die bei Aussetzen von Wasser quellen und ein
hydratisiertes Gel (Hydrogel) beim Absorbieren großer Wassermengen
bilden. Superabsorptionsmittel werden hierin als Materialien definiert,
die die Fähigkeit
zeigen, große
Mengen Flüssigkeit
zu absorbieren; das heißt,
ein Überschuss
von 10 bis 15 Teilen Flüssigkeit
pro Teil davon. Diese Superabsorptionsmittelmaterialien fallen im
Allgemeinen in drei Klassen; nämlich
Stärke-Pfropf-Copolymere,
vernetzte Carboxymethylcellulosederivate und modifizierte hydrophile
Polyacrylate. Beispiele für
solche Absorptionsmittelpolymere sind hydrolysiertes Stärke-Acrylnitril-Pfropf-Copolymer,
ein neutralisiertes Stärke-Acrylsäure-Pfropf-Copolymer,
ein verseiftes Acrylsäureester-Vinylacetat-Copolymer,
ein hydrolysiertes Acrylnitril-Copolymer oder Acrylamid-Copolymer,
ein modifizierter, vernetzter Polyvinylalkohol, eine neutralisierte,
selbstvernetzende Polyacrylsäure,
ein vernetztes Polyacrylatsalz, carboxylierte Cellulose und ein
neutralisiertes, vernetztes Isobutylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymer.
-
Superabsorptionsmittelteilchen
sind kommerziell erhältlich,
beispielsweise Stärke-Pfropf-Polyacrylat-Hydrogel-Feinstoffe (IM1000F)
von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA, oder größere Teilchen, wie Granulate.
Andere Superabsorptionsmittelteilchen werden unter den Handelsmarken
SANWET (bezogen von Sanyo Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha), SUMIKA
GEL (bezogen von Sumitomo Kagaku Kabushiki Kaisha, und das eine
Emulsion polymerisiert und kugelförmig gemacht, entgegengesetzt
zu Lösungs-polymerisierten,
vermahlenen Teilchen, darstellt), FAVOR (bezogen von Stockhausen,
Greensboro, North Carolina) und NORSOCRYL (bezogen von Atochem),
vermarktet. Die Superabsorptionsmittelteilchen kommen in einer Vielzahl
von Größen und
Morphologien, beispielsweise IM1000 und IM1000F, vor. Das 1000F
ist feiner und wird durch ein 200-Mesh-Sieb passen, wohingegen IM1000 einige
Teilchen aufweist, die nicht durch ein 60-Mesh-Sieb passen werden.
Eine weitere Art von Superabsorptionsmittelteilchen ist IM5600 (agglomerierte
Feinstoffe). Superabsorptionsmittel, teilchenförmige hydrophile Polymere,
werden auch genauer in US-Patent Nr. 4 102 340 beschrieben. Das
Patent offenbart Hydrokolloid-Absorptionsmittelmaterialien, wie
vernetzte Polyacrylamide.
-
V. Andere Teilchen
-
Viele
Teilchen, die Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen
bilden, sind zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet.
Einige solcher Teilchen werden in Tabelle I mit einem Hinweis der
Funktion der angeführten
Teilchen angeführt.
Die in Tabelle I angeführten
Teilchen sind in Wasser unlösliche
Teilchen. Tabelle
I In
Wasser unlösliche,
teilchenförmige
Stoffe zum Binden
Name | Funktion |
Aluminiumtrihydrat | Flammverzögerungsmittel,
Adstringent |
Acediasulfon | Antibakterielles
Mittel |
Agarinsäure | Antitranspirant |
Alclometaston | Örtliches
Antientzündungsmittel |
Calciumalginat | Örtliches
Hämostatikum |
Amidomycin | Fungizid |
Antimonoxid | Flammverzögerungsmittel |
Apigenin | Gelber
Farbstoff, ätzend |
Arsendisulfid | Rotes
Pigment |
Aspirin | Antientzündungsmittel;
Antipyretikum |
(Tabelle
I Fortsetzung)
Name | Funktion |
Azanindazol | Antiprotozokum
(Trichomonas) |
Azelainsäure | Antiaknemittel |
Baicalein | Adstringent |
Bendazac | Antientzündungsmittel |
Benomyl | Fungizid;
Ascarizid |
Benzestrol | Östrogen |
Benzylpenicillinsäure | Antibakteriell |
Benzylsulfamid | Antibakteriell |
Bergapten | Antipsoriatisch |
Betasin | Jodquelle |
Bezitramid | Narkotikum
Analgetikum |
Bibrocathol | Örtliches
Antiseptikum |
Bietanautin | Antihistaminikum |
Bifenox | Herbizid |
Bifonazol | Antifungal |
Binapacryl | Fungizid,
Mitizid |
Bis(p-chlorphenoxy)methan | Mitizid |
Wismutaluminat | Antazid |
Wismutjodidoxid | Anti-infektiv |
Wismutphosphat | Antazid;
Schutzmittel |
Wismutsubcarbonat | Örtliches
Schutzmittel |
Wismutsubgallat | Astringent,
Antazid; Schutzmittel |
Bisphenol
A | Fungizid |
Bitertanol | Landwirtschaftliches
Fungizid |
Bithionol | Örtlich anti-infektiös |
Bromacil | Herbizid |
Bromadiolon | Rodentizid |
Bromcresolgrün | Indikator |
Bromcresolrot | Indikator |
Bromethalin | Rodentizid |
p-Bromacetanilid | Analgetikum;
Antipyretikum |
3-Brom-d-campher | Örtliches
Gegenreizmittel |
Bromophos | Insektizid |
(Tabelle
I Fortsetzung)
Name | Funktion |
Brompropylat | Akarizid |
5-Bromsalicylhydroxamsäure | antibakteriell
(Tuberkulosestatikum) |
5-Bromsalicylsäureacetat | Analgetisch |
Bromosaligenin | Antientzündlich |
Bromthymolblau | Indikator |
Broxychinolin | Antiseptikum;
Desinfektionsmittel |
Bucetin | Analgetisch |
Bumadizon | Analgetisch;
antientzündlich;
antipyretisch |
Bupirimat | Fungizid |
Busulfan | Karzinogen,
Insektensterilisationsmittel, antineoplastisch |
Butamben | Örtlich anästhetisch |
Butrylin | Insektizid |
Butyliertes
Hydroxyanisol | Antioxidant
(BHA) |
Butylparaben | Pharmazeutische
Hilfe; Nahrungskonservierungsmittel |
4-tert-Butylphenylsalicylat | Leichtes
Absorptionsmittel |
Cacothelin | Indikator |
Cactinomycin | Antineoplastisch |
Cadmiumsalicylat | Antiseptisch |
Calamin | Hautschutzmittel |
Calciumcarbonat | Antazid |
Calciumsaccharat | Pharmazeutische
Hilfe |
Calciumtartrat | Konservierungsmittel;
Deodorant; Antazid |
Cambendazol | Anthelmintisch |
Candicidin | Örtlich antifungal |
Candidin | Örtlich antifungal |
Capsaicin | Örtlich analgetisch |
Captan | Fungizid;
Bakteriostat |
(Tabelle
I Fortsetzung)
Name | Funktion |
Carbadox | Antimikrobiell |
Carbamazepin | Antikonvulsant;
analgetisch |
Carbarson | Antiamöbisch |
Carbaryl | Kontaktinsektizid |
Carbazochromsalicylat | Antihämorrhagisch |
Carbendazim | Fungizid |
Carbochloral | Hypnotisch |
Carbophenothion | Mitizid;
Insektizid |
Carbochon | Antineoplastisch |
Carisoprodol | Skelettmuskelrelaxant |
Carthamin | Farbstoff |
Carvacrol | Desinfektionsmittel |
Cephalin | Örtlich hämostatisch |
Chalcomycin | Antibiotisch |
Chartreusin | Antibiotisch |
Chitin | Heilmittel |
Chloramben | Herbizid |
Chloramphenacolpalmitat | Antimikrobiell |
Chloranil | Fungizid |
Chlorbetamid | Antiamöbisch |
Chlordimeform | Insektizid |
Chlorfenac | Herbizid |
Chlorfenethol | Acarizid |
Chlorhexidin | Örtlich antibakteriell |
Chlorazodin | Antibakteriell; örtlich anästhetisch |
Chlorophacinon | Antikoagulans
Rodentizid |
p-Chlorphenol | Antiseptisch |
Chlorothricin | Antibiotisch |
Chlorotrianisen | Östrogen |
Chloroxylenol | Antiseptisch;
Germizid |
Chlorphenesin | Örtlich antifungal |
Chlorphenesincarbamat | Relaxant
(Skelettmuskel) |
Chlorphenoxamid | Antiamöbisch |
(Tabelle
I Fortsetzung)
Name | Funktion |
Chlorpropamid | Antidiabetisch |
Chlorpyrifos | Insektizid |
Chlorchinaldol | Örtlich antibakteriell |
Chlorsulfuron | Herbizid |
Chlorothion | Insektizid |
Chlozoxazon | Relaxant |
Cholesterin | Pharmazeutische
Hilfe |
Chromcarbonat | Pigment |
Chromhydroxid | Pigment |
Chromoxid | Abriebmittel |
Chromphosphat | Grünes Pigment |
Chrysammininsäure | Explosiv |
Chrysarobin | Antipsoriatisch |
Cilastazol | Antithrombotisch |
Cinoxat | Sonnenschutzmittel |
-
Andere
geeignete, in Wasser unlösliche
Teilchen schließen
Proteine, Vitamine, Zeolithe und Siliziumdioxid ein, wobei jedes
davon elektronegative Atome, wie Sauerstoff- oder Stickstoffgruppen, oder beides,
enthält.
Ein Beispiel eines geeigneten Zeoliths ist Abscents-Geruch-Absorptionsmittel,
erhältlich
von UOP, Tarrytown, New York. Ein Beispiel eines geeigneten antimikrobiellen
Teilchens ist Chlorhexidin (N,N''-Bis(4-chlorphenyl)-3,12-diimino-2,4,11,13-tetraazatetradecandiimidamid).
Die Liste in Tabelle I ist keinesfalls erschöpfend, da leicht für jede Art
der Teilchen bestimmt werden kann, ob sie eine Wasserstoffbindung
oder eine koordinative kovalente Bindung bilden kann. Viele der
Teilchen sind nicht-absorbierende oder nicht superabsorbierende
Polymere.
-
Die
in Tabelle I angeführten
Teilchen haben chemische Eigenschaften, die sie zum Binden an Fasern mit
den gemäß der Erfindung
verwendeten Bindemitteln geeignet machen. Die angeführten Teilchen
sind organische oder anorganische Verbindungen, die wenig oder keine
Wasserlöslichkeit
aufweisen, noch die Fähigkeit,
an Wasserstoff zu binden. Die Wasserlöslichkeit ist vorzugsweise
niedrig; beispielsweise weniger als 10 g lösen sich vollständig in
300 ml Wasser bei 25°C,
bevorzugter weniger als etwa 1 g in 300 ml bei 25°C. Diese
niedrige Löslichkeit
erlaubt es den Teilchen, fest zu verbleiben, und die Wasserstoffbindungskapazität ermöglicht es
ihnen, an den Fasern auch in Fällen
zu haften, wenn ein wässeriges
Bindemittel verwendet wird. Einmal gebunden, verbleiben die Teilchen
im Wesentlichen in einer diskreten Teilchenform, anstelle sich aufzulösen oder
zu verbinden. Folglich, sind einmal mehr Teilchen gebunden, als
diskret verbunden werden.
-
Viele
in Wasser lösliche
Teilchen, die in der Lage sind, Wasserstoffbindungen oder koordinative
kovalente Bindungen zu bilden, sind zur Verwendung mit den gemäß der Erfindung
zu verwendenden Bindemitteln geeignet. Einige solche in Wasser lösliche Teilchen
werden in Tabelle II angeführt,
mit einem Hinweis auf die Funktion der angeführten Teilchen. Tabelle
II Teilchenförmige Stoffe
zum Binden
Name | Funktion |
Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) | Geruchsabsorptionsmittel |
Dinatriumsalz
von EDTA | Chelator |
Natriumbicarbonat | Geruchsabsorptionsmittel/pH-Modifzierungsmittel |
Acarbose | Antidiabetisches
Mittel |
Acefyllin-Piperazin | Bronchodilatator |
Acenocumarol,
Natriumsalz | Antikoagulans |
Acephat | Insektizid |
Acetaminophen | Analgetikum |
Acetylleucinmonoethanolamin | Antivertigomittel |
Säure Violett
7B | Farbstoff/Färbemittel |
Acitretin | Antipsoriatikum |
Acranil | Antiprotozoamittel
(Giardia) |
Acriflavin | Anti-Infektionsmittel |
Actaplanins | Wachstumsstimulans |
Algeston-Acetophenid | Antiaknemittel |
(Tabelle
II Fortsetzung)
Name | Funktion |
Algin | Hämostatikum |
Almagat | Antisäuremittel |
(–)-Ambroxid | Duftmittel |
Ambucainhydrochlorid | Lokalanästhetikum |
Amodiaquin | Antimalariamittel |
Anabasinhydrochlorid | Insektizid |
o-Anisaldehyd | Duftstoff |
Anisomycinhydrochlorid | Örtliches
Antitrichomonasmittel |
Aralkoniumchlorid | Antiseptikum,
Germizid |
Asiaticosid | Dermatid,
Wunden, Brände |
Aspartam | kalorienfreies
Süßungsmittel |
Azidoamphenicol | Antimikrobiell
bei Augeninfektionen |
Berbeerin | Antimalariamittel |
Kaliumbenzoat | Konservierungsmittel,
Antipilzmittel |
Benzoylperoxid | Dermatid,
Antiaknemittel |
Benzylidenaceton | Duftstoff |
Bidrin | Insektizid |
Biphenaminhydrochlorid | Antiseborrhetikum |
Bishydroxycumarin | Antikoagulans |
Wismuttribromphenat | Örtliches
Antiseptikum |
Blasticidin-S-hydrochlorid | Antimikrobielles
Mittel |
Bromcresylgrün | Indikator |
Bromphenolblau | Indikator |
Butathaminhydrochlorid | Anästhetikum |
Koffeinhydrochlorid | CNS-Stimulans |
Calciumascorbat | Vitamin-C/Calciumquelle |
Calciumbisulfit | Germizid |
Calciumthioglycollat | Depilatorium |
Carbachol | Ophthalmisches
Parasympatho-mimetikum |
Carbowax | Salbengrundlage |
Cetalkoniumchlorid | Antibakterielles
Mittel |
(Tabelle
II Fortsetzung)
Name | Funktion |
Cethoxoniumbromid | Antiseptikum |
Chartreusin | Antimycobakterielles
Mittel |
Chloramin-T- | Örtliches
Antiseptikum |
Zimtsäure | Duftstoff |
Cotarninchlorid | Hämostatikum |
Demercariumbromid | Örtliches
Antiglaukom |
D-2-Desoxyribose | DNA-Synthese |
Dequaliniumchlorid | Antiseptikum |
Dermostatin | Antifungales
Mittel |
Dexamethason | Glucocorticoid |
Diacetonacrylamid | Mfr-Beschichtungen,
Klebstoffe |
2,4-Diamino-6-hydroxypyrimidin | Indikator
für Nitrate/Nitrite |
2,4-Diaminophenoldihydrochlorid | Photographischer
Entwickler |
Diamthazoldihydrochlorid | Antipilzmittel |
Diatrizoatnatrium | Diagnostische
Hilfe |
Dibekacinsulfat | Antibakterielles
Mittel |
Dinatrium-4',5'-dibromfluorescein | FDA-geprüfter Farbstoff |
3,5-Dibrom-4-hydroxybenzolsulfonsäure, Natriumsalz | Örtliches
Desinfektionsmittel |
Dibrompropamidin | Kosmetisches
Konservierungsmittel |
Diflorason | Örtliches
Antientzündungsmittel |
Dihydroxyaceton | Künstliches
Bräunungsmittel |
Diisobutylnatriumsulfosuccinat | Netzmittel/Waschmittel |
Dikegulac | Pflanzenwachstumsregulator |
Dimethisoquin | Örtliches
Anästhetikum |
Diphenicillinnatrium | Antibakterielles
Mittel |
(Tabelle
II Fortsetzung)
Name | Funktion |
Diphetarson | Antiamöbikum |
Dipyron | Antialgetikum,
antipyretisches Mittel |
Diquatdibromid | Herbizid,
Defoliant |
Dodin | Fungizid |
Domiphenbromid | Örtliches
antiinfektives Mittel |
Dulcin | kalorienfreies
Süßungsmittel |
Dymixal® | Örtliche
Brandbehandlung |
Ecognidin | Örtliches
Anästhetikum |
Edetische
Säure | Antioxidans |
Edoxudin | Antivirales
Mittel |
Ellagische
Säure | Hämostatikum |
Endothal | Herbizid,
Defoliant |
Eosin
I bläulich | Farbstoff |
Eosin
gelblich | Kosmetischer
Farbstoff |
Erythrosin | Lebensmittelfarbstoff |
Esculin | Hautschutzmittel |
Ethacridin | Antiseptikum |
Ethambutolhydrochlorid | Antibakterielles
Mittel (Tuberkulostatikum) |
Ethamsylat | Hämostatikum |
Ethylidendicumarol | Antikoagulans |
Ethylstilbamin | Antiprotozoal |
Euprocindihydrochlorid | Örtliches
Anästhetikum |
Fast
green FCF | Lebensmittelfarbstoff |
Fenticonazolnitrat | Örtliches
Antipilzmittel |
Eisen(II)albuminat | Hämatinisches |
Eisen(II)chloridhexahydrat | Adstringent,
blutstillendes Mittel |
Eisen(II)formiat | Silagekonservierungsmittel |
Ferrulische
Säure,
Natriumsalz | Nahrungsmittelkonservierungsmittel |
Fluorescein,
Dinatriumsalz | Diagnostische
Hilfe |
Fluoridamid | Pflanzenwachstumsverzögerungsmittel |
(Tabelle
II Fortsetzung)
Name | Funktion |
Forminitrazol
(Trichomonas) | Antiprotozoal |
Fortimicin(e) | Antibakterielles
Mittel |
Foscarnetnatrium | Antivirales
Mittel (HIV-1) |
Fosetyl
Al | Systemisches
Fungizid |
Fungichromin | Örtliches
Antipilzmittel |
Gallussäure | Adstringent,
blutstillend |
Gentian
violett | Örtliches
anti-infektiöses
Mittel |
Gluconolacton | Reiniger |
Gossypol | Kautschuk-Antioxidans |
Heparin | Antikoagulans |
Hexamethylolmelamin | Flammverzögerungsmittel |
Hexamidin | Antiseptikum,
Anti-Akne |
Homatropin
(ophthalmisch) | Anticholinerges
Mittel |
Hydrastininhydrochlorid | Uterines
Hämostatikum |
Hydrocortisonphosphat,
Dinatriumsalz | Glucocorticoid |
Hydrochininhydrochloridhemihydrat | Depigmentor |
Hydroxyamphetamin-Hydrobromid | Adrenerges
Mittel (ophthalmisch) |
Hydroxybutyranilid | Antioxidans |
3-Hydroxycampher-1-(hydroxymethyl)-5,5-dimethylhydantoin | Örtliches
Antipruritikum Kosmetisches Konservierungsmittel |
8-Hydroxychinolinsulfat | Antitranspirans,
Deodorans |
Jodsäure | Adstringent |
Itraconazol | Antipilzmittel |
Kanamycin(e) | Antibakterielles
Mittel |
Kermesinsäure | Farbstoff |
Kojicsäure | Geschmacksverstärker |
Laccaicsäure | Carminfarbstoff |
Milchsäure | Acidulans |
(Tabelle
II Fortsetzung)
Name | Funktion |
Lakmus | Indikator |
L-Lysin-L-glutamat | Geschmackszusatz |
Lyxoflavin | Nahrungsmittel,
Wachstumsvorstufe |
Malclurin | Farbstoff |
Malachitgrün | Farbstoff |
Maltol | Geschmacksverstärker |
Maneb | Landwirtschaftliches
Fungizid |
Manganacetat | Beize |
Meraleinnatrium | Örtliches
anti-infektiöses
Mittel |
sowie eine Vielzahl anderer, einschließlich eines
breiten Bereichs anorganischer Salze.
