DE60019928T2

DE60019928T2 - Verfahren zur herstellung von materialien mit kontrollierter porosität

Info

Publication number: DE60019928T2
Application number: DE60019928T
Authority: DE
Inventors: Hassan Bodaghi; Michael Kauschke; Mordechai Turi
Original assignee: First Quality Nonwovens Inc
Current assignee: First Quality Nonwovens Inc
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: JP2003502514A; ATE294886T1; US6488801B1; ES2241616T3; US6521555B1; CA2374810C; AU757207B2; EP1194626A4; WO2000077285A1; AU2003202408B2; CA2374810A1; DE60019928D1; EP1194626B1; AU2003200333B2; AU5489200A; EP1194626A1

Description

STAND DER TECHNIK FÜR DIE ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus Fasern bestehenden Mediums mit kontrollierter Porosität, eines Mediums mit kontrollierter Porengröße und enger Porengrößenverteilung und eines Mediums, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt, und die daraus erhaltenen Erzeugnisse.
Die Herstellung eines Laminats für eine Verwendung in einer großen Vielfalt von Erzeugnissen, das aus verschiedenen Polymeren und Textilien erzeugt worden ist, ist bekannt. So bieten beispielsweise schmelzgeblasene Materialien und Spinnvliese ein hohes Maß an Dampfdurchlässigkeit und Flüssigkeitsdurchlässigkeit, wenn sie entweder als solche oder kombiniert mit einem weiteren und/oder anderen porösen Material verwendet werden.
Schmelzblasen ist ein Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung sehr kleiner Fasern, die für Filtrations- und Isolationszwecke bestens geeignet sind. So können Fasern mit einem Durchmesser von unter 1 Mikrometer durch Schmelzblasen hergestellt werden, wobei der mittlere Faserdurchmesser beim herkömmlichen Schmelzblasen etwa 4 Mikrometer und die Fasergrößenverteilung 1/4 bis 8 Mikrometer beträgt. Um solche kleinen Fasern zu bilden, muss von Polymeren mit sehr niedrigem Molekulargewicht ausgegangen werden. In diesem Verfahren wird das Nonwoven in einer Stufe aus dem Polymer zu dem fertigen schmelzgeblasenen Nonwoven gebildet. Schmelzgeblasene textile Flächengebilde sind porös und, was von Bedeutung ist, haben weder eine kontrollierte Porengröße noch eine enge Porengrößenverteilung. Stattdessen ist die Porengröße zufällig und uneinheitlich, sodass ein typisches schmelzgeblasenes textiles Flächengebilde eine zufällige Verteilung der Poren mit unterschiedlicher Größe besitzt. Ein schmelzgeblasenes textiles Flächengebilde mit kontrollierter Porengröße und enger Porengrößenverteilung wäre für bestimmte Verwendungen – beispielsweise Filtrationsaufgaben – sehr nützlich. Deshalb betrifft eine erfindungsgemäße Ausführungsform ein schmelzgeblasenes textiles Flächengebilde mit kontrollierter Porengröße und enger Porengrößenverteilung.
Demgegenüber ist die Herstellung eines Spinnvlieses dem herkömmlichen Faserspinnen sehr ähnlich, wobei einige Verarbeitungsstufen erforderlich sind, um das Spinnvlies zu bilden. Fasern für ein Spinnvlies durchlaufen eine Zieh- und anschließend eine Ablegestufe, worin die gezogenen Fasern zu einer Matte abgelegt werden, die durch einen Thermobindungskalander oder durch mechanisches Verwirren verbunden wird, um das Nonwoven zu bilden. Die im Spinnbindungsverfahren verwendeten Polymere haben ein niedrigeres Molekulargewicht als die im herkömmlichen Schmelzspinnverfahren verwendeten und ein höheres Molekulargewicht als die im herkömmlichen Schmelzblasverfahren verwendeten. Dabei lassen sich Fasern mit einem Durchmesser von kleiner als 10 Mikrometern durch Spinnbinden wirtschaftlich sehr schwierig herstellen, und der mittlere Faserdurchmesser für herkömmliche Spinnbindungsverfahren beträgt etwa 18 Mikrometer.
Jedoch muss für bestimmte Verwendungen wie diejenigen in der Gesundheitspflege, beispielsweise bei Windeln, Hygieneeinlagen, Inkontinenzeinlagen für Erwachsene und Wund verbänden, das Erzeugnis drei unterschiedliche Funktionen erfüllen: Zunächst muss eine Vorder- oder Oberlage, die für den Kontakt mit der Haut des Patienten vorgesehen ist, den Durchgang von Feuchtigkeit (beispielsweise Blut, Urin und ähnliche Flüssigkeiten) erlauben, wobei sie gleichzeitig für die Haut des Trägers ein akzeptables Gefühl haben muss, zweitens muss ein absorptionsfähiger Kern, der sich zwischen Oberlage und Unterlage befindet, in der Lage sein, die Feuchtigkeit zu absorbieren, die er durch die Oberlage hindurch aufgenommen hat, und drittens muss eine Unterlage auf der Rückseite des absorptionsfähigen Kerns ein Austreten der Flüssigkeit durch das Laminat nach außen verhindern. Deshalb betrifft eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform speziell die Unterlagenkomponente.
Die Sperreigenschaften der Unterlage (d.h. das Aufhalten der Feuchtigkeit und anderer Flüssigkeiten) werden typischerweise erhalten, indem eine Kunststoffschicht oder – folie, die als Feuchtigkeitsbarriere dient, in die Unterlage eingebaut wird. Einige große Nachteile, die mit der Verwendung solcher Sperrfolien verbunden sind, sind die niedrige Dampfdurchlässigkeitszahl (MVTR) der Sperrfolie, das unerwünschte Rascheln, das von der Sperrfolie beim Tragen des Produkts verursacht wird, und die Versteifung des Produkts (aufgrund der Sperrfolie), durch welche dessen Anpassungsfähigkeit an die Fläche, an welcher es anliegt, verringert wird.
Poröse Folien sind typischerweise sowohl für flüssiges als auch für dampfförmiges Wasser durchlässig. Sie können durch den Einbau verschiedener organischer oder anorganischer Additive in eine Polymerfolie hergestellt werden, wobei diese Folie danach gereckt wird oder aus ihr Füll stoffe chemisch entfernt werden. Weitere herkömmliche Verfahren umfassen mechanische Perforierungs- und/oder Bestrahlungsverfahren, um die gewünschten Löcher oder Schlitze in der Polymerfolie zu bilden. Dabei ist das Erhalten einer gleichmäßigen Porengröße in einer Folie sehr schwierig, und poröse Kunststofffolien sind im Allgemeinen teurer als Nonwovens.