-
Die
Liste in Tabelle II ist nicht als erschöpft aufzufassen, da man leicht
für jede
Art des Teilchens bestimmen kann, ob es in der Lage ist, eine Wasserstoffbindung
oder eine koordinative kovalente Bindung zu bilden. Alle oder die
meisten der Teilchen sind nicht-absorbierende oder nicht-superabsorbierende
Polymere. Die Löslichkeit
der Teilchen in Wasser und Bindemittel kann leicht bestimmt werden;
beispielsweise in chemischen Standard-Bezugsmaterialien.
-
Die
in Tabelle II angeführten
Teilchen haben chemische Eigenschaften, die sie zum Binden an Fasern mit
gemäß der Erfindung
verwendeten Bindemitteln geeignet machen. Die angeführten Teilchen
sind organische oder anorganische Verbindungen, die in Wasser löslich sind,
jedoch die Fähigkeit
aufweisen, an Wasserstoff zu binden. Die Wasserlöslichkeit ist vorzugsweise
hoch. Mit wasserlöslich
ist gemeint, dass mehr als etwa 10 g der Teilchen sich in 300 ml
Wasser bei 25°C
lösen werden.
Der Bereich der Löslichkeit
kann sich beispielsweise von einer unteren Grenze von 10 g in 300
ml Wasser bei 25°C
zu einer oberen Grenze erstrecken, in der die Teilchen in allen
Verhältnissen
mit Wasser bei 25°C
mischbar sind. Diese hohe Löslichkeit
erlaubt den Teilchen, sich zu lösen,
wenn sie wässerigen
Flüssigkeiten,
wie Harn, ausge setzt sind, jedoch ermöglicht ihnen die Wasserstoffbindungskapazität, an den
Fasern in Gegenwart des Bindemittels, allerdings in Abwesenheit von
wässeriger
Flüssigkeit
während
der Verwendung durch einen Endverbraucher, nach dem das Herstellungsverfahren
abgeschlossen ist, zu haften. Obwohl gebunden, verbleiben die Teilchen
im Wesentlichen in einer diskreten Teilchenform, anstelle des Auflösens oder
Verbindens, mindestens, bis sie einer wässerigen Flüssigkeit ausgesetzt sind. Die
Teilchen sind eher diskret, als agglomeriert, obwohl in Abwesenheit
einer wässerigen
Flüssigkeit
gebunden. Wenn die Teilchen den Fasern mit Bindemittel in flüssiger Form
ausgesetzt sind, wird für
die Teilchen zum Beibehalten ihrer Teilchenform vorzugsweise ein
Bindemittel derart ausgewählt,
dass die Teilchen in dem Bindemittel kaum löslich sind. Mit schlecht löslich ist
gemeint, dass nicht mehr als etwa 5 g der Teilchen sich in 300 ml
des Bindemittels bei 25°C
lösen.
Teilchen können
in dem Bindemittel löslich
sein, so lange eine ausreichend kleine Menge Bindemittel verwendet
wird, sodass ein wirksamer Teil der Teilchen in Teilchenform verbleibt.
-
Die
Menge der zu den Fasern zugefügten
Teilchen kann breit variieren, beispielsweise von 0,05 bis 80 Prozent,
auf das Gesamtgewicht des fibrösen
Materials und der Teilchen. Antimikrobielle Mittel, wie Chlorhexidin
oder andere Nichtabsorptionsmittelteilchen, sind in sehr niedrigen
Mengen, wie 0,05 bis 10 Prozent, wirksam. Superabsorptionsmittelteilchen
werden vorzugsweise in einer Menge von 3–70 Prozent, insbesondere 20–40 Gewichtsprozent,
der fibrösen
Materialien und Teilchen zugesetzt. Die Teilchen können kombiniert
werden, um mehr als eine Art Teilchen, beispielsweise Superabsorptionsmittel-
und Nichtsuperabsorptionsmittelteilchen, oder zwei Arten von Superabsorptionsmittelteilchen
einzuschließen.
Wenn zwei Arten Teilchen verwendet werden, wird das Gesamtgewicht
der Teilchen 80 Prozent, auf das Gesamtgewicht des fibrösen Materials
und der Teilchen, nicht übersteigen.
-
VI. Nicht-polymere Bindemittel-Eigenschaften
-
Die
Teilchen können
durch ein nicht-polymeres organisches Bindemittel, ausgewählt aus
einer vorbestimmten Gruppe von Bindemitteln, die jeweils eine Flüchtigkeit
von weniger als Wasser aufweisen, an die Fasern gebunden sein. Der
Dampfdruck des Bindemittels kann beispielsweise weniger als 10 mmHg
bei 25°C und
bevorzugter weniger als 1 mmHg bei 25°C sein. Die nicht-polymeren
Bindemittel umfassen nicht-polymere Bindemittelmoleküle, wobei
die Moleküle
mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisen, die Wasserstoffbindungen
oder koordinative kovalente Bindungen mit den Teilchen bilden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die vorbestimmte Gruppe von nicht-polymeren Bindemitteln
eine funktionelle Gruppe, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat,
einem Carbonyl, einer Sulfonsäure,
einem Sulfonat, einem Phosphat, einer Phosphorsäure, einem Hydroxyl, einem
Amid, einem Amin und Kombinationen davon (wie einer Aminosäure oder
Hydroxysäure),
worin jedes Bindemittel mindestens zwei solche Funktionalitäten einschließt, und
die zwei Funktionalitäten
gleich oder verschieden sind, einschließen. Ein Erfordernis für das nicht-polymere
Bindemittel besteht darin, dass es eine Vielzahl von funktionellen
Gruppen aufweist, die in der Lage sind, Wasserstoff zu binden, oder
mindestens eine Gruppe, die Wasserstoff binden kann und mindestens
eine Gruppe, die koordinative kovalente Bindungen bilden kann. Wie
hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „nicht-polymer" auf ein Monomer,
Dimer, Trimer, Tetramer und Oligomere, obwohl einige einzelne nicht-polymere
Bindemittel monomer und dimer, vorzugsweise monomer, sind.
-
Besonders
bevorzugte nicht-polymere, organische Bindemittel sind in der Lage,
mit einer funktionellen Gruppe auf der Oberfläche des Teilchens fünf- oder
sechsgliedrige Ringe zu bilden. Ein Beispiel eines solchen Bindemittels
ist ein Amin oder eine Aminosäure
(beispielsweise ein primäres
Amin oder eine Aminosäure,
wie Glycin), welche durch das Bilden von Wasserstoffbindungen sechsgliedrige
Ringe bildet:
-
-
Ein
sechsgliedriger Ring wird auch durch die Hydroxylgruppen von Carbonsäuren, Alkoholen
und Aminosäuren
gebildet, beispielsweise:
-
-
Ein
fünfgliedriger
Ring kann durch das Bindemittel und die Funktionalität an der
Oberfläche
der Teilchen gebildet werden, beispielsweise:
worin das Teilchen ein in
Wasser unlösliches
Teilchen, wie SAP, darstellt und das Bindemittel ein Alkohol, wie ein
Polyol mit Hydroxylgruppen an benachbarten Kohlenstoffatomen, beispielsweise
2,3-Butandiol, darstellt. Ein Bindemittel, das einen fünfgliedrigen
Ring bildet, kann auch mit einem in Wasser löslichen Teilchen verwendet
werden, beispielsweise worin das Teilchen EDTA darstellt und das
Bindemittel ein Alkohol, wie ein Polyol mit Hydroxylgruppen an benachbarten
Kohlenstoffatomen, ist, beispielsweise 2,3-Butandiol.
-
Andere
Alkohole, die keinen fünfgliedrigen
Ring bilden, können
auch verwendet werden, beispielsweise Alkohole, die keine Hydroxylgruppen
an benachbarten Kohlenstoffatomen aufweisen. Beispiele für geeignete
Alkohole schließen
primäre,
sekundäre
oder tertiäre
Alkohole ein.
-
Aminoalkohol-Bindemittel
sind Alkohole, die eine Aminogruppe (-NR2)
enthalten, und die Bindemittel, wie Ethanolamin (2-Aminoethanol)
und Diglycolamin (2-(2-Aminoethoxy)ethanol)), einschließen. Nicht-polymere
Polycarbonsäuren
enthalten mehr als eine funktionelle Carbonsäuregruppe und schließen solche
Bindemittel, wie Zitronensäure,
Propantricarbonsäure,
Maleinsäure,
Butantetracarbonsäure,
Cyclopentantetracarbonsäure,
Benzoltetracarbonsäure
und Weinsäure,
ein. Ein Polyol ist ein Alkohol, der eine Vielzahl von Hydroxylgruppen
enthält
und Diole, wie Glycole (zweiwertige Alkohole), Ethylenglycol, Propylenglycol
und Trimethylenglycol; Triole, wie Glycerin (1,2,3-Propantriol),
einschließt.
Ester von Hydroxyl-enthaltenden Bindemitteln können auch verwendet werden,
wobei Mono- und Diester von Glycerin, wie Monoglyceride und Diglyceride, besonders
bevorzugt sind. Im Fall der Diglyceride muss mindestens eine der
veresternden Säureeinheiten auch
eine funktionelle Gruppe einschließen, die in der Lage ist, mindestens
eine Wasserstoffbindung mit Fasern zu bilden, oder mindestens eine
funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente
Bindung mit den Teilchen bilden kann. Beispiele für Polyhydroxy-
oder Polycarbonsäureverbindungen
schließen
Weinsäure
oder Ascorbinsäure
(Vitamin C) ein:
-
Vitamin
C (Ascorbinsäure)
-
Hydroxysäurebindemittel
sind Säuren,
die eine Hydroxylgruppe enthalten und Hydroxyessigsäure (CH2OHCOOH) und Milchsäure, Weinsäure, Ascorbinsäure, Zitronensäure und
Salicylsäure
einschließen. Aminosäurebindemittel
schließen
beliebige Aminosäure,
wie Glycin, Alanin, Valin, Serin, Threonin, Cystein, Glutaminsäure, Lysin
oder β-Alanin,
ein.
-
Sulfonsäurebindemittel
und Sulfonate sind Verbindungen, die eine Sulfonsäuregruppe
(-SO3H) oder ein Sulfonat (-SO3 –)
enthalten. Amino-Sulfonsäuren
können
auch verwendet werden. Ein Beispiel eines Amino-Sulfonsäure-Bindemittels,
das in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist Taurin, welches
2-Aminoethansulfonsäure
darstellt.
-
Nicht-polymere
Polyamidbindemittel sind kleine Moleküle (beispielsweise Monomere
oder Dimere), die mehr als eine Amidgruppe aufweisen, wie Oxamid,
Harnstoff und Biuret. Ähnlich
ist ein nicht-polymeres Polyaminbindemittel ein nicht-polymeres Molekül, das mehr
als eine Aminogruppe aufweist, wie Ethylendiamin, EDTA oder die
Aminosäuren
Asparagin und Glutamin.
-
Obwohl
andere nicht-polymere organische Bindemittel gemäß der vorstehenden Diskussion
geeignet sind, wird das nicht-polymere organische Bindemittel vorzugsweise
aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester,
einem Glycerindiester, Glyoxal, Ascorbinsäure, Harnstoff, Glycin, Pentaerythrit,
einem Monosaccharid, einem Disaccharid, Zitronensäure, Taurin,
Weinsäure,
Dipropylenglycol, Harnstoffderivaten, Phosphat, Phosphorsäure, einer
Hydroxysäure
und Kombinationen davon, ausgewählt.
Das nicht-polymere Bindemittel wird auch besonders bevorzugt aus
der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem
Glycerindiester, Polyglycerinoligomeren, Harnstoff und Kombinationen
davon, ausgewählt.
Die nicht-polymeren Bindemittel schließen auch vorzugsweise Funktionalitäten, ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat, einem
Carbonyl, einer Sulfonsäure,
einem Sulfonat, einem Phosphat, einer Phosphorsäure, einem Hydroxyl, einem
Amin, einem Amid und Kombinationen davon (wie eine Aminosäure oder
Hydroxysäure),
ein. Die nicht-polymeren Bindemittel müssen mindestens zwei Funktionalitäten von
solcher Gruppe aufweisen und die Gruppen können gleich oder verschieden
sein.
-
Jedes
der nicht-polymeren Bindemittel, die vorstehend offenbart wurden,
ist in der Lage, Wasserstoffbindungen zu bilden, weil es eine funktionelle
Gruppe aufweist, die elektronegative Atome enthält, insbesondere Sauerstoffatome
oder Stickstoffatome, oder elektronegative Gruppen aufweist, insbesondere
Gruppen, die Sauerstoffatome oder Stickstoffatome enthalten, und
die auch ein Wasserstoffatom einschließen. Der Aminoalkohol, die
Aminosäure,
Carbonsäure,
der Alkohol und die Hydroxysäure
haben alle eine Hydroxylgruppe, in der ein Wasserstoffatom an ein
elektronegatives Sauerstoffatom gebunden ist, unter Erzeugung eines
Dipols, der den Wasserstoff teilweise positiv geladen hinterlässt. Der
Aminoalkohol, die Aminosäure,
das Amid und Amin haben alle eine NR-Gruppe, in der ein Wasserstoffatom
an ein elektronegatives Stickstoffatom gebunden sein kann, das auch
den Wasserstoff teilweise positiv geladen hinterlässt. Der
teilweise positiv geladene Wasserstoff kann dann in beiden Fällen mit
einem elektronegativen Element, wie Sauerstoff oder Stickstoff,
auf den Teilchen oder der Faser zum Unterstützen des Anhaftens des Bindemittels
an dem Teilchen und der Faser in Wechselwirkung treten. Die Polycarbonsäure, Hydroxysäure, Aminosäure und
das Amid haben auch eine Carboxylgruppe mit einem elektronegativen
Sauerstoff, der mit den Wasserstoffatomen in den Teilchen und Fasern
oder in Molekülen
zwischen dem Bindemittel und den Teilchen oder Fasern in Wechselwirkung
treten kann. Ähnlich
können
elektronegative Atome (wie Sauerstoff oder Stickstoff) an der Faser
oder dem Teilchen mit Wasserstoffatomen an dem Bindemittel in Wechselwirkung
treten, das positive Dipole aufweist und teilweise positive Wasserstoffatome
an der Faser oder dem Teilchen können
mit elektronegativen Atomen an dem Bindemittel in Wechselwirkung
treten.
-
Verschiedene
vorgeschlagene Wasserstoffbindungswechselwirkungen von zwei der
Bindemittel (Glycin und 1,3-Propandiol) mit Cellulose werden nachstehend
gezeigt:
-
-
Die
Wasserstoffbindungswechselwirkungen werden als Punktlinien gezeigt.
Eine solche Wechselwirkung wird zwischen dem Stickstoffatom von
Glycin und einem Wasserstoff an einem -OH an Cellulose gezeigt. Eine
Wasserstoffbindung mit Glycin wird auch zwischen einem Sauerstoff
an dem -OH von Glycin und dem Hydroxywasserstoff einer Alkoholseitenkette
an Cellulose gezeigt. Wasserstoffbindungswechselwirkungen des 1,3-Propandiols
werden in Punktlinien zwischen einem Sauerstoff an einer Gruppe
-OH des Bindemittels und einem Wasserstoff an einer Gruppe -OH des
Cellulosemoleküls
gezeigt. Eine weitere Wasserstoffbindung wird auch zwischen einem
Wasserstoff an einer Gruppe -OH des Glycolbindemittels und einem
Sauerstoff in einer Alkoholseitenkette der Cellulose gezeigt.
-
Es
ist auch für
Wasser oder andere Wasserstoff-bindende
Moleküle
möglich,
zwischen der Faser und dem Bindemittel angeordnet zu werden, sodass
die Faser und das Bindemittel beide an dem Wassermolekül Wasserstoff-gebunden
sind.
-
Alternativ
kann ein Atom an dem Bindemittel ein ungebundenes Elektronenpaar,
wie ein einsames Elektronenpaar, von einem Sauerstoff- oder Stickstoffatom
aufweisen, das zu einem leeren Orbital eines Akzeptoratoms in dem
Teilchen unter Bildung einer koordinativen kovalenten Bindung gegeben
wird. Das freie Elektronenpaar an dem Sauerstoff oder Stickstoff
kann zu dem leeren p-, d- oder f-Orbital eines Teilchens (beispielsweise
ein Bor-enthaltendes Teilchen) gegeben werden, unter Bildung einer
koordinativen kovalenten Bindung, die an dem Teilchen zu dem Bindemittel
anhaftet. Die Fasern selbst enthalten normalerweise keine funktionellen
Gruppen, die als Elektronenakzeptoren bei der Bildung von koordinativen
kovalenten Bindungen mit dem Bindemittel wirken können, jedoch
erlauben die Wasserstoff-bindenden Wechselwirkungen dem Bindemittel,
an der Faser anzuhaften. Beispielsweise enthalten Cellulose- und
Synthesefasern Hydroxyl-, Carboxyl- und Estergruppen, die mit dem
Hydroxyl, der Carbonsäure,
dem Amid, Amin oder anderen Gruppen des Bindemittels Wasserstoff
binden werden. Nicht-Cellulose oder nicht-synthetische Fasern, die
diese Funktionalitäten
aufweisen, können
auch verwendet werden, beispielsweise Seide, die eine Amidbindung
aufweist. Folglich wird das Bindemittel an dem Teilchen mit einer
koordinativen kovalenten Bindung und die Faser mit einer Wasser
stoffbindung anhaften.
-
In
einigen bevorzugten Ausführungsformen
ist das Bindemittel an sowohl die Fasern als auch die Teilchen durch
Wasserstoffbindungen gebunden. Ein Polyolbindemittel kann beispielsweise
zum Binden von Polyacrylathydrogelteilchen an Cellulosefasern verwendet
werden. Die Hydroxylgruppen an dem Polyolbindemittel nehmen an den
Wasserstoff-bindenden Wechselwirkungen mit den Hydroxylgruppen an
den Cellulosefasern und die Carboxylgruppen an dem Polyacrylathydrogel
teil. Folglich wird das Bindemittel an sowohl dem Teilchen als auch
der Faser mit Wasserstoffbindungen anhaften. Diese Wasserstoffbindungen
stellen ausgezeichnete Bindungswirksamkeit bereit und senken die
Ablösung
von gebundenen Teilchen von den Fasern.
-
Eine
strukturelle Zeichnung wird nachstehend gezeigt, in der Zitronensäure, Vitamin
C und Harnstoff in Wasser unlösliche
SAP-Teilchen an Cellulose mit Wasserstoffbindungen oder in Wasser
lösliche
EDTA-Teilchen anheften. Einige der möglichen Wasserstoffbindungswechselwirkungen
werden als Strichlinien gezeigt. Es ist möglich, dass andere Moleküle (wie
Wassermoleküle)
auch in einigen von diesen Bindungen, beispielsweise als ein Zwischenzustand
zwischen dem Bindemittel und Teilchen oder der Faser, teilnehmen
können.
-
-
-
Besonders
effiziente Wasserstoffbindungsbindemittel schließen jene mit Carboxylgruppen,
wie Ascorbinsäure,
oder Amidgruppen, wie Harnstoff, ein. Hydroxylgruppen sind auch
sehr wirksame Bindemittel. Amin- und Etherfunktionalitäten sind
weniger wirksame Bindemittel.
-
Bindemittel
haben funktionelle Gruppen, die unabhängig oder in Kombination von
der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat, einem
Carbonyl, einem Hydroxyl, einer Sulfonsäure, einem Sulfonat, einer
Phosphorsäure,
einem Phosphat, einem Amid, einem Amin und Kombinationen davon,
ausgewählt werden.
Diese funktionellen Gruppen könnten
durch die nachstehenden, beispielhaften chemischen Verbindungen
bereitgestellt werden: eine Carboxylgruppe könnte durch Carbonsäuren, wie
Ascorbinsäure,
bereitgestellt werden; ein Carboxylat, das eine ionisierte Carbonsäure darstellt,
könnte
durch ein Material, wie Ascorbat, bereitgestellt werden; eine Carbonylgruppe
kann durch einen Aldehyd, wie ein Keton, bereitgestellt werden;
ein Hydroxyl, wie ein Alkohol oder ein Polyol, wie Glycerin, oder
ein Mono- oder Diglycerid, die Ester von Glycerin darstellen; ein
Amid, wie ein Peptid; und ein Amin, das durch ein Alkylamin bereitgestellt
werden kann, wie Ethylenimin, worin das Bindemittel mindestens zwei
von diesen funktionellen Gruppen aufweist, und jede der funktionellen
Gruppen gleich (beispielsweise ein Polyol, Polyaldehyd, Polycarbonsäure, Polyamin
oder Polyamid) oder verschieden (beispielsweise ein Aminoalkohol,
Hydroxyamid, Carboxyamid oder Aminosäure) sein kann. Funktionelle
Gruppen können auch
unabhängig
oder in Kombination aus der Gruppe, bestehend aus Carboxyl, einem
Alkohol, einem Amid und einem Amin, ausgewählt sein. Ein Aldehyd kann
gegebenenfalls ein Mitglied von jeder dieser Gruppen sein, insbesondere,
wenn er zu einer Carbonsäure
oxidiert wird.
-
Kombinationen
der nicht-polymeren organischen Bindemittel mit anderen nicht-polymeren
Bindemitteln können
auch verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie nicht-reaktiv sind.
Das heißt,
vorausgesetzt, dass die Bindemittel nicht in einer Weise reagieren,
die verhindert, dass die Bindemittel zum Binden gemäß der vorliegenden
Erfindung die erforderlichen funktionellen Gruppen besitzen.
-
VIII. Verfahrensvorteile
-
Die
gemäß der vorliegenden
Erfindung zu verwendenden Bindemittel stellen auch zahlreiche Verfahrensvorteile
bereit. Das Binden von Teilchen an die Fasern kann beispielsweise
ohne äußere Anwendung
von Wärme
stattfinden. Folglich kann, falls erwünscht, Teilchenbinden bei Umgebungstemperatur
stattfinden. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich deshalb
von den Vernetzungsverfahren des Standes der Technik, in denen zum
kovalenten Vernetzen von Cellulosegruppen aneinander erhöhte Temperaturen
gefordert sind. Darüber
hinaus haben die erfindungsgemäß zu verwendenden
Bindemittel den Vorteil, durch die Zugabe eines Fluids aktivierbar
zu sein, wie ein flüssiges
Lösungsmittel
(manchmal hierin als ein Aktivierungsfluid bezeichnet; ein Beispiel
dafür ist
Wasser). Folglich kann man ein flüssiges Bindemittel (welches
eine Lösung
eines festen oder flüssigen
Bindemittels oder ein Bindemittel, das einen Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt
unter Raumtemperatur aufweist, einschließen würde) auf eine Cellulosematte
in Abwesenheit der zu bindenden Teilchen auftragen und das Bindemittel
trocknen lassen, beispielsweise, bis das Faserprodukt einen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt
mit der Feuchtigkeit in der umgebenden Luft erreicht. Die Bindemittel
können
dann zum Binden der Teilchen an dem Ort aktiviert werden. Einige
der Bindemittel (insbesondere die flüssigen Bindemittel) diffundieren
durch die Fasern zum Erreichen einer Gleichgewichtsverteilung des
Bindemittels. Alternativ kann das Bindemittel als ein Feststoff,
beispielsweise als Teilchen, oder als Pulver aufgetragen werden. Bei
einer späteren
Verarbeitungsstufe können
Wasser oder weiteres aktivierendes Fluid oder weitere Flüssigkeit
zu jenen Teilen der Matte gegeben werden, wo teilchenförmiges Binden
erwünscht
ist. Die Teilchen können dann
zu der Matte gegeben werden und an jenen Teilen der Matte anhaften,
die befeuchtet wurden. Alternativ können die Teilchen zu der Matte
vor oder gleichzeitig mit der Aktivierung des Bindemittels hinzugefügt werden.
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Die
Bindemittel können
bei Raumtemperatur Flüssigkeiten
(wie Glycerin) oder flüssige
Lösungen
von Bindemitteln, die bei Raumtemperatur Feststoffe darstellen (beispielsweise
eine wässerige
Lösung
von Glycin), oder flüssige
Heißschmelzen
von festen Bindemitteln sein. Feste Bindemittel können auf
die Fasern als supergesättigte
Lösung
aufgetragen werden, oder das feste Bindemittel kann über seinen
Schmelzpunkt erhitzt und auf die Fasern aufgetragen werden. Nach
Verfestigen wird das Bindemittel desaktiviert. Feste Bindemittel
können
zu Fasern in Teilchenform, beispielsweise durch Sprühen der
Bindemittelteilchen auf die Fasern, zugesetzt werden; vorausgesetzt,
sie werden durch die anschließende
Anwendung von Wärme
oder Flüssigkeit
fixiert.
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Die
Bindungsreaktion kann über
einen breiten Bereich des pH-Werts, ohne Erfordernis eines Katalysators,
auftreten. Ein geeigneter pH-Bereich, ohne einen Katalysator, ist
1–14,
jedoch sind bevorzugte Bereiche von 5–8 oder 6–8, weil solche neutralen pH-Bereiche
fibröse
Produkte erzeugen werden (wie Celluloseprodukte), die sich als weniger
geschädigt
durch Säurehydrolyse
erwiesen haben. Ein nicht-saurer pH-Wert (7 oder größer) wird
eine Umgebung bereitstellen, die die Bildung von Esterbindungen
inhibiert, und die Bildung von Wasserstoffbindungen oder koordinativen
kovalenten Bindungen, die an den Teilchen der vorliegenden Erfindung
zu den Fasern mit dem Bindemittel anhaften, fördert.
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Wenn
in Wasser unlösliche
Teilchen verwendet werden, ist der Feuchtigkeitsgehalt der Fasern
während
der Bindungsreaktion 0,5–50%,
geeigneterweise 5–40%
oder vorzugsweise 5– 20%
Wasser, auf das Gewicht der Fasern, des Bindemittels und Teilchens.
Ein Feuchtigkeitsgehalt, größer als
20%, vorzugsweise 30%, oder im Bereich 20–50% oder 30–50%, kann
verwendet werden, selbst wenn solche hohen Feuchtigkeitsgehalte
bei der Zwischenprodukt-Anhydridbildung stören und die Bildung von kovalenten
Bindungen bei der Herstellung von vernetzten stark voluminösen Fasern
inhibieren. Wenn in Wasser lösliche
Teilchen verwendet werden, ist der Feuchtigkeitsgehalt der Fasern
während
der Bindungsreaktion 0,5–30%,
geeigneterweise 5–25%,
vorzugsweise 12–20%.
Die Teilchen können
zu den Fasern gegeben werden, wobei die Teilchen durch das fibröse Produkt
hindurch verteilt sind, ohne an die Oberfläche des Produkts gedrängt zu werden.
Die Teilchen können über die
Tiefe eines Faserprodukts, wie einer Matte oder eines Bahnmaterial,
verteilt sein.
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Das
Bindemittel liegt geeigneterweise in dem behandelten Produkt in
einer Menge von mindestens 1 Prozent und nicht mehr als 40 Prozent,
auf das Gewicht des fibrösen
Materials („Gewichtsprozent"), vor. In besonders
bevorzugten Ausführungsformen
liegt das Bindemittel in einer Menge von 1 bis 25 Gewichtsprozent des
fibrösen
Materials vor. Unter etwa 1 Prozent, falls auf der Faser angeordnet,
liegt eine unzureichende Menge an Bindemittel vor, um hinreichendes
Binden zu erreichen. Das Anwenden zu hoher Mengen an Bindemittel kann
zu unerwünschten
Kosten bei dem Bindungsverfahren führen. Hohe Prozentsätze an Bindemittel
können auch
Verarbeitungsprobleme verursachen, weil das Bindemittelmaterial
auf die Ausrüstungsoberflächen übertragen
wird. Deshalb ist es häufig
bevorzugt, kein weiteres Bindemittel anzuwenden, das erforderlich
ist, um die Teilchen und Fasern zu binden.
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Thermoplastische
Bindemittel können
auch verwendet werden, um beim Binden von Fasern aneinander und
der Teilchen an Fasern zu helfen. Das Bindemittel, das die Wasserstoff-bindenden oder koordinativ kovalent
bindenden Funktionalitäten
selbst aufweist, kann thermoplastisch sein. Einige nicht-polymere Bindemittel,
die erfindungsgemäß zu verwenden
sind, haben den Vorteil, thermoplastische Feststoffe zu sein. Folg lich
können
gemäß der vorliegenden
Erfindung behandelte Fasern durch Erhöhen der Fasertemperatur oberhalb
der Erweichungstemperatur des Bindemittels thermogebunden sein,
um das thermoplastische Bindemittel zu erweichen und Fasern aneinander
und die Fasern an die Teilchen thermoplastisch zu binden. Alternativ kann
ein Hilfsmittel oder zweites Bindemittel auf die Fasern als ein
Feststoff bei Raumtemperatur aufgetragen werden und die Temperatur
des zweiten Bindemittels über
seinen Erweichungspunkt erhöht
werden, um die Fasern und Teilchen thermisch zu binden. Das Hilfsbindemittel
kann auf die Fasern entweder vor oder nachdem das primäre Bindemittel
angewendet wird, angewendet werden, jedoch vor dem Thermobinden.
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Die
erfindungsgemäß zu verwendenden
Bindemittel können
mit Fasern verwendet werden, die im Wesentlichen kovalentes Verbinden
innerhalb der Fasern (wie HBA, erhältlich von Weyerhaeuser) oder
Fasern aufweisen, die im Wesentlichen frei von kovalentem Vernetzen
innerhalb der Fasern sind. Beispiele für vereinzelte, innerhalb der
Fasern vernetzte Fasern sind in den Europäischen Patent-Anmeldungen 440
472 A1 und 427 317 A2 offenbart, die Produkte erzeugen, die von
solchen Publikationen im Wesentlichen frei von Zwischenfaserbindungen
beschrieben werden. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Fasern müssen nicht
wie in jenen Europäischen
Anmeldungen zum Entfernen von Zwischenfaserbindungen verarbeitet
werden. Die erfindungsgemäß zu verwendenden
Bindemittel können
deshalb mit natürlichen
Fasern verwendet werden, die im Wesentlichen Zwischenfaserbinden
aufweisen, die als Fasern definiert sind, die nicht wie in den Europäischen Anmeldungen
440 472 A1 und 427 317 A2 verarbeitet wurden, um im Wesentlichen
die Zwischenfaserbindungen zu entfernen. Cellulosefasern, die nicht
so verarbeitet wurden, sind im Wesentlichen frei von Bindungen innerhalb
der Fasern.
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Das
fibröse
Produkt des vorliegenden Verfahrens (mit oder ohne Vernetzen innerhalb
der Fasern) kann durch äußere Anwendung
von Druck weiter verdichtet werden. Das verdichtete Produkt ist
kompakt und leicht transportierbar. Und wenn die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen
darstellen, hat das erhaltene fibröse Produkt überlegene Eigenschaften, verglichen
mit nicht verdichteten Produkten. Die Erfinder haben gefunden, dass
die erfindungsgemäß zu verwendenden
Bindemittel ein Produkt herstellen, das leicht verdichtet werden
kann. Leichte Verdichtung ist mit den Wasserstoffbindungen und koordinativen
kovalenten Bindungen, die zwischen dem Bindemittel und den Teilchen
und Fasern gebildet werden, verbunden. Die Fasern werden besonders
leicht verdichtet, wenn mindestens 5 Gewichtsprozent der Fasern,
Teilchen und des Bindemittels, bevorzugter 10%, SAP-Teilchen darstellen,
die an den Fasern haften.
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Gemäß dieser
Erfindung wird das Bindemittel auf Fasern vor der Zugabe der Teilchen
aufgetragen. Ohne die Erfindung zu begrenzen, scheint es, dass die
Zugabe von kleinen Mengen Feuchtigkeit zu den Teilchen das Binden
von Superabsorptionsmittelteilchen und möglicherweise von anderen Arten
der Teilchen an die Fasern unterstützen kann. Beispielsweise wurde
gefunden, dass Aussetzen der Teilchen an Luft bei 65 Prozent Feuchtigkeit,
wenn sie an Bindemittel enthaltenden Fasern abgegeben wurden, das
Teilchenbinden verstärkt.
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Das
Binden kann unter Bedingungen ausgeführt werden, die die Bildung
von Wasserstoffbindungen oder koordinativen kovalenten Bindungen
begünstigen,
und die Bildung von kovalenten Bindungen abweisen. Bedingungen,
die kovalente Bindungen begünstigen,
sind jene, offenbart in US-Patent Nr. 4 412 036 und US-Patent Nr.
4 467 012, worin Teilchen und Bindemittel zwischen Gewebsschichten
unter hoher Temperatur und hohem Druck laminiert werden, unter Bildung
von laminierten Haftgewebsschichten. Das Patent lehrt, dass minimale
Anhaftung bei 200 pli auftritt (pounds per linear inch, wie in einer
Kalanderpresse), wenn keine äußere Wärme angewendet
wird, jedoch verbessert sich die Anhaftung, wenn die Reaktionstemperatur
ansteigt. Verbesserte Anhaftung der Gewebsschichten tritt aufgrund
verstärkt
kovalenten Bindens auf, wenn sich die Temperatur erhöht.
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Die
Bedingungen, die kovalente Bindungsbildung begünstigen, werden auch in den
Europäischen
Patent-Anmeldungen 440 472 A1, 427 317 A2, 427 316 A2 und 429 112
A2 gezeigt. Diese Europäischen
Veröffentlichungen
verwenden Polycarbonsäurevernetzer
und erfordern erhöhte
Temperaturen (beispielsweise über
145°C) und
saure Bedingungen (pH-Wert weniger als 7) zum Fördern der Bildung von kovalenten
Esterbindungen innerhalb der Fasern und Inhibieren der Umwandlung
der Esterbindungen. Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
im Gegensatz dazu Wasserstoff oder koordinative kovalente Bindungen
unter 145°C, unter
100°C und
auch bei Raumtemperatur gebildet werden. Die erfindungsgemäß zu verwendenden
Bindemittel können
auch Teilchen an Fasern unter neutralen oder alkalischen Bedingungen
binden; das heißt,
bei einem pH-Wert oberhalb 7, jedoch vorzugsweise bei einem pH-Wert
von 5–8
oder 7–8.
Fasern, die von kovalenten Vernetzungen innerhalb der Fasern hohe
Schüttdichte
aufweisen, werden durch Vereinzeln der Fasern (beispielsweise in
einem Zerfaserer) und Härten
derselben bei erhöhter
Temperatur (oberhalb 150°C)
hergestellt. Anfängliche
Auftragung des Bindemittels auf solche stark voluminösen Fasern
tritt vorzugsweise nach dem Härtungsschritt
auf, insbesondere, wenn das Bindemittel in der Lage ist, als ein
Vernetzungsmaterial zu wirken. Die speziellen Arten der hierin offenbarten
Bindemittel, die auch vernetzen können, sind Polyole, Polyaldehyde,
Polycarbonsäuren
und Polyamine (nichtpolymere Bindemittel mit mehr als einer Amingruppe). Wenn
solche Bindemittel während
des Härtens
vorliegen, wird das Bindemittel während des Härtungsschritts verbraucht,
unter Bildung von kovalent vernetzten Bindungen. Wenn dies auftritt,
ist das Bindemittel nicht mehr zum Wasserstoffbinden oder koordinativen
kovalenten Binden verfügbar
und das Teilchenbinden an Fasern ist uneffektiv.
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Die
Verfahren zur Bildung von kovalenten Bindungen innerhalb der Fasern,
die in den vorstehenden Europäischen
Veröffentlichungen
beschrieben wurden, erfordern die Bildung eines Anhydrids, das mit
einer Hydroxygruppe an Cellulose reagiert, unter Bildung einer kovalenten
Esterbindung. Es wird angenommen, dass die Gegenwart von mehr als
20 Gew.-% Wasser in den Fasern bei der Bildung des Anhydrids stört und die
Bildung von kovalenten Bindungen hemmt. Folglich sollten in Verfahren,
die als Bindemittel in der vorliegenden Erfindung Polycarbonsäuren, Polyole
und Polyamine anwenden (die nicht-polymere Amine mit mehr als eine Amingruppe
einschließen)
verwenden, die Fasern mindestens 20% Wasser (oder 20–50% Wasser), auf
das Gewicht, enthalten, wenn die Teilchen und Bindemittel in den
Fasern vorliegen, wenn Härten
auftritt. Das Wasser inhibiert die Bildung kovalenter Bindungen
und verhindert, dass das gesamte Bindemittel unter Bildung von kovalenten
Vernetzungen innerhalb der Fasern verbraucht wird. Folglich bleibt
etwas Bindemittel zur Bildung von nicht-kovalenten Bindungen mit
den Teilchen und Erzeugen der leichten Verdichtung zu Faserprodukten
verfügbar,
die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wurden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Gegensatz dazu ein Produkt unter Bedingungen hergestellt,
die die Bildung von Wasserstoff- oder koordinativen kovalenten Bindungen
erzeugt. Folglich können
die Teilchen in Abwesenheit der äußeren Anwendung
von Wärme
oder Druck an Fasern gebunden sein. Teilchen können auch gebunden und das
erhaltene Faserprodukt verdichtet werden, beispielsweise bei weniger
als 200 pli (etwa 8000 psi) mit SAP, oder weniger als 100 pli (etwa
4000 psi) mit SAP, in Abwesenheit von äußerer Anwendung von Wärme, zur
Erzeugung eines Produkts, in dem ein wesentlicher Anteil der Teilchen
durch nicht-kovalente Bindungen gebunden sind (Wasserstoff oder
koordinative kovalente Bindungen). Ein wesentlicher Anteil von Teilchenbindung
durch nicht-kovalente Bindungen bedeutet, mindestens die Hälfte der
Bindungen, die die Teilchen an Fasern binden, sind von kovalenten
Bindungen, beispielsweise Wasserstoff oder koordinative kovalente
Bindungen, verschieden.