Demgegenüber sind nicht poröse Sperrfolien typischerweise sowohl für flüssiges als auch dampfförmiges Wasser undurchlässig. Im Ergebnis wird durch die Verwendung einer undurchlässigen Folie beispielsweise in einer Windelunterlage die Windel vor dem Eindringen der Flüssigkeit zu warm (da die Sperrfolie die Luftzirkulation verhindert) und nach dem Eindringen der Feuchtigkeit klamm (da die Sperrfolie die Verdampfung der Feuchtigkeit verhindert). So können durch die Verwendung einer undurchlässigen Sperrfolie in einer Windel schwere dermatologische Probleme wie Hautausschläge bei Kindern und Hautwunden bei Erwachsenen, die solche nicht porösen Erzeugnisse tragen, verursacht werden.
Weiterhin ist es bekannt, eine halbporöse Sperrfolie mit kontrollierter Porosität zu bilden, die für Wasserdampf durchlässig, aber für flüssiges Wasser undurchlässig, d.h. atmungsaktiv, ist. Jedoch ist das Verfahren zur Herstellung einer solchen mikroporösen Folie mit kontrollierter Porosität typischerweise komplex und teuer und erfordert relativ spezialisierte polymere Ausgangsmaterialien (beispielsweise konjugierte Fasern, die aus zwei getrennt hergestellten polymeren Materialien gebildet sind, oder Laminate, die aus zwei getrennt hergestellten polymeren Materialien gebildet sind).
EP 0 322 136 A2 betrifft ein Nonwoven, das aus einem Gemisch aus schmelzgeblasenen Mikrofasern, die eine viel höhere Orientierung und Kristallinität als bisherige schmelzgeblasene Fasern haben, und gekräuselten Stapelfasern hergestellt ist. Die Fasern werden durch Luft ausgerichtet, die auf sie eine Kühlwirkung ausübt und eine Temperatur von unter 35 °C besitzt. Gemäß Seite 3, Zeilen 31/32, resultieren kristallisierte Fasern. Dabei wird angenommen, dass die ausgerichteten schmelzgeblasenen Fasern endlos sind. Die zugesetzten Fasern können schmelzbare Fasern sein, die vorzugsweise Zweikomponentenfasern sind. In US 4 622 259 ist ein nicht verstärktes textiles Mikrofaserflächengebilde offenbart, das durch ein herkömmliches Schmelzblasverfahren hergestellt wird, eine große durchschnittliche Faserlänge besitzt und eine Zwischenfaserbindung und stärkere einzelne Fasern ermöglicht. Dieses Vlies bietet eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Eindringen von Fluids und lässt sich prägen. In US 4 753 843 ist ein Nonwoven offenbart, das aus nicht verstärkten Mikrofaservliesen mit entsprechender Festigkeit, Reißfestigkeit und Atmungsaktivität hergestellt und besonders für eine Verwendung als ein medizinisches textiles Flächengebilde geeignet ist. Die Fasern sind schmelzgeblasen, und ihre durchschnittliche Länge beträgt mehr als 10 cm. Das aus diesen Fasern gebildete Vlies wird durch Heißprägen gebunden.
EP 0 474 421 A2 , EP 0 474 422 A2 und EP 0 474 423 A2 betreffen Schmelzblasdüsenvorrichtungen und technische Schleiermodifizierungen davon. In US 5 607 701 wird eine Schmelzblasdüse zur Herstellung von Nonwovens aus Polymeren vorgeschlagen. In US 5 098 636 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kunststofffasern bei der Erzeugung eines Nonwovens beschrieben.
Deshalb besteht weiterhin ein deutlich spürbarer Bedarf an einem Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung eines Mediums mit kontrollierter Porosität und insbesondere eines Mediums mit kontrollierter Porosität, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit aufweist, ohne die Verwendung von chemischen Bindemitteln, Additiven oder Beschichtungen. Ein solches atmungsaktives Medium wird Verwendung finden in Erzeugnissen, die in einer solchen Menge verkauft werden, dass eine Senkung ihrer Kosten äußerst erwünscht ist (beispielsweise es ausreichend wirtschaftlich für die Herstellung zur Verwendung in Wegwerfprodukten macht).
Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, in einer Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung eines Mediums mit kontrollierter Porosität bereitzustellen.
Der Erfindung liegt weiterhin als Aufgabe zugrunde, in einer Ausführungsform ein Medium mit kontrollierter Porosität bereitzustellen, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt.
Eine andere erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, ein solches Verfahren bereitzustellen, das in einer Ausführungsform kein spezielles Polymer als Ausgangsmaterial benötigt.
Eine wieder andere erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, ein solches Verfahren bereitzustellen, das in einer Ausführungsform keine Verwendung von chemischen Bindemitteln, Additiven oder Beschichtungen erfordert, um die gewünschte Permeabilität oder Porosität zu erhalten.
Eine noch andere erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Bereitstellung in einer Ausführungsform eines Materials, das durch dieses Verfahren hergestellt ist.
Eine ebenfalls andere erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, in einer Ausführungsform ein solches Material bereitzustellen, das bei seiner Verwendung keine Geräusche erzeugt und ein bekleidungsähnliches Gefühl (Griff) aufweist.
Eine zusätzliche erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, in einer Ausführungsform ein solches Material bereitzustellen, das sich wirtschaftlich (beispielsweise für eine Verwendung in Wegwerferzeugnissen) herstellen lässt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese erfindungsgemäßen Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Nonwovens, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt, welches die Stufen