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In
weiteren Beispielen können
Teilchen in Abwesenheit einer äußeren Anwendung
von Druck, jedoch bei erhöhten
Temperaturen, gebunden werden.
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In
besonders bevorzugten Ausführungsformen
werden die Teilchen im Wesentlichen vollständig nicht-kovalent an die
Fasern gebunden.
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VII. Nicht-polymere Bindungsbeispiele
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Verschiedene
Beispiele werden nachstehend zum Erläutern der Verwendung von verschiedenen nicht-polymeren
organischen Bindemitteln zum Binden von Superabsorptionsmittelteilchen
an gebleichtem Southern-Kraftzellstoff bereitgestellt. Verschiedene
Beispiele der Bindemittelaktivierung und Aktivierung werden auch
bereitgestellt.
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BEISPIEL 1
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Eine
Menge von 3171 Gramm von gebleichtem Southern-Kraft-Fluff (ein Weichholzschliff) wurde
in eine Mischer-ähnlichen
Mischvorrichtung Air-entrained (mit Luft eingespült) und 1000 Gramm Glycerin
(96%, USP, bezogen von Dow Chemical Co. Midland, MI), verdünnt mit
300 ml desionisiertem Wasser, wurden auf den Fluff gesprüht. Anschließend wurden
4348 Gramm Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe
(IM1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) zu der Mischvorrichtung
gegeben und mit dem Fluff und Bindemittel vermischt. Das Material
wurde dann in einen Flashrohrtrockner bei 142°F gelenkt, in einen Zyklon geblasen
und in eine Danweb-Luftlegemaschine gespeist, unter Bildung eines
Bahnmaterials, das gebundene 40% IM1000F enthält, die im Wesentlichen in
dem Bahnmaterial nicht beweglich sind, weil die Teilchen an die Fasern
gebunden werden, anstatt durch die Matrix mechanisch eingefangen
zu werden. Glycerin ist vorteilhaft, weil es in der Regel die Fasern
durchdringt und dieselben zusätzlich
zum Binden der Teilchen an die Fasern weich macht. Im Fall, dass
Glycerin/Fasermaterial für
längere
Zeiträume
bis zur Verwendung beim Anhaften von Teilchen (beispielsweise wenn
Aktivierung für
einige Wochen oder mehr verzögert
ist) gelagert wird, steht jedoch über die Zeit weniger Glycerin
an der Oberfläche
der Fasern zur Verwendung beim Binden von Teilchen zur Verfügung. Dies
kann zum Teil durch Anwenden höherer
Prozentsätze
an Glycerin auf den Fasern kompensiert werden. Auch Monoglycerid-
und Diglyceridbindemittel dringen nicht leicht in die Fasern ein
und können
deshalb vor der Aktivierung zum Anhaften der Teilchen länger gelagert
werden.
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BEISPIEL 2
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Eine
Menge von 900 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Fluffzellstoffbogen wurde mit 50%iger
Glycinlösung
(bezogen als ein Trockenpulver von Aldrich, Milwaukee, WI) versprüht, sodass
der Feuchtigkeitsgehalt 17–21%
war, wenn der Bogen zu einer Fitz-Hammermühle geführt wurde, die mit einem drei
Achtel inch-Lochsieb ausgestattet war. Stärke-gepfropfte Polyacrylathydrogelfeinstoffe
(IM1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) wurden gleichzeitig
durch eine Schneckenzuführungsvorrichtung
zu der Mühle
gegeben, gemischt mit dem Fluff, gelenkt zu einer M & J-Luftlegebildungsmaschine
und unter Bildung eines Bahnmaterials luftgelegt. Das sich dann
ergebende Bahnmaterial enthielt 20% SAP, gebunden an die Fasern,
die durch das Bahnmaterial im Wesentlichen ungleichförmig verlaufen,
ohne auf eine Oberfläche
des Bahnmaterials begrenzt zu sein.
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BEISPIEL 3
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Eine
Menge von 900 Gramm eines gebleichten Southern-Kraft-Fluffzellstoffbogens wurde mit
50%iger Pentaerythritlösung
(bezogen von Aldrich, Milwaukee, WI) besprüht, sodass der Feuchtigkeitsgehalt
17–21% war,
als der Bogen in eine Fitz-Hammermühle geführt wurde, die mit einem drei
Achtel inch-Lochsieb ausgestattet war. Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe
(IM1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) wurden gleichzeitig
durch eine Schneckenzuführungsvorrichtung
zu der Mühle
gegeben, mit dem Fluff gemischt, zu einer M & J-Luftlegeformmaschine gelenkt und
unter Bildung eines Bahnmaterials luftgelegt. Das sich dann ergebende
Bahnmaterial enthielt 20% SAP, gebunden an die Fasern.
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BEISPIEL 4
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Eine
Menge von 900 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Fluffzellstoffbogen wurde in eine mit
einem drei Achtel inch-Lochsieb
ausgestattete Fitz-Hammermühle
gespeist. Der Bogen wurde zerfasert, zu einer M & J-Luftlegestrasse gelenkt und zu
einem Bahnmaterial luftgelegt. Als das Bahnmaterial erschien, wurden
die Zielzonen des Bahnmaterials mit einer 50%igen Lactoselösung benebelt,
um den Feuchtigkeitsgehalt auf 17–21% zu erhöhen. Fünf Gramm aliquote Mengen der
Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe
(IM1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) wurden anschließend auf
die Zielzonen gesiebt. Das sich ergebende Bahnmaterial enthielt
Zielzonen mit 5 Gramm SAP, gebunden an die Fasern von jeder Zielzone. Anteile
des Bahnmaterials, die nicht zur Lactoseauftragung gezielt waren,
hafteten an den Teilchen nicht gut. Dies ist ein Beispiel für das Anhaften
des Bindemittels an eine Zielzone, sodass SAP hauptsächlich an
den Zielflächen
anhaftet, wo das Bindemittel aufgetragen wurde. Die Zielzonenauftragung
von SAP kann vorteilhaft sein, weil es die Kosten des Produkts vermindert,
um nur SAP in Flächen
eines Produkts bereitzustellen, wo das SAP benötigt wird, beispielsweise die
Zwickelfläche
einer Windel. Die Anordnung von SAP in dem Bereich, wo die Flüssigkeit
anfällt,
vermindert erwartungsgemäß auch die
Notwendigkeit zum Wegsaugen von Flüssigkeit zu einem SAP-imprägnierten
Bereich. Dies ist ein Vorteil, weil die Notwendigkeit zum Wegsaugen
des Flüssigkeitsaustritts
in einem Absorptionsmittelprodukt, wie einer Windel, erhöhen kann.
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BEISPIEL 5
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Eine
Menge von 321 Gramm von gebleichtem Southern-Kraftfluff wurde in eine Mischer-ähnliche Mischvorrichtung
Air-entrained und 100 Gramm Glycerin (96%, USP; bezogen von Dow
of Midland, MI), verdünnt
mit 30 ml desionisiertem Wasser, wurden auf den Fluff gesprüht. 71 Gramm
Abscents (ein Geruch absorbierender Zeolith, bezogen von UOP, Tarrytown,
NY) wurden dann zugegeben und in der Mischvorrichtung mit den Fasern
und Glycerin für
15 Sekunden vermischt, bis ein homogenes Gemisch erreicht wurde.
Das Material wurde dann in einem Abzug über Nacht zum Trocknen ausgebreitet,
zu einem Bahnmaterial luftgelegt und auf teilchenförmige Reststoffe
durch eine Aschetest getestet. Die so hergestellte Lage enthielt
7% teilchenförmige
Stoffe. Die ursprünglich
zugegebene Menge sollte 15% Hergestelltes aufweisen; folglich wurden 50%
Teilchenretention beobachtet. Dies entspricht vorteilhaft der Teilchenretention
mit Latexbindemitteln unter ähnlichen
Bedingungen, in denen nur etwa 3% der Teilchen zurückgehalten
werden.
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VIII. Bindungsbeispiele
für in
Wasser lösliche
Teilchen
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Verschiedene
Beispiele werden nachstehend zum Erläutern unter Verwendung von
Bindemitteln bereitgestellt, um in Wasser lösliche Teilchen an gebleichtem
Southern-Kraftzellstoff zu erläutern.
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BEISPIEL 6
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Eine
Menge von 321 Gramm NB-416 gebleichtem Southern-Kraftfluff, erhalten von Weyerhaeuser Company
(Tacoma, Washington), wurde in eine Mischer-ähnliche Mischvorrichtung Air-entrained
und 50 Gramm Glycerin (bezogen von Dow Chemicals of Midland, Michigan)
wurden auf den Fluff gesprüht.
Anschließend
wurden 288 Gramm Dinatriumethylendiamintetraessigsäure (EDTA)
(bezogen von Mallinkrodt Chemical Works of St. Louis, Missouri)
zugegeben und in der Vorrichtung vermischt. Der Mischer wurde gestoppt,
das Produkt wurde vom Vakuum befreit und über Nacht in einem Abzug versprüht. Das
erhaltene Produkt wurde durch ein Raster-Elektronenmikroskop untersucht
und bestätigte
Dinatrium-EDTA-Teilchen, die an Fasern gebunden sind.
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BEISPIEL 7
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Eine
Menge von 321 Gramm HBA-Zellstoff (eine vernetzte Faser hoher Schüttdichte,
erhältlich
von Weyerhaeuser Company, Tacoma, Washington), wurde in eine Mischer-ähnliche
Mischvorrichtung Air-entrained und 50 Gramm Glycerin (bezogen von
Dow Chemicals of Midland, Michigan) wurden auf den Fluff gesprüht. Anschließend wurden
288 Gramm Natriumbicarbonat (bezogen von J. T. Baker Chemical Co.,
Phillipsburg, New Jersey) zugegeben und in der Vorrichtung vermischt.
Der Mischer wurde gestoppt, das Produkt wurde abgezogen und in einem
Abzug zum Trocknen über
Nacht ausgebreitet. Das erhaltene Produkt wurde durch ein Raster-Elektronenmikroskop
(SEM) geprüft
und lieferte Fasern mit gebundenen Natriumbicarbonatteilchen.
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BEISPIEL 8
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Ein
Zellstoffbogen NB-416 (gebleichter Southern-Kraft, erhältlich von Weyerhaeuser Company,
Tacoma, Washington), wurde mit Glycerin auf einem Walzenbeschichter
behandelt, sodass das Produkt 10% Glycerin, auf das Gewicht, enthielt.
Der Zellstoffbogen wurde in eine Hammermühle gespeist und vermahlen,
unter gleichzeitigem Zuführen
von Polyacrylathydrogel (IM3900, bezogen von Hoechst Celanese, Portsmouth,
Virgina) und Ethylendiamintetraessigsäure zu der Mühle mit
einer solchen Geschwindigkeit, dass das Produkt 54% behandelte Faser,
42% IM3900 und 4% EDTA enthielt. Das Gemisch wurde zu einer Luftlegevorrichtung von
M & J Machines
(Horsens, Dänemark)
gelenkt und zu einem kontinuierlichen Bahnmaterial luftgelegt. Das erhaltene
Produkt wurde durch ein Raster-Elektronenmikroskop geprüft und lieferte
Fasern mit gebundenen Polyacrylathydrogel- und EDTA-Teilchen.
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BEISPIEL 9
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Ein
Verfahren, ähnlich
zu jenem, beschrieben in Beispiel 8, wurde unter Verwendung von
KittyHawk-Zellstoff (ein thermobindbares Gemisch von gebleichtem
Southern-Kraft und Polyethylenfasern, erhältlich von Weyerhaeuser Company,
Tacoma, Washington) ausgeführt.
Das erhaltene Produkt wurde mittels Durchleiten des Bahnmaterials
durch einen Umluftofen bei 140°C
für 0,5
Minuten thermogebunden. Das erhaltene Produkt wurde durch ein Raster-Elektronenmikroskop
geprüft
und lieferte Fasern mit gebundenen Polyacrylathydrogel- und EDTA-Teilchen.
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BEISPIEL 10
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In
diesem Beispiel wird Oxalsäure
an die Fasern durch die Bindemittel gebunden. Ein Zellstoffbogen mit
10% Bindemittel wurde wie in Beispiel 8 hergestellt. Der Zellstoffbogen
wurde bei 90% relativer Feuchtigkeit für 4 Stunden konditioniert,
dann wurde der Bogen in einem Waring-Mischer zerfasert. Die Teilchen
von Oxalsäure
wurden dann zu dem Mischer gegeben und das Mischen fortgesetzt.
Das Produkt wurde getrocknet und ein SEM erhalten, welches in 14 gezeigt wird. Das federige Teilchen von Oxalsäure wird
nahe der Mitte der Photographie, gebunden an die Cellulosefaser
durch das Glycerin, gezeigt.
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BEISPIEL 11
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Die
Fasern wurden wie in Beispiel 10 hergestellt, mit der Ausnahme,
dass Aluminiumsulfat (Alaun) gegen Oxalsäure ersetzt wurde. Das SEM
von Alaun, gebunden an die Fasern, wird in 15 gezeigt.
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BEISPIEL 12
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Ein
Gemisch der Bindemittel kann auch verwendet werden, um Teilchen
an die Fasern zu binden. Die Fasern können wie in Beispiel 6 bezogen
werden, jedoch wurden 50 Gramm Glycerin gegen ein Gemisch von Harnstoff
und Glycerin ausgetauscht. Ein 40/60-Gemisch (auf das Gewicht) von
Harnstoff und Glycerin wird zum Auflösen von Harnstoff in dem Glycerin
vermischt und die Lösung
auf 70–80°C erhitzt.
Das erhitzte Bindemittelgemisch wird dann zum Binden der Teilchen
auf die Fasern wie in Beispiel 11 aufgetragen. Das Harnstoff/Glycerin-Gemisch
stellt verschiedene Vorteile gegenüber der Verwendung von Glycerin
allein bereit. Harnstoff senkt die Kosten des Bindemittels, während Glycerin
die Fasern erweicht. Das Gemisch stellt auch Herstellungsvorteile
bereit.
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In
weiteren Ausführungsformen
kann Harnstoff allein sowie andere Bindemittel des in der vorangehenden
Beschreibung der Erfindung und Kombinationen davon im Einzelnen
ausgewiesenen Typs als das Bindemittel verwendet werden.
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IX. Produkt-Eigenschaften
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Die
nachstehenden Beispiele erläutern,
wie SAP-Retention, Lagenintegrität,
Benetzbarkeit, Dichte und Flüssigkeitsretention
durch das Glycerinbindemittel der vorliegenden Erfindung beeinflusst
werden.
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BEISPIEL 13
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Superabsorptionsmittelteilchen
wurden an Cellulosefasern mit einem Glycerinbindemittel, wie vorstehend
in Bei spiel 1 beschrieben, gebunden. Zum Zweck des Vergleichs wurden
Superabsorptionsmittelteilchen an eine getrennte Probe von Cellulosefasern,
unter Verwendung eines Polyvinylacetat(PVAc)-Bindemittels, das etwa
3% carboxyliert war; das heißt,
nur etwa 3% der PVA-Monomere wurden carboxyliert, gebunden. Das Binden
wurde wie in Beispiel 1 ausgeführt,
jedoch wurde PVAc gegen Glycerin ausgetauscht. Eine Probe von 100
Gramm Glycerin- und PVAc-behandeltem Fluff mit gebundenem SAP wurde
in ein Gebläse
gespeist, das mit einem Schlauch an einem kleinen Zyklon, montiert
auf das Obere eines Stoffsilos, verbunden war. Dies wurde in der
Bemühung
ausgeführt,
um Kräfte
beim mechanischen Rühren
des Fluff zu simulieren, denen man während des Luftlegeverfahrens
begegnen würde.
Nach Sammeln in der Material enthaltenden Vorrichtung wurde Faser
mit gebundenem SAP entfernt und gewogen. Eine Probe von fünf Gramm
der Faser mit gebundenem SAP wurde dann in einer Säule von
Sieben mit sinkenden Maschengrößen angeordnet
und einer Schüttel-
und Hämmerwirkung
für zehn
Minuten unterzogen zum weiteren Entfernen von beliebigem, schlecht gebundenem
SAP. Nichtgebundenes oder schlecht gebundenes SAP siebt sich durch
die Siebe mit einem Bereich von 5–60 Mesh, während die Faser mit gut gebundenem
SAP auf dem 5-Mesh-Sieb verbleibt.
-
Eine
Probe von 2,00 Gramm der Faser, die nahe der Spitze der Siebsäule verblieb,
wurde dann in einer 75-ml-Probe
von 0,9%iger Salzlösung
für exakt
eine Minute angeordnet. Nach der Minute wurde die Flüssigkeit,
die nicht absorbiert wurde, in ein gesondertes, tariertes Becherglas
gegossen und gewogen. Die relativen Mengen an absorbierter Flüssigkeit
weist auf die Mengen an an die Faser gebundenem SAP hin. Fasern, die
größere Mengen
SAP enthalten, führen
in der Regel zum Absorbieren von mehr Flüssigkeit und ergeben eine kleinere
Menge an Flüssigkeit,
die nicht absorbiert wurde.
-
Diese
Ergebnisse werden in Tabelle III gezeigt:
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TABELLE
III Glycerin-Bindemittel Vergleich
von SAP-Retention mit Glycerin und PVAc-Bindemitteln
-
Tabelle
III erläutert,
dass das Glycerinbindemittel ein Produkt bereitstellt, das eine
Absorptionserhöhung
von 400%, verglichen mit dem PVAc-Bindemittel, aufweist. Ein wesentlicher
Anteil dieser Verbesserung wird aufgrund der besseren Anhaftung
zwischen den Fasern und SAP angenommen, sodass die Teilchen nicht von
den Fasern gelöst
sind.
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BEISPIEL 14
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Die
Integrität
der Lage wurde in faserförmigen
Produkten verglichen, welche ohne Bindemittel und mit einem Glycerinbindemittel
bei 7% und 11 Gewichtsprozent verwendet werden. Jedes von diesen
Bindemitteln wurde verwendet, um SAP an Fasern, wie in Beispiel
1, zu binden, und die Eigenschaften der Lage wurden gemessen und
werden in Tabelle IV gezeigt:
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TABELLE
IV Zug-Ergebnisse Integrität der Lage
(niedere Dichte):
-
Integrität der Lage
(hohe Dichte):
-
Das
Glycerinbindemittel in diesem Beispiel erzeugte ein Produkt, das
einen höheren
Zugindex hatte als ein unbehandeltes Produkt. Die erhöhte Zugfestigkeit
wurde besonders in dem verdichteten (hohe Dichte) Produkt erhöht und insbesondere,
wenn mindestens 11% des Bindemittels verwendet wurden.
-
BEISPIEL 15
-
Die
Wirkung von Bindemitteln auf die Benetzbarkeit und Voluminösität der Fasern
wurde unter Verwendung der nachstehenden Fasern getestet: NB-316
(ein gebleichter Standard-Southern-Kraftzellstoff,
ohne Bindemittel); GNB, wie hierin verwendet, ist ein NB-Zellstoff
(ein gebleichter Standard-Southern-Kraftzellstoff) mit
25% Glycerin (abgezogen und gesprüht); HBA-Zellstoff (eine hochdichte,
innerhalb der Fasern vernetzte Faser, erhältlich von der Weyerhaeuser
Company, die kovalente Vernetzungen innerhalb der Fasern enthält), und
GHBA, wie hierin verwendet, ist HBA-Fasern, behandelt mit einem
Glycerinbindemittel in Mengen von 12,5% und 25 Gewichtsprozent.
Die Ergebnisse werden in Tabellen V und VI angegeben.
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Die
FAQ-Zeit wurde durch Luftlegen einer ausgewiesenen Menge (4,00 Gramm)
des zu testenden Fluffs in einem durchsichtigen Kunststoffrohr,
das mit einem Sieb an einem Ende ausgestattet wurde, bestimmt. Der
Fluff und das Rohr wurden dann in eine Vertiefung in der Testvorrichtung
gegeben und ein Metallkolben wurde auf den Fluff gesenkt und die
Lagendichte berechnet. Wasser wurde dann unterhalb der Lage gespült, durch
das Sieb geleitet und durch die Lage aufgenom men. Die Absorptionszeit
davon wurde gemessen, wenn die Flüssigkeit Kontakt mit dem Bodensieb
hat, bis das Wasser einen elektrischen Kreis durch Inkontaktbringen
des Bodens des Kolbens, der auf dem Oberen der Lage ruht, schließt. Niedere
Absorptionszeiten weisen bessere Absorptionsfähigkeit aus. Da die Absorption
der Flüssigkeit
durch die Lage von einigem Zusammenfallen der Lagenstruktur begleitet
wurde, wurde die Dichte der Lage anschließend erneut berechnet. Die
Menge an absorbierter Flüssigkeit
wurde dann gemessen und eine Gramm-pro-Gramm-Kapazität für das Material wurde berechnet.
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Tabelle
V ergibt FAQ-Zeit als ein Maß der
Benetzbarkeit. Eine niedrigere FAQ-Zeit weist ein Produkt aus, das
absorptionsfähiger
ist und schneller aufsaugt. Tabelle VI ergibt Feuchtdichte der Fasern
und die eingestellte Dichte der Fasern. Die eingestellte Dichte
wird als eine Zahl berechnet, erhalten durch Teilen der Voluminösität durch
die tatsächlichen
Prozent des Zellstoffs in der Probe.
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Die
niedrigen FAQ-Zeiten (Tabelle V) in den Glycerin-behandelten Fasern (GNB, GHBA) zeigen,
dass Benetzbarkeit so gut ist wie bei der unbehandelten Faser (NB-316).
Die GHBA 25% hatte wesentlich bessere Benetzbarkeit als unbehandelter
HBA-Zellstoff. Die Voluminösität von Glycerin-behandelten
Fasern (Tabelle VI) wurde bei allen Anteilen an Glycerinbindemittel
auf einer Faser-zu-Faser-Vergleichsgrundlage nicht wesentlich vermindert
oder verändert.
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BEISPIEL 16
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Die
Flüssigkeitszurückhaltung
von gebundenen Fasern wurde bestimmt und mit Fasern verglichen,
in denen kein Bindemittel zugegeben wurde. NB-316 ist ein Zellstoffbogen,
der von Weyerhaeuser Company erhältlich
ist, in dem kein Bindemittel verwendet wird. HBA-Zellstoff wird
in Beispiel 15 beschrieben. HBA/Gly-SAP war eine HBA-Zellstofffaser,
die mit Glycerin gebunden war (12% Bindemittel, 48% Faser) und die
40% SAP-Teilchen enthielt. NB-316/Gly-SAP ist NB-316-Fasern, an
die Glycerin und SAP-Fasern gebunden waren.
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Das
Verfahren zum Bestimmen von Flüssigkeitszurückhaltung
bestand aus Wägen
von dreifachen kleinen Portionen (nahezu 0,2 Gramm) von Proben mit
einer Genauigkeit von 0,0001 Gramm und dann Wärmeversiegeln der kleinen Portionen
in einem Umschlag eines wärmeversiegelbaren
Vlies-Teebeutels. Die Proben wurden dann in einen Überschuss
von 0,9%iger Salzlösung
für dreißig Minuten
getaucht, dann durch Hängen
derselben an einer Klammer für
fünfzehn
Minuten ablaufenlassen. Die Proben wurden zum Bestimmen der Menge
an absorbierter Flüssigkeit
gewogen. Die Gramm absorbierter Flüssigkeit pro Gramm Probe wurden
berechnet und die Proben wurden in einer Zentrifuge für eine Minute
versponnen. Die Proben wurden dann erneut gewogen und eine prozentuale
Flüssigkeitszurückhaltung
wurde berechnet.
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Die
Ergebnisse werden in der nachstehenden Tabelle VII gezeigt:
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TABELLE
VII Flüssigkeitszurückhaltung
(nach Zentrifuge)
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Die
Ergebnisse in Tabelle VII erläutern,
dass Fasern, die SAP, gebunden an dieselben, aufweisen, Flüssigkeit
gut zurückhalten,
während
Fasern ohne SAP die Flüssigkeit
schlecht zurückhalten.
Die Glycerinbindemittel lieferten ausgezeichnetes Anhaften von SAP
an den Fasern.
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X. Hilfsbindemittel
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Wie
vorstehend beschrieben, kann ein Hilfsbindemittel oder zusätzliches
Bindemittel oder Bindemittel (alle nicht-polymer) zusätzlich zu den nicht-polymeren
organischen Bindemitteln oder Kombinationen davon gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. Jedoch wird/werden das/die zusätzliche/n
Bindemittel ausgewählt,
um nicht mit dem gemäß der vorliegenden
Erfindung zu verwendenden Bindemittel oder Bindemittelkombination,
in einer Weise zu reagieren, die verhindert, dass das letztere Bindemittel
die geforderte Funktionalität
aufweist.
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BEISPIEL 17
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Eine
Menge von 321 Gramm gebleichter Southern-Kraftfaser (NB-416, bezogen
von Weyerhaeuser) wurde in einer Mischer-ähnlichen Mischvorrichtung Air-entrained
und mit 212,8 Gramm Polyvinylacetatlatex (PN-3666H, bezogen von
H. B. Fuller, Minneapolis, Minnesota) besprüht. Unter noch Vermischen wurden
438 Gramm eines in Wasser quellfähigen
Polyacrylathydrogels (Favorsab 800, bezogen von Stockhausen, Greensboro,
NC) zugegeben und das erhaltene Gemisch wurde dann mit 100 Gramm
einer 50%igen Glycerinlösung
(bezogen von Dow of Midland, Michigan) besprüht. Der Mischer wurde dann
gestoppt und das Gemisch wurde aus dem Mischer gesogen und zum Lufttrocknen über Nacht
in einem Abzug angeordnet. Das getrocknete Produkt wurde dann in
eine 6'' Durchmesser Lage
in einem Laboratorium-Lagenformer luftgelegt, zu einer Dichte von
ungefähr
0,077 g/cm3 verpresst und bei 140°C für dreißig Sekunden
thermogebunden. Die erhaltenen Lagen hatten 40% gebundenes SAP und
verbesserte Zugfestigkeit, verglichen mit nicht-behandeltem Fluff mit SAP und auch verglichen
mit dem Bindemittel-behandelten Fluff mit SAP, ohne das Hilfsbindemittel.
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Die
Zugfestigkeit war die höchste
mit Polyvinylacetat allein, gefolgt von einer Kombination von Polyvinylacetat
und Glycerin, dann Glycerin allein. Die niedrigste Zugfestigkeit
wurde ohne jegliches Bindemittel beobachtet.
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XI. Spektroskopische Bewertungen
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Spektroskopische
Messungen wurden von den gemäß der Erfindung
hergestellten Faserprodukten ausgeführt. Die Ergebnisse der NMR-
und IR-Untersuchungen werden nachstehend gezeigt.
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A. NMR-Analyse
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BEISPIEL 18
-
13C-NMR-Spektren von fester Probe wurden
auf Cellulosefasern, behandelt mit Ascorbinsäure, erhalten, um SAP an die
Fasern zu binden. Ein NMR-Spektrum wurde auch auf L-Ascorbinsäure erhalten.
In beiden Fällen
wurden getrennte Spektren erfasst, unter Anwenden von Aufnahmeverzögerungen
von 1 s und 5 s zwischen den Erfassungen.
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Die
Peaks in dem Faser-behandelten Spektrum wurden leicht zu den Komponenten
zugeordnet: SAP Polyacrylatcarboxyl (185 ppm) und Gerüst-Kohlenstoffe
(50–30
ppm); Cellulose (106, 90, 84, 76, 73 und 66 ppm) und Ascorbinsäure-Ringkohlenstoffe
C-1, C-2 und C-3 (175, 119 bzw. 156/153 ppm); die anderen Ascorbinsäurekohlenstoffatome
sind in dem Cellulosebereich; zwei von ihnen sind bei 69 und 61
ppm aufgetrennt. Die chemischen Verschiebungen von Ascorbinsäurekohlenstoff
in diesem ternären
Gemisch waren im Wesentlichen identisch (±0,2 ppm) mit ihren Werten
in reiner Ascorbinsäu re.
Dies wies aus, dass die Ascorbinsäure in den behandelten Fasern
keine großen
strukturellen Veränderungen
einging, wie die Gesamtneutralisation, Oxidation oder Ringöffnung.
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Die
Signal-Akkumulationsraten, die bei zwei verschiedenen Recovery-Verzögerungszeiten
beobachtet wurden, zeigten, dass die Protonenspins in reiner Ascorbinsäure nach
Anregung viel langsamer relaxierten als sie dies in dem ternären Gemisch
taten. Wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt, ergibt langsame
Relaxation höhere
Signalstärke
bei der langen Recovery-Verzögerung,
bezogen auf die kurze. Die schnelle Protonenspin-Gitter-Relaxation
in den beschichteten Fasern zeigt an, dass die Ascorbinsäure in diesem
System fester am Ort gehalten wird (das heißt, ist weniger beweglich)
als in der Bulk-Säure.
Die Ascorbinsäure
wird scheinbar fest an einer oder beiden der anderen zwei Komponenten,
Cellulose und SAP und nicht durch andere Ascorbinsäuremoleküle gehalten.
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Wenn
das Binden nur rein ionisch war, unter Einbeziehen von Ascorbation
und einer Acrylsäureeinheit in
dem SAP, dann würde
das NMR der behandelten Fasern die Ascorbinsäure in der Salzform zeigen.
Die NMR-Bezugsspektren wurden von der Säure und ihrem Salz in wässeriger
Lösung
gefunden und C-3 wird nach Ionisierung von ihrer OH-Gruppe als stark
verschoben beobachtet: 156 ppm in der Säure bis 176 ppm in dem Salz.
Da somit das NMR-Spektrum des ternären Gemisches die Peaks bei
rund 156 ppm enthält,
ist die Ascorbinsäure
in diesem System nicht ionisiert.
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Bezüglich der
Aciditäten
haben Ascorbinsäure
und Polyacrylsäure
nahezu identische pKa-Werte (4,2 gegen bzw.
5). Sie sind beide typisch starke organische Säuren mit schwachen Konjugatbasen.
Somit gibt es keinen zwingenden Grund für eine von diesen Säuren, durch
die Konjugatbase der anderen Säure
neutralisiert (ionisiert) zu werden. Eher sollte es eine starke
Tendenz für
eine Ascorbinsäure
und ein Acrylation geben, ein Wasserstoffion zwischen ihnen zu teilen,
was eine lange Wasserstoffbindung zwischen teilweise ionischen Ascorbinsäure- und
Acrylsäureeinheiten
ergibt. Dieses Teilen von Wasserstoffionen würde sich bestimmt in dem IR-Spektrum
nie derschlagen, jedoch genügen
die NMR-Daten obschon vollständige
Ionisation von Ascorbinsäure
nicht vorliegt.
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Die
spektroskopischen Daten stimmten vollständig mit den Wasserstoffbindungsmechanismen
zwischen Ascorbinsäure
und einer Acrylateinheit in dem Superabsorptionsmittel überein.
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Acrylsäure-NMR-Amplituden-Verhältnisse
bei verschiedenen Recovery-Verzögerungszeiten.
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B. Infrarot-Analyse
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BEISPIEL 19
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Fasern mit Superabsorptionsmittel
und Ascorbinsäure
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Infrarot-Transmissionsspektren
des unbehandelten NB316-Zellstoffs, des behandelten NB316-Zellstoffs,
Ascorbinsäure
und des Superabsorptionsmittels IM100F wurden hergestellt. Dann
wurde ein Subtraktionsspektrum erhalten, das den behandelten Zellstoff
minus unbehandelte Kontrolle wiedergibt.
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Die
Prüfung
jenes Subtraktionsspektrums zeigt verschiedene Infrarotbanden, die
gewöhnlich
mit der Ascorbinsäure
verbunden sind. Sie wurden deutlich bei 1755, 1690 (etwas von 1660–1670 verschoben),
868, 821 und 756 Wellenzahlen (cm–1).
Jedoch waren verschiedene andere Banden, die in dem Ascorbinsäurespektrum
vorherrschend waren, in dem Subtraktionsspektrum abwesend. Sie schlossen
die Nachstehenden ein: 3525, 3410, 3318, 1319, 1119 und 1026 cm–1.
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Die
höheren
Frequenzbanden (3300–3600
cm–1)
bei Ascorbinsäure
weisen auf gebundene OH-Gruppen hin. Die Infrarotbanden bei 1319,
1119 und 1026 cm–1 können auch mit OH-Vibrationen verbunden
sein. Folglich lässt
das IR vermuten, dass das Subtraktionsspektrum hauptsächlich einen
Verlust der OH-Gruppen reflektiert, die direkt an den Ring gebunden
wa ren. Eine wahrscheinliche Möglichkeit
besteht darin, dass die OH-Gruppen gegen Natrium ausgetauscht wurden.
Die einzige andere Hauptbande in dem Subtraktionsspektrum ist bei
1589 cm–1 angeordnet.
Dies war wahrscheinlich deshalb, weil das Superabsorptionsmittel
C=O zu einer etwas höheren
Frequenz (von 1562 cm–1) verschoben war.
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Die
Infrarotspektren weisen auf eine deutliche Spaltung der Struktur
der Ring-OH-Gruppen, verglichen mit reiner Ascorbinsäure mit
den behandelten Fasern, wobei die Ascorbinsäure in dem Gemisch, den Ascorbatsalzen ähnelt, indem
ihr einige der OH-Stretching-Banden fehlen.
-
XII. Aktivierung
-
Die
erfindungsgemäß zu verwendenden
Bindemittel haben den Vorteil eines inaktiven Zustands auf den Fasern
durch Zufuhr von Flüssigkeit,
Wärme oder
durch kinetische Energie, welche durch mechanisches Rühren, Druck
oder Ultraschall zugeführt
werden kann, aktivierbar zu sein. Folglich kann ein flüssiges Bindemittel
auf Cellulosefasern locker oder in anderer Form, wie eine Cellulosematte,
in Abwesenheit der zu bindenden Teilchen, aufgetragen werden. Das
Bindemittel wird dann getrocknet oder trocknen lassen, beispielsweise bis
das Bindemittel und die Faser einen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt
mit umgebender Luft erreicht. Alternativ kann das Bindemittel auf
einen Feststoff aufgetragen werden, beispielsweise Teilchen, die
auf eine Fasermatte gesprüht
werden. Bei einer späteren
Verarbeitungsstufe wird eine Flüssigkeit,
wie Wasser, zu den Fasern gegeben, was eine Aktivierung des Bindemittels
ergibt. Die teilchenförmigen
Stoffe werden dann zugegeben und das Bindemittel fixiert die teilchenförmigen Stoffe
an den Fasern. Dieses anschließende
Verarbeiten der Fasern zum Binden der Teilchen kann beispielsweise
an einem getrennten Ort von dem Ort, wo das Bindemittel auf die
Fasern aufgetragen wurde, stattfinden. Deshalb können die Hersteller von Produkten
teilchenförmige
Stoffe von Interesse (beispielsweise Superabsorptionsmittelteilchen
oder Fasern; antimikrobielle Teilchen, usw.) am Ort der Herstellung
der Endprodukte, die die behandelten Fasern einbeziehen, zugesetzt werden.
Auch kann mehr als eine Art von teilchenförmigem Material (einschließlich in
Wasser lösliche,
als auch in Wasser unlösliche
Teilchen), falls erwünscht,
zugesetzt werden. Die Teilchen ohne die erforderliche Funktionalität würden nicht
in der gleichen Weise gebunden werden.
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Es
wurde auch gefunden, dass einige der erfindungsgemäß zu verwendenden
Bindemittel durch mechanisches Rühren
(die Anwendung von kinetischer Energie) aktiviert werden können. Beispielsweise
kann Glycerinbindemittel auf fibröse Cellulose aufgetragen werden.
Das Glycerinbindemittel kann man trocknen lassen und die Fasern
werden dann mechanisch in Gegenwart von Superabsorptionsmittelteilchen
und/oder anderen Teilchen zum Aktivieren des Glycerinbindemittels
und zum Binden der Teilchen an die Fasern gerührt. Mechanisches Rühren kann
stattfinden, beispielsweise in einem Zerfaserer, wenn ein Bogen
oder eine Matte von mit Glycerin behandelten Cellulosefasern unter
innigem Mischen mit SAP, das an die Fasern durch das mechanische
Rühren
gebunden wird, zerfasert wird.
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XIII. Bindemittel-Aktivierungsbeispiele
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Die
Bindemittelaktivierung erlaubt es dem Bindemittel, zu den Fasern
zugesetzt zu werden, bevor die Teilchen zu den Fasern gegeben werden.
Das Bindemittel wird anschließend
durch Zugabe von Flüssigkeit, Wärme oder
kinetischer Energie, die sich aus dem Rühren ergibt, aktiviert und
die Teilchen werden an die Fasern gebunden. Die Teilchen können zu
den Fasern entweder vor der Bindemittelaktivierung, nach der Bindemittelaktivierung
oder gleichzeitig mit der Aktivierung zugesetzt werden. Wenn SAP
und/oder andere Teilchen den Cellulosefasern zuzugeben sind, kann
das Bindemittel beispielsweise auf einen Zellstoffbogen, der anschließend zerfasert
wird, aufgetragen werden. Eine Flüssigkeit, wie Wasser, kann
dem Zellstoff vor oder nach der Zerfaserung zugesetzt werden, und
SAP kann vor oder nach der Wasserzugabe oder gleichzeitig mit dem Wasser
zugesetzt werden. Wenn SAP nach der Wasserzugabe zugegeben wird,
sollte das SAP auf die Fasern vor der vollständigen Verdampfung des zugegebenen
Wassers aus den Fasern aufgetragen werden. Das Wasser kann auch
auf anderen Wegen zugesetzt werden, wie durch sehr feuchte Luft,
einen Nebel oder Dunst, oder als Dampf.
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Die
Aktivierung kann für
alle Fasern oder nur Teile der Fasern, wie Zielzonen, oder Teile
der Matte, wo Teilchenbinden erwünscht
ist, vorliegen. Die Teilchen können
dann zu der Matte gegeben werden und an den Zielzonen der Matte,
die aktiviert wurden, anhaften. In einigen Ausführungsformen wird das Bindemittel
als ein Feststoff aufgetragen und während der letzten Verarbeitungsstufe
zum Aktivieren des Bindemittels durch Erweichen desselben erhitzt,
sodass es an die Teilchen der Fasern bindet. Die Teilchen können in
Mustern, entsprechend einer gewünschten
Verteilung (beispielsweise eine nicht-homogene Verteilung) von Teilchen
in dem fibrösen
Material zugesetzt werden. Besonders üblich jedoch wird Aktivierung
durch Verwendung eines Bindemittellösungsmittels zum Befeuchten
des Zielbereichs des Produkts, in dem ein inaktives (trockenes oder
getrocknetes) Bindemittel bereits eingeführt wurde, ausgeführt.
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In
anderen Ausführungsformen
wird das Bindemittel außerdem
auf die Fasern aufgetragen und dann durch Anwenden kinetischer Energie
auf die Fasern aktiviert. Unverdünntes
Polypropylenglycol(MW 2000)-Bindemittel kann beispielsweise auf
Fasern gesprüht
werden und trocknen lassen. Die gewünschten Teilchen werden dann
zu den Fasern gegeben, wenn die Fasern mechanisch in einem Mischer
oder Zerfaserer zum kinetischen Aktivieren des Bindemittels und
Binden der Teilchen an die Fasern mechanisch gerührt werden. Zur kinetischen
Aktivierung kann das Bindemittel als eine Flüssigkeit oder ein Feststoff
zu den Fasern gegeben werden. In dem Fall der Flüssigkeitszugabe wird die Flüssigkeit
trocknen lassen und dann durch mechanisches Rühren der Fasern und des Bindemittels
aktiviert. Im Fall der Feststoffbindemittelzugabe wird das Bindemittel
als ein Feststoff aufgetragen und dann befeuchtet (beispielsweise
zu einem Gesamtfaserfeuchtigkeitsgehalt von etwa 7%) und dann mechanisch
gerührt.
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Die
Aktivierung des Bindemittels kann vor dem Zugeben der Teilchen,
anschließend
an das Zugeben der Teilchen oder gleichzeitig mit der Zugabe der
Teilchen, durchgeführt
wer den. Ist einmal das Bindemittel aktiviert, haftet es zu einem
wesentlichen Teil an den Teilchen der Fasern, wobei „ein wesentlicher
Teil" sich auf etwa
die Hälfte
der hinzugefügten
Teilchen bezieht, mindestens, worin die Teilchen nicht im Überschuss
zugegeben werden. Von den Teilchen, die anhaften, werden mindestens
die Hälfte
davon (und typischerweise im Wesentlichen alle von ihnen; beispielsweise über 80%)
an den Fasern anhaften.
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In
Ausführungsformen,
in denen das Bindemittel auf die Fasern als Feststoff aufgetragen
wird, kann der Aktivierungsschritt Auftragen einer Flüssigkeit
auf die Fasern, nachdem das Bindemittel auf die Fasern aufgetragen
wurde, umfassen; kurz bevor das Bindemittel auf die Fasern oder
gleichzeitig mit der Auftragung des Bindemittels auf die Fasern
aufgetragen wird.
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Der
Aktivierungsschritt kann, nachdem der Härtungsschritt vollständig ist,
ausgeführt
werden, wenn ein Härtungsschritt
auszuführeln
ist.
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Das
nachstehende Beispiel wird einige spezielle Anwendungen des Aktivierungsverfahrens
erläutern und
ist nicht zur Begrenzung der Erfindung vorgesehen.
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BEISPIEL 20
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Eine
Menge von 900 Gramm eines gebleichten Southern-Kraftzellstoffbogens wurde in eine 2%ige Bulk-Lösung von
Ascorbinsäure
(bezogen als ein Trockenpulver von Aldrich Chemical Co. of Milwaukee,
WI) für
dreißig
Minuten getaucht. Der 5 inch breite Bogen wurde dann nicht aufgewickelt
auf einer Laborbank über Nacht
trocknen lassen, in einem Ofen für
dreißig
Minuten auf 80°C
erhitzt und in einer Kammer mit relativer Feuchtigkeit über Nacht
konditioniert. Der Bogen wurde dann mit etwa 7 Gewichtsprozent Ascorbinsäure gravimetrisch
bestimmt. Der Bogen wurde mit Wasser benebelt, um seinen Feuchtigkeitsgehalt
auf 17–20%,
wie er einer mit drei Achtel inch-Lochsieb ausgestatteten Fitz-Hammermühle zugeführt wird,
zu erhöhen.
Das Benebeln mit Wasser aktivierte das Bindemittel vor der Zugabe
der Superabsorptionsmittelteilchen (SAP). Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe
(IM1000F, bezo gen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) wurden als
SAP zu der Hammermühle
durch eine Schneckenzuführungsvorrichtung
gegeben, mit dem Fluff vermischt und zu einer M & J-Luftlegeformmaschine (von Horsens, Dänemark)
gelenkt und unter Bildung eines Bahnmaterials luftgelegt. Das sich
ergebende Bahnmaterial enthielt 20% SAP, gebunden an die Fasern
des Bindemittels.
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BEISPIEL 21
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Eine
Menge von 900 Gramm KittyHawk-Zellstoffbogen (von der Weyerhaeuser
Co., enthaltend 22% synthetische Fasern) wurde in eine 10 gewichtsprozentige
Lösung
Harnstoff (bezogen von Aldrich, Milwaukee, WI) dreißig Minuten
getaucht. Ein 5 inch breiter Bogen wurde dann zum Trocknen über Nacht
unaufgewickelt auf eine Laborbank gelegt, in einem Ofen für dreißig Minuten
auf 80°C
erhitzt und in einer Klimakammer bei 50% relativer Feuchtigkeit über Nacht
konditioniert. Der Bogen wurde dann mit etwa 30 Gewichtsprozent
Harnstoff gravimetrisch bestimmt. Der Bogen wurde in eine mit drei
Achtel inch-Lochsieb ausgestattete Fitz-Hammermühle gespeist, zerfasert, zu
einer M & J-Luftlegestrasse
gelenkt und in ein Bahnmaterial luftgelegt. Als das Bahnmaterial
erschien, wurde das Bindemittel in dem getrockneten Bahnmaterial
durch Benebeln der Zielzonen des Bahnmaterials in einem kreisförmigen Muster
mit desionisiertem Wasser aus einer Sprühflasche zur Erhöhung des
Feuchtigkeitsgehalts des Bahnmaterials oder der Zielzonen auf 17–21% aktiviert.
Fünf Gramm
aliquote Mengen Polyacrylathydrogel (FAVOR 800, bezogen von Stockhausen,
Greensboro, North Carolina) wurden anschließend auf jede aktivierte Zielzone
gesiebt. Das sich dann ergebende Bahnmaterial enthielt Zielzonen
mit 5 Gramm SAP, gebunden an die Fasern in jeder Zielzone. Alternierende
Sprühmuster
konnten durch Auswählen
von Sprühköpfen oder
verschiedenen Steuerungsvorrichtungen, die verschiedene Muster benebeln,
bereitgestellt werden.
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XIV. Thermoplastische
Bindemittel
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Ein
Hilfsbindemittel kann auch verwendet werden, um das Binden von Fasern
aneinander oberhalb des Schmelzpunktes des Hilfsbindemittels zu
unterstützen.
Das Hilfsbindemittel kann ein festes thermoplastisches Material
sein, das auf die Fasern aufgetragen wird und durch Erhöhen der
Temperatur während
des Bindungsschritts auf oberhalb der Erweichungstemperatur des
Hilfsbindemittels erweicht. Das Hilfsbindemittel wird dadurch temporär erweicht,
was es flüssiger
macht (was aus Gründen
der Bequemlichkeit auch als Hilfsbindemittelschmelzen bezeichnet
werden kann), und anschließend,
wenn die Temperatur sich abkühlt,
erneut verfestigt wird, was thermoplastisch die Fasern aneinander
und die Teilchen an die Fasern bindet. Das Hilfsbindemittel kann
auch eine Wasserstoffbindungsfunktionalität enthalten, sodass Wasserstoff
die Teilchen an die Faser bindet. Beispiele für Hilfsbindemittel, die thermoplastisch
sind und auch Wasserstoff-bindende Gruppen enthalten, schließen Ethylenvinylalkohol,
Polyvinylacetat, Acrylate, Polycarbonate, Polyester und Polyamide
ein. Weitere Information über
die Verwendung solcher Hilfsbindemittel findet man in US-Patent
Nr. 5 057 166.
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Das
Hilfs- oder zweite Bindemittel kann zu den Fasern entweder vor oder
nach einem ersten Bindemittel zum Unterstützen des Bindens der Fasern
aneinander und Bereitstellen von zusätzlichem Binden zwischen den
Fasern und Teilchen zugegeben werden. Ein geeignetes zweites Bindemittel
würde ein
thermoplastisches oder wärmehärtbares
Bindemittel sein. Im Fall von thermoplastischen Polymeren können die
Polymere ein Material sein, das permanent thermoplastisch bleibt.
Alternativ können
solche Polymere ein Material sein, das mit oder ohne einen äußeren Katalysator,
zu einem Polymer vom wärmehärtbaren
Typ teilweise oder vollständig
vernetzbar ist. Als einige spezielle Beispiele können geeignete thermoplastische
Bindemittel aus den nachstehenden Materialien hergestellt werden:
Ethylenvinylalkohol, Polyvinylacetat, Acrylsäure, Polyvinylacetatacrylat,
Acrylate, Polyvinyldichlorid, Ethylenvinylacetat, Ethylenvinylchlorid,
Polyvinylchlorid, Styrol, Styrolacrylat, Styrol/Butadien, Styrol/Acrylnitril,
Butadien/Acrylnitril, Acrylnitril/Butadien/Styrol, Ethylenacrylsäure, Polyethylen,
Urethane, Polycarbonat, Oxid, Polypropylen, Polyester und Polyamide.
-
Zusätzlich schließen einige
spezielle Beispiele der wärmehärtbaren
Bindemittel jene, hergestellt aus den nachstehenden Materialien,
ein: Epoxy, phenolische Stoffe, Bismaleimid, Polyimid, Melamin/Formaldehyd,
Polyester, Urethane, Harnstoff und Harnstoff/Formaldehyd.
-
Mehr
als eines von diesen Materialien kann zum Behandeln der Fasern verwendet
werden. Beispielsweise kann eine erste Beschichtung oder Ummanteln
eines wärmehärtbaren
Materials verwendet werden, gefolgt von einem zweiten Beschichten
eines thermoplastischen Materials. Die Superabsorptionsmittelteilchen oder
andere Teilchen werden dann typischerweise an dem äußeren Bindemittelmaterial
anhaften. Während der
anschließenden
Verwendung der Fasern zur Herstellung von Produkten kann das thermoplastische
Material auf seine Erweichungs- oder Klebrigkeitstemperatur, ohne
Erhöhen
des wärmehärtbaren
Materials auf seine Härtungstemperatur,
erhitzt werden. Das verbleibende wärmehärtbare Material erlaubt anschließendes Erhitzen
der Fasern zum Härten
des wärmehärtbaren
Materials während
weiterem Verarbeiten. Alternativ kann das wärmehärtbare Material zur gleichen
Zeit, wenn das thermoplastische Material durch Erhitzen der Fasern auf
die Härtungstemperatur
des Wärmehärtens mit
dem thermoplastischen Material erhitzt wird, auch auf seine Klebrigkeitstemperatur
erhitzt werden.
-
Bestimmte
Arten von Bindemitteln erhöhen
die Feuerfestigkeit der behandelten Fasern und erzeugen dabei Produkte,
die aus diesen Fasern hergestellt werden. Beispielsweise sind Polyvinylchlorid,
Polyvinyldichlorid, Ethylenvinylchlorid und phenolische Stoffe flammverzögernd.
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Tenside
können
auch, falls erwünscht,
in das flüssige
Bindemittel eingeschlossen sein. Andere Materialien können auch
mit dem flüssigen
Bindemittel zum Verleihen gewünschter
Eigenschaften der behandelten Fasern vermischt werden. Beispielsweise
kann teilchenförmiges
Material, wie Pigmente, auch in das Bindemittel zur Auftragung auf
die Fasern eingeschlossen sein.
-
XV. Auftragung des Bindemittels
-
Die
erfindungsgemäß zu verwendenden
Bindemittel können
auf die Fasern in beliebiger geeigneter Weise aufgetragen werden.
Ein solches Verfahren besteht darin, das Bindemittel oder die Bindemittel
auf ein Bahnmaterial der Fasern zu versprühen, das an einem Sprüher auf
einem Förderband
vorbeigeführt
wird. Alternativ können
lockere Fasern an einem Sprüher
vorbeifallen lassen oder lockere Fasern können auf einem Förderband
an einem Sprüher
vorbeibewegt werden. Die lockeren Fasern können auch mit einem Bindemittel aufgeschlämmt oder
darin eingetaucht werden. Es ist auch bevorzugt, die Bindemittel
mit Walzen auf das Bahnmaterial aufzutragen, insbesondere, wenn
das Bindemittel viskos ist. Für
feste Bindemittel kann das Vermischen der Faser und Bindemittel
ausgeführt
werden oder das Bindemittel kann einfach darauf gesprüht werden
oder anders mit den Fasern vermengt werden, gefolgt von einem Fixierungsschritt,
wie Zufuhr von Wärme oder
Flüssigkeit.
Die Fasern können
auch mit dem Bindemittel versprüht
oder darin eingetaucht werden, oder Bindemittelteilchen können darauf
aufgetragen werden. Diese Fasern können, während noch feucht, in dem Fall
eines flüssigen
Bindemittels oder nach Aktivierung einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs,
mit den Teilchen vereinigt werden.
-
Die
Fasern können
auch zur späteren
Aktivierung mit einem Aktivierungsfluid trocknen lassen, wie eine
Aktivierungsflüssigkeit,
und mit den Teilchen zu der Zeit vereinigt werden. Ein Beispiel
dafür,
wenn es erwünscht
ist, das Bindemittel auf die Fasern aufzutragen und anschließend das
Bindemittel in Gegenwart von Teilchen zu aktivieren, ist, wenn die
Teilchen an einer entfernten Stelle zugegeben werden. Beispielsweise kann
das Bindemittel aus einem inaktiven Zustand bei einem zweiten Ort
aktiviert werden, der vom ersten Ort entfernt ist, wo das Bindemittel
auf die Fasern aufgetragen wird. Ein zweiter Ort kann beispielsweise
ein Ort sein, wo ein Hersteller Fasern und Teilchen zu Gegenständen, wie
Absorptionsmittelgegenstände,
vereinigt. Teilchen können
aus herkömmlichen
volumetrischen Zuführern
in eine Hammermühle oder
aus Einspritzern von einer Papierherstellungsleitung zugeführt werden.
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Ein
Verfahren zur gleichförmigen
Beschichtung der Fasern mit einem Bindemittel und Zugeben der Teilchen
wird in US-Patent Nr. 5 064 689 gezeigt. Jedoch ist die Erfindung
nicht auf irgendwelche spezielle Mechanismen zum Vereinigen der
Faser, des Bindemittels und der Teilchen begrenzt.
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XVI. Herstellung von hochdichten
Fasern
-
Die
Herstellung von hochdichten Fasern mit Vernetzungen innerhalb der
Fasern ist auf dem Fachgebiet bekannt. Verfahren zur Herstellung
solcher Fasern werden in
EP
440 472 A1 ,
EP
427 317 A2 ,
EP
427 316 A2 und
EP
429 112 A2 sowie in der US-Patent-Anmeldung Seriennummer
07/607 268, eingereicht am 31. Oktober 1990, und ihrem veröffentlichten
Europäischen
Gegenstück,
beschrieben. Diese hochdichten Fasern können in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, wobei Teilchen an dieselben durch die hierin offenbarten
Bindemittel gebunden sind. Da Verfahren der Herstellung von hochdichten
Fasern bekannt sind, wird nachstehend nur eine kurze Beschreibung
eines solchen Verfahrens gegeben.
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A. Gesamtsystem
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Die
Vorrichtung 110 (3) umfasst
eine Transportvorrichtung 112 zum Transportieren einer
Matte 114 von Cellulosefasern oder anderen Fasern durch
eine Faserbehandlungszone 116; ein Applikator 118 zum Auftragen
der Behandlungssubstanz, wie eine vernetzende Substanz aus einer
Quelle 119 davon, zur Matte 114 bei der Faserbehandlungszone 116;
ein Zerfaserer 120 zum vollständigen Trennen der einzelnen
Cellulosefasern, umfassend die Matte 114, unter Bildung
eines Faserausstoßes,
umfasst von im Wesentlichen ungebrochenen Cellulosefasern, im Wesentlichen
ohne Verknüpfungen
oder Knoten; und einen Trockner 122, gekuppelt mit dem
Zerfaserer zum Flashverdampfen von restlicher Feuchtigkeit aus dem
Faserausstoß und
zum Härten
der vernetzenden Substanz, unter dabei Bilden von getrockneten und
gehärteten
Cellulosefasern.
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Die
Matte 114 von Cellulosefasern ist vorzugsweise in einer
ausgedehnten Bogenform, gelagert in Form von einer Rolle 124,
bis zur Verwendung. Es ist normalerweise nicht notwendig, dass die
Cellulosefasern die Matte 114 vollständig getrocknet umfassen. Da
Cellulose eine hydrophile Substanz ist, werden Moleküle davon
typischerweise einen bestimmten Anteil an restlicher Feuchtigkeit
auch nach Trocknen aufweisen. Der Anteil an restlicher Feuchtigkeit
ist im Allgemeinen 10% Gewicht/Gewicht oder weniger, was nicht nachweisbar ist
als „Feuchtigkeit". 3 zeigt
auch mehr als eine Zuführung,
wie Mehrfachwalzen 124 von Matte 114 aus Cellulosefasern
gleichzeitig unter Verwendung der vorliegenden Erfindung verarbeitet
werden können.
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An
der Faserbehandlungszone 116 tragen Sprüher oder andere Applikatoren 118 Chemikalien,
wie Vernetzungsmittel, auf die Matte auf. Typische Chemikalien werden
gleichförmig
auf beide Seiten der Matte aufgetragen. Die befeuchtete Matte gelangt
zwischen ein Paar von Walzen 128, die das Verteilen der
Chemikalien gleichförmig über die
Matte unterstützen.
Andere Applikatoren können
natürlich
auch verwendet werden.
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Die
vernetzende Substanz ist eine flüssige
Lösung
einer Vielzahl von vernetzenden, gelösten Stoffen, die auf dem Fachgebiet
bekannt sind. Falls erforderlich, kann die vernetzende Substanz
einen Katalysator zum Beschleunigen der Bindungsreaktionen zwischen
Molekülen
der vernetzenden Substanz und Cellulosemolekülen einschließen. Jedoch
viele, wenn nicht die meisten, vernetzenden Substanzen erfordern
keinen Katalysator.
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Bevorzugte
Arten von vernetzenden Substanzen sind ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus Harnstoffderivaten, wie methyloliertem Harnstoff, methylolierten
cyclischen Harnstoffen, methylolierten Niederalkyl-substituierten
cyclischen Harnstoffen, methylolierten cyclischen Dihydroxy-Harnstoffen,
und Gemischen davon. Eine speziell bevorzugte vernetzende Substanz
würde Dimethyloldihydroxyethylenharnstoff (DMDHEU)
sein. Zusätzlich
können
vernetzende Substanzen Polycarbonsäuren, wie Zitronensäure, sein.
Vernetzende Materialien sind auf dem Fachgebiet bekannt, wie jene,
beschrieben vorstehend erwähnt
in dem Chung-Patent, US-Patent Nr. 4 935 022, Lash et al., US-Patent
Nr. 4 889 595, Herron et al., US-Patent Nr. 3 819 470, Shaw et al.,
US-Patent Nr. 3 658 613, Steijer et al., US-Patent Nr. 4 822 453,
Dean et al. und US-Patent Nr. 4 853 086 Graef et al..
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Geeignete
Katalysatoren schließen
saure Salze ein, die verwendbar sein können, wenn auf Harnstoff basierende
vernetzende Substanzen verwendet werden. Solche Salze schließen Ammoniumchlorid,
Ammoniumsulfat, Aluminiumchlorid, Magnesiumchlorid oder Gemische
dieser oder anderer ähnlicher
Verbindungen ein. Alkalimetallsalze von Phosphor-enthaltenden Säuren können auch
verwendet werden.
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In 3 wird
die vernetzende Substanz, die auf die Matte 114 aufgetragen
wurde, aus einer Zuführung 119 davon,
wie einem Behälter
oder analogem Gefäß, erhalten.
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Vernetzte
Cellulosefasern sind einzelne Fasern, jeweils umfasst von Mehrfach-Cellulosemolekülen, wobei
mindestens ein Teil der Hydroxylgruppen auf den Cellulosemolekülen an Hydroxylgruppen
von benachbarten Cellulosemolekülen
in der gleichen Faser über
vernetzende Reaktionen mit äußerlich
zugegebenen chemischen Reagenzien, genannt „vernetzende Substanzen" oder „Vernetzungsmittel", kovalent gebunden sind.
Geeignete Vernetzungsmittel sind im Allgemeinen vom bifunktionellen
Typ, die kovalent gebundene „Brücken" zwischen den benachbarten
Hydroxylgruppen erzeugen.
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B. Transportvorrichtung
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Bezugnehmend
weiterhin auf 3, wird jede Matte 114 der
Cellulosefasern durch eine Transportvorrichtung 112, die
die Matten durch die Faserbehandlungszone 116 trägt, transportiert. 3 zeigt
auch einen weiteren Teil von einem Typ von Transportvorrichtung,
umfasst von einem ersten Paar Walzen 126 und einem zweiten
Paar Walzen 128 für
jede Matte 114. Das erste und zweite Paar Walzen 126, 128 sind
besonders wirksam zum Vorwärtsbringen
der entsprechenden Matte bei einer im Wesentlichen konstanten und
gesteuerten Geschwindigkeit.
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C. Faserbehandlungszone
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Jede
Matte 114 wird durch das erste und zweite Paar Walzen 126, 128 durch
die Faserbehandlungszone 116, wo die Matte 114 mit
einer flüssigen,
vernetzenden Substanz imprägniert
ist, vorwärtsgetrieben.
Die vernetzende Substanz wird vorzugsweise auf eine oder beide Oberfläche(n) der
Matte, unter Verwendung einer beliebigen Vielzahl von auf dem Fachgebiet
bekannten Verfahren, die für
einen solchen Zweck verwendbar sind, wie Sprühen, Walzen, Tauchen, oder
ein analoges Verfahren angewendet. Kombinationen von Sprüh- und Walzenapplikatoren
können
auch angewendet werden.
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Die
vernetzende Substanz wird typischerweise in einer Menge im Bereich
von etwa 2 kg bis etwa 200 kg Chemikalie pro Tonne Cellulosefaser
und vorzugsweise etwa 20 kg bis etwa 100 kg Chemikalie pro Tonne Cellulosefaser
aufgetragen.
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D. Zerfaserer
-
Das
nächste
Untersystem, das der Faserbehandlungszone folgt, ist ein Zerfaserer 120,
der zum Zerkleinern von einer oder mehreren Matten 130,
die mit der vernetzenden Substanz imprägniert ist/sind, in einzelne,
im Wesentlichen unzerbrochene Cellulosefasern, umfassend einen Faserausstoß, dient.
-
Bezugnehmend
weiterhin auf 3, kann ein erster Transportventilator 260 von
herkömmlichem
Aufbau zum Vorwärtstreiben
der Fasern aus dem Auslass 162 der Verreibevorrichtung 132 durch
eine Leitung 262 angewendet werden.
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Eine
wahlweise Komponente des Zerfaserers 120 ist ein erster
Zyklon 264 oder eine ähnliche,
auf dem Fachgebiet bekannte Vorrichtung, die in herkömmlicher
Weise zum Konzentrieren der Fasern, die durch den Auslass 162 der
Zerreibevorrichtung 132 gelangen, verwendet wird. Der erste
Zyklon 264 nimmt die Fasern durch die Leitung 262,
die daran gekuppelt ist, auf.
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Überschüssige Luft
kann am Oberen 266 des ersten Zyklons 264 wieder
gewonnen werden und, falls erforderlich, durch eine Leitung 268 zu
einem Ort stromaufwärts
des ersten Transportventilators 260 (falls verwendet) zurückgeführt werden.
Solche zusätzliche
Luft kann zum Erleichtern der Über tragung
der Fasern durch den ersten Transportventilator 260 hilfreich
sein.
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Ein
Scheibenraffinator 268 ist eine weitere wahlweise Komponente
des Zerfaserers 120, der zum Bewirken von zusätzlicher
Trennung der Fasern (Entfernung von Knoten), falls erforderlich,
angewendet werden kann. Der Scheibenraffinator 268 ist
von einem Typ, der auf dem Fachgebiet bekannt ist und umfasst einen Scheibenraffinatoreinlass 270 und
einen Scheibenraffinatorauslass 272. Ein repräsentativer
Scheibenraffinator 268 ist der Typ DM36, hergestellt von
Sprout-Bauer, Incorporated of Muncie, Pennsylvania. Wenn der Scheibenraffinator 268 verwendet
wird, wird der Einlass 270 davon über eine Leitung 274 an
einem Auslass 276 des ersten Zyklons 264 gekuppelt.
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Ein
zweiter Transportventilator 278 kann gegebenenfalls angewendet
werden, um zwangsweise die Fasern durch eine Leitung 180 stromabwärts des
Scheibenraffinators 268 voranzubringen. Überschüssige Luft kann
aus dem Oberen 266 des ersten Zyklons 264 gewonnen
werden und über
eine Leitung 281 zu einem T-förmigen Gegenstand 282,
gerade stromaufwärts
des zweiten Förderventilators 278,
geführt
werden.
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Eine
weitere wahlweise Komponente des Zerfaserers 120 ist ein
Fluffgenerator 290, der die Fasern von dem wahlweisen zweiten
Transportventilator 278 durch eine Leitung 284 aufnimmt.
Der Fluffgenerator wird nachstehend im Einzelnen und in der ebenfalls
anhängigen
US-Patent-Anmeldung Serien-Nummer 07/607 157 beschrieben.
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E. Trockner
-
Bezugnehmend
weiterhin auf 3, schließt eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Vorrichtung 110 einen Trockner 122 ein,
der verwendet wird, um zwei aufeinanderfolgende Funktionen auszuführen: Entfernen
von restlicher Feuchtigkeit aus den Fasern und Härten des Vernetzungsmittels.
Vorzugsweise umfasst der Trockner 122 eine Trocknungszone 373 zum
Aufnehmen von Fasern, beispielsweise aus dem Fluffgeneratorauslass 304,
und zum Entfernen von restlicher Feuchtigkeit aus den Fasern über ein „Flashtrocknungs"- verfahren, und eine zweite Trocknungszone 360, 362 zum
Härten
des Vernetzungsmittels. In 3 beginnt
das Härten
in Zone 360 und setzt sich durch Zone 362 fort.
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Die
Ausführungsform
in 1 zeigt, dass Zone 373 an den Fluffgeneratorauslass
durch eine Leitung 372 und zu einer Quelle 374 von
Heißluft
gekuppelt ist; typischerweise hergestellt durch Verbrennung einer Zuführung von
Erdgas 376 und frischer Luft 378. Die Temperatur
der Heißluft
wird zum Halten der Temperatur der Trocknungszone 373 innerhalb
eines Bereichs von etwa 200°C
bis etwa 315°C
reguliert. Wenn der Faserauslass in die Trocknungszone 373 gelangt,
werden die feuchten Fasern, umfassend den Faserausstoß, im Wesentlichen
unverzüglich
in dieser Zone der hohen Temperatur ausgesetzt. Solches schnelles
Aussetzen hoher Temperatur verleiht den Fasern einen „flashtrocknenden" Effekt, unter dabei
Verursachen von schnellem und sorgfältigem Trocknen und Trennen
der Fasern. Die Durchgangszeit durch die Trocknungszone 373 ist vorzugsweise
weniger als eine Sekunde.
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Die
Ausführungsform
von 3 zeigt, dass die erste Zone 360 einen
ersten Turm 364 umfasst, der einen Körperteil 366, einen
Einlass 368 und einen ersten Turmauslass 370 umfasst.
Die Trocknungszone 373 wird über eine Leitung 372 an
den Auslass des Fluffgenerators 290 gekuppelt.
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In 3 wird
der erste Turm 364 gezeigt, der vorzugsweise über eine
Leitung 380 ein Abwärtsrohr 382 gekuppelt
ist, welches über
eine Leitung 384 an einen dritten Transportventilator 386 gekuppelt
ist, der am Einlass 388 des zweiten Turms 390 angeordnet
ist. Der dritte Transportventilator 386 transportiert die
Fasern durch den Trockner, die dabei in den zweiten Turm 390 gelangen.
Da die Fasern durch den zweiten Turm 390 gelockert werden,
werden sie noch einer Härtungstemperatur
innerhalb des Bereichs von etwa 140°C bis etwa 180°C ausgesetzt,
was zum Bewirken von Härten
des Vernetzungsmittels ausreichend ist, ohne die trockenen Fasern
auszudörren.
Das Lockerhalten hält
die Fasern getrennt, bis die Vernetzungsreaktion vollständig ist. Die
Härtungstemperatur
hängt von
der Art des zum Behandeln der Fasern verwendeten Vernetzungsmaterials ab
und wird auch zu einem Anteil eingestellt, sodass die Fasern während des
Härtens
nicht verdörren.
Es sollte angemerkt werden, dass auch Ein-Stufen-Trockner verwendet werden können.
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Die
getrockneten und gehärteten
Fasern, die am Trocknerauslass von Turm 390 vorliegen,
haben einen extrem niedrigen Anteil von Verknüpfungen und haben tatsächlich keine
Knoten. Weiterhin sind sie nicht durch Ausdörren und dergleichen entfärbt und
haben eine mittlere Faserlänge,
im Wesentlichen unverändert von
der mittleren Länge
der Fasern, die die Matte 14 umfassen.
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3 zeigt
auch einen zweiten Zyklon 400 von herkömmlichem Aufbau, gekuppelt über eine
Leitung 402 an den Auslass von Turm 390, der zum
Konzentrieren der Fasern, die bei der Herstellung der Sammlung hindurch
gelangen, dient. Die erhaltenen konzentrierten Fasern werden unter
Verwendung einer beliebigen Anzahl von Sammelvorrichtungen 408,
die auf dem Fachgebiet bekannt sind, wie Faserabfüllvorrichtungen, gesammelt.
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BEISPIEL 22
-
In
diesem Beispiel wurden Vliesfasermatten, imprägniert mit einem Vernetzungsmittel,
zerfasert, getrocknet und gehärtet,
unter Verwendung der Vorrichtung, wie schematisch in 3 diagrammartig
angegeben.
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Zwei
52 inch breite Matten aus Southern-Kraftholz-Cellulosefasern (NB316 von Weyerhaeuser
Company) und mit einem Basisgewicht von 680 g/m2 wurden
der Vorrichtung zugeführt.
Die Matten wurden unter Verwendung von Dimethyloldihydroxyethylenharnstoff
bei einer Konzentration von etwa 5% imprägniert, auf beide Seiten von
jeder Matte unter Verwendung einer Kombination von Sprühdüsen und
Imprägnierungswalzen
aufgetragen. Der Auftragungsanteil an Vernetzungsmittel war etwa
4,5% Gewicht/Gewicht.
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Die
behandelten Fasermatten wurden bei einer Geschwindigkeit von 8 Metern/Minute
zu der Zerreibevorrichtung 32 gespeist. Die spezielle,
in diesem Beispiel verwendete Zerreibevorrichtung war mit sechs Matteneinlässen und
einem Rotor mit 16 Reihen von Hämmern,
wie vorstehend beschrieben, um den Umfang des Rotors ausgestattet.
Der Rotor hatte einen Durchmesser von 30 inch und wurde bei einer
Winkelgeschwindigkeit von 1200 U/min durch einen Elektromotor rotieren
lassen. Andere U/min-Geschwindigkeiten wurden auch getestet und
haben sich als befriedigend erwiesen, einschließlich extrem hohe U/min-Geschwindigkeiten.
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Statistische
Proben der Fasern wurden aus der Ausstoß-Zerreibevorrichtung erhalten
und auf Verknüpfungen
untersucht. Diese Proben waren 2,6 Gramm und wurden konsistent beobachtet,
um weniger als drei Verknüpfungen
im Durchschnitt zu haben, wobei die meisten Proben keine Verknüpfungen
hatten. Die Zerreibevorrichtung wurde zu Reinigungszwecken einmal
alle sechzehn Stunden mit Wasser gespült.
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Ein
Scheibenraffinierer wurde stromabwärts der Zerreibevorrichtung
angewendet. Dieser spezielle Scheibenraffinierer war ein DM36-Raffinierer,
wie vorstehend erwähnt.
Ein Fluffgenerator, wie in 7–9 beschrieben,
wurde auch in diesem stromabwärts
des Scheibenraffinators angewendet. Die Temperatur am Trocknereinlass
in diesem Beispiel lag innerhalb des Bereichs von 200°C bis 315°C. Die Temperatur
an dem zweiten Turmauslass war innerhalb des Bereichs von 140°C bis 180°C. Vernetzen
der Faser am Auslass des Trockners wurde mit einer Geschwindigkeit
von etwa 5000 pounds pro Stunde hergestellt. Das teilchenförmige Bindemittel
und die Teilchen, die gemäß der vorliegenden
Erfindung zu verwenden sind, können
vor, nach oder gleichzeitig mit dem Härten zugegeben werden. Der
Begriff „Härten in
Gegenwart des Bindemittels" bedeutet, dass
das Bindemittel vor oder gleichzeitig mit dem Härten zugegeben wird. Das Härten in
Gegenwart des Bindemittels ist gewöhnlich kein Problem, weil das
Bindemittel nicht immer an der Vernetzungsreaktion innerhalb der
Fasern teilnehmen kann und das Bindemittel durch den Härtungsschritt
nicht beeinflusst wird. In bestimmten Situationen jedoch kann das
Bindemittel auch kovalente Vernetzungen innerhalb der Fasern bilden.
Polycarbonsäuren
(wie Zitronensäure),
Polyole (wie Dipropylenglycol) und Polyamine (wie Ethylendiamin)
können als
Vernetzungsmittel wirken und werden während des Härtungsschritts bei der Bildung
von kovalenten Vernetzungen ver braucht. Folglich sollten in dem
begrenzten Fall, in dem das Vernetzungsmittel auch ein Bindemittelmaterial
darstellt, Schritte unternommen werden, um zu verhindern, dass das
Bindemittel als ein Vernetzer in dem Härtungsschritt verbraucht wird.
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Die
Bildung der kovalenten Esterbindungen innerhalb der Fasern erfordert
ein Anhydrid-Zwischenprodukt. Die Bildung des Anhydrid-Zwischenprodukts
kann durch das Vorliegen von Wasser inhibiert werden. Die Autoren
der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass etwa 20% Wasser
(bevorzugter mindestens 30% Wasser), auf das Gewicht der Fasern,
das Härten
ausreichend verzögert,
sodass hinreichend funktionelle Bindemittelgruppen für die Fasern
zum Binden der Teilchen an die Fasern verfügbar bleiben. Folglich sollten
beim Härten
des vernetzenden Materials in Gegenwart eines Bindemittels, das
auch ein vernetzendes Material darstellt, die Fasern mindestens
etwa 20% Wasser, auf das Gewicht der Fasern, wenn das Härten beginnt,
enthalten. Beim Härten
des vernetzenden Materials in Gegenwart eines Bindemittels, das
nicht auch ein vernetzendes Material darstellt, sind Schritte zum
Verhindern der Bildung kovalenter Bindungen gewöhnlich nicht erforderlich.
Wenn das vernetzende Material nicht in Gegenwart des Bindemittels
gehärtet
wird; das heißt,
wenn das Bindemittel nach Härten
aufgetragen wird, müssen
keine Schritte zum Inhibieren der Bildung kovalenter Bindungen unternommen
werden.
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XVII. Verbund-Absorptionsmittelprodukt
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
Absorptionsmittelstrukturen oder Gegenstände aus Fasern mit Bindemittel
und daran anhaftenden Teilchen hergestellt werden. Diese Gegenstände können Verbundstrukturen
(beispielsweise hergestellt aus einer Vielzahl von Materialien)
sein. Beispielsweise können
die Gegenstände
einen Kern von mehreren Arten von Fasern oder Faserschichten, mit
oder ohne bedeckende Materialien, aufweisen. Diese Produkte sind
in der Lage, wesentliche Mengen Wasser und andere Fluids, wie Harn
und andere Körperfluids,
zu absorbieren. Solche Produkte schließen ein, sind jedoch nicht
begrenzt auf wegwerfbare Windeln, Sa nitärvorlagen, Inkontinenzeinlagen,
Handtücher
und dergleichen.
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4–5 erläutern eine
Absorptionsmittellagenstruktur, die aus Fasern der vorliegenden
Erfindung gebildet werden kann, ob mit anderen Fasern vermischt
oder nicht. 4 und 5 geben
eine Absorptionsmittellage 410 mit einem wärmegeprägten Siebmuster 412 wieder.
Die Lagen ohne Muster können
auch verwendet werden. Eine Lage mit einer Deckfolie 414 und
einer Rückfolie 416 kann
beispielsweise durch Anordnen eines quadratischen Faserstücks, geschnitten
aus der Folie, auf einer entsprechend vorgeschnittenen Rückfolie
gebildet werden. Eine entsprechend vorgeschnittene Deckfolie wird über das
Obere der Faser 418 auf der Rückfolie gelegt. Diese Anordnung
kann dann anhaftend um einen kontinuierlichen Rand 420 gebunden
werden.
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Mit
Bezug auf 6–7 wird
eine Absorptionsmittelstruktur in Form eines Verbands gezeigt. Ein Verband 430 zum
Auflegen auf eine Wunde zum Absorbieren von Blut und anderen Körperfluids
wird gezeigt. Eine Absorptionsmittellage 440 wird fest
an einer äußeren oder
Lagenbefestigungsoberfläche 434 eines
Rückstreifens 436 befestigt.
Fasern 441 sind in Lage 440 enthalten und Teilchen
sind an den Fasern 441 gemäß der vorliegenden Erfindung
angebracht. Beliebiges geeignetes Anbringen oder Sicherheitsmittel
können
verwendet werden, um Lage 440 auf der Oberfläche 434 des
Streifens 436 zu befestigen. Jedoch ist es für Oberfläche 434 bevorzugt,
mit einer Anhaftung beschichtet zu werden, sodass die Lage 440 klebend
an der Stelle angebracht werden kann. Ein beispielhafter Klebstoff
ist Ethylenvinylacetatklebstoff. Es ist auch erwünscht, dass für die Gesamtoberfläche 438 des
Rückstreifens 436 mit
einem herkömmlichen
Klebstoff beschichtet ist. Oberfläche 438 ist die Oberfläche, die
an der Fläche
der die Haut umgebenden Wunde angebracht ist. Herkömmliche „peel-back"-Tabs können zum Schützen der
klebenden Beschichtung und Lage 440 verwendet werden, bis
der Verband aufzutragen ist. Diese Art von Rückstreifen ist auf dem Fachgebiet
bekannt.
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Der
Rückstreifen 436 kann
aus beliebigem bekanntem biegsamem Material sein, das zur Auftragung auf
die Haut ge eignet ist. Es ist für
den Streifen 416 bevorzugt, dass er ein Material ist, das
für den
Durchgang von Flüssigkeit
nicht durchlässig
ist, sodass Fluid aus einer Wunde durch den Verband enthalten ist.
Jedoch kann der Streifen 436 mit Öffnungen versehen sein oder
anders zu belüften
sein, damit Luft die Wunde erreichen und den Heilungsprozess fördern kann.
Ein spezielles Beispiel eines geeigneten Rückstreifens 436 ist ein
Polyethylenfilm.
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Wie
in anderen Strukturen beschrieben, kann eine Vielzahl von Kombinationen
antimikrobieller Mittel und anderer Teilchen in den Fasern 441 für einen
solchen Verband verwendet werden. Wiederum jedoch werden die Teilchen
sicher an der Stelle anhaften, wenn die Teilchen ein Wasserstoffbinden
oder eine koordinative kovalente Bindefunktionalität aufweisen,
wobei die Fasern, die an diese Teilchen gebunden sind, eine Wasserstoffbindungsfunktionalität aufweisen,
wobei das nicht-polymere organische Bindemittel aus der Gruppe,
bestehend aus einem Polyamid, einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, einem
Polysulfonat, Polycarboxylat und Kombinationen davon, ausgewählt ist.
Weitere nicht-polymere Bindemittel würden organische Bindemittel,
wie Glycerin, Monoglyceride, Diglyceride, Ascorbinsäure, Harnstoff,
Glycin, Pentaerythrit, ein Monosaccharid oder ein Disaccharid, Zitronensäure, Weinsäure, Taurin,
Dipropylenglycol und Harnstoffderivate, wie DMDHEU, einschließen. Geeignete
Saccharide schließen
Glucose, Saccharose, Lactose, Ribose, Fructose, Mannose, Arabinose
und Erythrose ein. Zwei verschiedene Teilchen, wie verschiedene
antimikrobielle Mittel, in Teilchenform können an der gleichen Faser
anhaften. In der Alternative kann jede verschiedene Art von antimikrobiellen
Teilchen oder anderen Teilchen getrennt an verschiedenen Fasern
anhaften. Auch Gemische von Fasern können in die Absorptionsmittelstrukturen,
wie Lage 366, eingeschlossen sein. Beispielsweise können diese
Gemische Fasern mit anhaftenden antimikrobiellen Teilchen (ein oder
mehrere antimikrobielle Mittel) und anhaftende Superabsorptionsmittelteilchen,
Fasern mit einem oder mehreren antimikrobiellen Teilchen, ohne Superabsorptionsmittelteilchen,
gebunden mit Fasern mit anhaftenden Superabsorptionsmittel teilchen,
mit oder ohne antimikrobielle Teilchen, und Kombinationen von solchen
Fasern mit unbehandelten Fasern und/oder Bindemittel-beschichteten
Fasern, ohne Superabsorptionsmittelteilchen oder antimikrobiellen
Teilchen, einschließen. Zusätzlich können andere
Teilchen, wie Antikoagulantien oder Hämostatika, an den Fasern gebunden
sein.
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Die
Absorptionsmittellage von Verband 430 kann auch eine Deckfolie
einschließen,
die typischerweise aus beliebigem geeignetem Material hergestellt
wurde, die den Durchgang von Flüssigkeit
durch die Deckfolie an die Fasern 441, wie Vliesfaserbahnmaterial
von Fasern, wie beispielsweise Rayon, Nylon, Polyester, Propylen
und Gemische davon, leicht erlaubt. Ein besonders bevorzugtes Deckfolienmaterial
ist ein 70%iges Rayon-/30%iges Polyester-Gemisch mit einem Basisgewicht
von 18 g/m2 von Scott Paper Company.
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8 und 9 erläutern eine
herkömmliche
Wegwerfwindel 550 mit einem Kern 552, welcher
Fasern der vorliegenden Erfindung mit anhaftenden teilchenförmigen Superabsorptionsmittel-Materialien
umfasst. Diese teilchenförmigen
Materialien können
auf eine Zielzone (beispielsweise den Vorder- oder Zwickelteil einer Windel, ausgewiesen
bei 556) oder von einer stärkeren Konzentrierung in der
Zielzone begrenzt sein. Dies kann durch luftgelegte Fasern der vorliegenden
Erfindung in einer solchen Zone erfolgen. Auch der Kern kann durch
Schmelzen des Bindemittels oder Befeuchten der Zielzone mit Wasser
aktiviert werden. Die Superabsorptionsmittelteilchen können aufgesprüht oder
anderweitig auf diese befeuchtete Zone aufgetragen werden. Wenn
die Zone trocknet, werden die Teilchen an der Stelle anhaften.
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XVIII. Verdichtung
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Die
so vorstehend beschriebenen Produkte sowie die erfindungsgemäß zu verwendenden
Bahnmaterialien der Fasern können
auch durch äußere Anwendung
von Druck auf das Bahnmaterial verdichtet werden. Das Bahnmaterial
könnte
mittels Durchleiten desselben durch eine Reihe von Kalanderwalzen,
eingestellt bei 60 und 90 pli (pounds per linear inch, wie in einer
Kalanderpresse), bzw. unter Gewinnung von Folien mit erhöhten Dichten,
verdichtet werden. Die Verdichtung kann alternativ durch Verdichtungswalzen
oder -pressen bereitgestellt werden. Die Erfinder haben gefunden,
dass Verdichtung in SAP-enthaltenden Produkten, die mit Bindemitteln
der vorliegenden Erfindung behandelt wurden, erleichtert wird, wenn
die Verdichtung mit dem Bindemittel in einem aktiven Zustand stattfindet.
Produkte, die mit diesen Bindemitteln behandelt werden, erfordern
weniger Wärme
und Druck als unbehandelte Fasern zum Verdichten einer gegebenen
Dichte. Die Verdichtung wird vorzugsweise ausgeführt, um ein Produkt herzustellen,
das eine Dichte von etwa 0,05 bis 0,7 g/cm3,
bevorzugter 0,1 bis 0,3 g/cm3, aufweist.
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Beispiele
für Verdichtung
werden nachstehend angegeben:
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BEISPIEL 23
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Die
erfindungsgemäßen Produkte
können
in 550 Gramm/Quadratmeter-Folien, sechs inch im Durchmesser, in
einem Laboratorium-Lagenformer gebildet werden. Jene Lagen werden
dann durch eine Reihe von Kalanderwalzen bei 60 und 90 pli, entsprechend
unter Gewinnung von Folien mit Dichten von 0,3 und 0,5 g/cm3, geleitet.
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BEISPIEL 24
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HBA-Zellstoff
mit 40% IM1000F und HBA-Zellstoff mit 12% Glycerin und 40% IM1000F
wurden in sechs-inch-Lagen in dem Lagenformer gebildet und dann
bei etwa 6500 psi 15 Sekunden verpresst. HBA-Zellstoff ohne Glycerinbindemittel
erreichte eine Dichte von 0,4 g/cm3 und
HBA-Zellstoff mit Glycerin-gebundenen Teilchen erreichte eine Dichte
von 0,57 g/cm3. Dieses Beispiel erläutert, dass
die Fasern, behandelt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, eine größere Dichte
erreichen als unbehandelte Fasern bei dem gleichen Verdichtungsdruck.
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XIX. Wasserzugabe
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In
einigen Ausführungsformen
der Erfindung wird vernetzendes Material zu den Fasern gegeben und gehärtet, unter Bildung
von kovalenten Bindungen innerhalb der Fasern, die hochdichte Fasern
erzeugen. Wenn das vernetzende Material und Bindemittel gleich oder
beide unterschiedlich sind, jedoch in zum Vernetzen innerhalb der
Fasern der Lage sind, und das Bindemittel, bevor Härten stattfindet,
zugegeben wird, wird im Wesentlichen das gesamte vernetzende Material/Bindemittel
in der kovalenten Vernetzungsreaktion verwendet, sodass für anschließendes Binden
der Teilchen an die Fasern mit Wasserstoffbindungen und koordinativen
kovalenten Bindungen nichts verfügbar
sein wird. In diesem besonderen Fall (wenn das vernetzende Material
und Bindemittel beide zum Vernetzen und vor dem Härten zugegeben
werden können)
kann Wasser zu den Fasern vor dem Härten gegeben werden, um den
Beginn des Härtungsschritts
zu verzögern
und zu sichern, dass ein Teil der Funktionalität des Bindemittels nicht in
der Vernetzungsreaktion verbraucht wird. Mindestens 20 Gew.-% Wasser
in den Fasern verzögert
ausreichend die Bildung kovalenter Bindungen innerhalb der Fasern,
damit restliche Polycarbonsäure
auf den Fasern die Teilchen an die Fasern binden kann. Das nachstehende
Beispiel erläutert
dieses Verfahren.
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BEISPIEL 25
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Ein
Zellstoffbogen von 100 Gramm wurde mit 44,5% Vernetzungsmaterial
innerhalb der Fasern besprüht,
und der Zellstoffbogen wurde delaminiert und in kleinen Stücken in
einen Lagenformer gespeist, unter gleichzeitigem Zuführen von
Superabsorptionsmittelteilchen zu dem delaminierten Zellstoffbogen.
Das Material wurde ein zweites Mal durch den Lagenformer zum Fluffen
desselben laufen lassen und das Material wurde anschließend 20
Minuten in einem Ofen bei 150°C
gehärtet.
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In
einem ersten Versuch war das vernetzende Material ein modifizierter
Ethylenharnstoff und Zitronensäure,
während
das teilchenförmige
Material IM1000F war. Zu 100 g Zellstoffbogen wurden 63,4 Gramm
Ethylenharnstoff, 16,76 Gramm Zitronensäure und 70 Gramm IM1000F für einen
Endvernetzergehalt von 35,2% Ethylenharnstoff und 9,3% Zitronensäure, auf
das Gewicht, gegeben. Kein Wasser wurde in diesem Versuch zugesetzt.
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In
einem zweiten Versuch wurden die 100 Gramm Zellstoffbogen mit 30,83
Gramm Polyaldehyd (Glyoxal), 5,03 Gramm Glycol, 0,2 Gramm Alaun,
0,2 Gramm Zitronensäure
und 15 Gramm destilliertem Wasser vernetzt. Das Härten wurde,
nachdem 70 Gramm IM1000F SAP zu der Lage gegeben wurden, ausgeführt.
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Das
Binden der Teilchen an die Lage war in beiden von diesen Versuchen
schlecht.
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Jeder
von diesen Versuchen wurde dann wiederholt, mit der Ausnahme, dass
50 Gramm destilliertes Wasser vor dem Härten zugegeben wurden. Folglich
gab es 50 g Wasser im ersten Versuch und 65 g Wasser im zweiten
Versuch. Teilchenförmiges
Binden an die Fasern wurde stark verbessert.
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Elektronenmikroskopische
Prüfung
der Fasern von diesen Durchläufen
zeigte, dass Teilchenbinden nicht in Abwesenheit der 50 g Wasserzugabe
stattfand. In Gegenwart von 50 Gramm destilliertem Wasser zeigten
die elektronenmikroskopischen Daten jedoch tatsächliches Binden der Teilchen
an die Fasern.
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XX. Teilchen-Binden
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10 zeigt eine isolierte, vergrößerte Cellulosefaser 600 mit
SAP-Teilchen 602, die durch ein erfindungsgemäß verwendetes
Bindemittel daran gebunden wurden. Diese Zeichnung erläutert ein
Beispiel des SAP, das seine diskrete Teilchenform nach Binden an
die Fasern bereithält.
Eine gewisse Teilchen-zu-Teilchenverschmelzung kann gemäß dieser
Erfindung stattfinden, jedoch schließt das Beibehalten einer diskreten Teilchenform
die Bildung eines vollständig
zusammenlaufenden Films, in dem die Teilchen ihre teilchenförmige Identität verlieren,
aus. Ein solcher zusammenlaufender Film erzeugt Gel-Blockieren,
das mit wirksamer Flüssigkeitsabsorption
in den Fasern in Wechselwirkung tritt.
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Die
gezeigte Faser 600 ist vergrößert und hat ein Aspektverhältnis (Verhältnis von
Länge-zu-Breite) von
etwa 10:1 bis 5:1, vorzugsweise etwa 10:1.
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11 zeigt die Teilchen 602, im Wesentlichen
gleichförmig über eine
Tiefe von 604 einer Lage 606 verteilt. Die Teilchen
werden auch anhaftend an die gesamte Oberfläche der Lage gezeigt. Teilchen
können durch
beliebige gewünschte
Muster durch die Lage gemäß dieser
Erfindung verteilt sein und müssen
nicht notwendigerweise an allen Oberflächen anhaften oder durch das
Volumen der Matte verteilt sein oder gleichförmig verteilt sein.
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Es
kann aus 10–11 (und 12–15,
nachstehend erörtert)
ersichtlich werden, dass die Teilchen nicht durch Bindemittel eingekapselt
sind. Die erfindungsgemäß verwendeten
Teilchen und Fasern sind nicht mit dem Bindemittel eingekapselt.
Darüber
hinaus agglomeriert das Bindemittel nicht die Fasern zusammen und
in vielen Ausführungsformen
binden die Fasern nicht aneinander. Diskrete einzelne Teilchen behalten
ihre Identität
auf der Oberfläche
der Fasern, anstelle in einer thermoplastischen Einkapselung um
die Fasern und Teilchen eingeschlossen zu sein.
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XXI. Elektronen-Photomikrographie
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Eine
Elektronen-Photomikrographie von Superabsorptionsmittelteilchen
(SAP), gebunden an Cellulosefasern mit einem Ascorbinsäurebindemittel,
wird in 12 gezeigt. Das SAP wird am
Rande der Photographie belassen und wird an die Faser gebunden,
die den zentralen Teil der Photomikrographie einnimmt. Das Teilchen
wird als an die Faser gebunden betrachtet, und die Faser unterliegt
der gleichen Schädigung
durch Scherwirkung, die sich beim Bruch der Faser ergibt. Es ist
wesentlich, dass die Faser Schädigung
durch Scherwirkung erfahren hat, während das Teilchen an die Faser
gebunden verbleibt, weil dies ein Hinweis ist, dass die Teilchen-Faser-Bindung, die durch
Ascorbinsäure
gebildet wurde, sehr stark und federnd ist, wobei mechanischem Zerreißen widerstanden
wird.
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13A, 13B, 13C und 13D zeigen
verschiedene Elektronen-Photomikrographien, die einzelne Teilchen
erläutern,
die an Fasern mit einem Lactosebindemittel gebunden sind. 13C zeigt beispielsweise, dass SAP in seiner individuellen
Teilchenform verbleibt, wenn an die Faser mit einem Lactosebindemittel
angeheftet. Die Teilchen bilden keine verbundene zusammenlaufende
Masse, ohne teilchenförmige Identität.
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BEISPIEL 26
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Eine
Elektronen-Photomikrographie von Oxalsäureteilchen, gebunden an Cellulosefasern
mit einem Glycerinbindemittel, wird in 14 gezeigt.
Die gebundene Oxalsäure
ist nahe der Mitte der Photographie und wird als an die Faser ohne
mechanische Einkapselung der Faser und des Teilchens durch ein einkapselndes Bindemittel
gebunden betrachtet.
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15 ist eine SEM, die ein Teilchen von Aluminiumsulfat
(Alaun), gebunden an eine Cellulosefaser mit einem Glycerinbindemittel,
veranschaulicht. Das Alaunteilchen wird an der Mitte der Photographie
ersichtlich, und das Teilchen verbleibt in seiner individuellen
Teilchenform, wenn es an der Faser anhaftet. Die Teilchen bilden
keine zusammenlaufende Masse, der es an teilchenförmiger Identität mangelt.
Darüber
hinaus sind die Teilchen nicht durch ein Material, das mechanisch
das Teilchen in Kontakt mit der Faser hält, eingekapselt.
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XXII. Fasergemische
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Die
erfindungsgemäß zu verwendenden
Fasern, wie Faser 600, können mit anderen Arten von
Fasern vermischt werden, wie jene, offenbart in US-Patent Nr. 5
057 166. Die Latex-beschichteten
Fasern jenes Patents können
mit den erfindungsgemäß zu verwendenden
Fasern vermischt werden, unter Herstellung eines Absorptionsmittelproduktes,
das die Eigenschaften von beiden Faserarten aufweist.
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XXIII. Zusätzliche
Bindemitteleigenschaften
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US-Patent
Nr. 3 903 889 offenbart ein Verfahren zum Anheften von Absorptionsmittelteilchen
an Zellstofffasern, unter Verwendung von Sirup, Honig und anderen
Polysacchariden, wie Dextrinen. Ein wesentliches Erfordernis dieser
Klebemittel besteht darin, dass sie die Eigenschaft besitzen müssen, permanent
abziehbar zu sein und nicht zu einem brüchigen Film zu versteifen.
Die erfindungsgemäß zu verwenden den
Bindemittel sind im Gegensatz dazu in der Lage, nach dem Verfestigen
zu einem steifen, kristallinen Material als Bindemittel zu wirken.
Auch die erfindungsgemäß zu verwendenden
Bindemittel, die nicht zu einem Feststoff versteifen (wie Glycerin),
sind sehr hygroskopisch und können
auf den Fasern mit einem Gesamtwassergehalt von nicht mehr als 15%
oder auch 12% vorliegen. Dies steht im Gegensatz zu den Klebstoffen,
wie Honig oder Maissirup, offenbart in US-Patent Nr. 3 903 889,
die nicht hygroskopisch sind. Klebrige Bindemittel können Verarbeiten
der Bindemittel-beschichteten Fasern erschweren. Den nicht-polymeren
Sacchariden, wie Monosaccharide und Disaccharide, mangelt es an
den Hochviskositäts-
und Klebrigkeits-anhaftenden physikalischen Eigenschaften von Polysacchariden,
wie Maissirup und Honig. Die erfindungsgemäß zu verwendenden nicht-polymeren
Saccharide können
Feststoffe sein, die die Viskositäts- und Handhabungsprobleme,
die mit den Polymeren verbunden sind, vermeiden.
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Wie
in dieser Anmeldung verwendet, wird sich ein Teilchen, das in Wasser
löslich
ist, vollständig
mindestens mit 10 g der Teilchen in 300 ml Wasser bei 25°C lösen. Ein
Teilchen, das in dem Bindemittel schlecht löslich ist, wird vollständig nicht
mehr als etwa 5 g des Teilchens in 300 ml des Bindemittels bei 25°C lösen.
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Einige
der erfindungsgemäß zu verwendenden
Bindemittel sind auch in Wasser löslich. Ein Bindemittel, das
in Wasser löslich
ist, wird mindestens 10 g des Bindemittels in 300 ml Wasser bei
25°C vollständig lösen.