A) Bereitstellen eines schmelzgeblasenen Nonwovens, das aus Fasern gebildet ist, die kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme enthalten, wobei die Fasern aus einem Polymer gebildet sind, das gezogen und anschließend vorzeitig durch vorzeitiges Abschrecken mit einem Strom aus kalter Abschreckluft unmittelbar nach dem Ziehvorgang und vor der Beendigung der Faserbildung kristallisiert worden ist, um sowohl kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme als auch re lativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu bilden, und
B) Kalandrieren des textilen Flächengebildes bei einer Temperatur der Walzenoberfläche von 25 bis 110 °C, einer linearen Kraft der Berührungslinie von 25 bis 150 Newton/mm und einer Walzengeschwindigkeit von bis zu 200 Metern/Minute, wobei Temperatur, Druck und Walzengeschwindigkeit des Kalandrierens zusammen ausgewählt werden, um die in ihm enthaltenen kleinen Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme zu erweichen, die relativ größeren Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme jedoch nicht, wodurch eine hohe Dampfdurchlässigkeit von mindestens 1200 g/m²·24 h erhalten bleibt, während eine niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit, gemessen als Wassersäule von mindestens 10 Millibar, durch Verdichten, Faserschrumpfung und Kontraktion des faserförmigen Mediums bereitgestellt wird,

Darüber hinaus ist die Erfindung auf ein aus Fasern gebildetes Nonwoven gerichtet, das sich durch dieses Verfahren herstellen lässt.
Schließlich ist die Erfindung auf die Verwendung des aus Fasern gebildeten Nonwovens zur Herstellung eines Verbundmaterials (Laminats) mit einem Nonwoven gerichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Polymer Polypropylen und optimalerweise isotaktisches Polypropylen, obwohl andere isotaktische Polymere ebenfalls Verwendung finden können. Dabei kann das Polymer ein Polypropyl-Polybutylen-Blend sein. Dieses Blend kann 60 bis 90 Gew.- Polypropylen und 10 bis 40 Gew.-% Polybutylen umfassen. Das Polymer wird vorzeitig kristallisiert, vorzugsweise, indem es vor Vollendung der Faserstrukturbildung derart abgeschreckt wird, dass es (vor dem Kalandrieren) eine Glockenkurvenverteilung des Schmelzwärmebereichs aufweist. Die Porengröße wird durch die Abschreckgeschwindigkeit eingestellt. Je schneller das Abschrecken abläuft, umso kleiner wird die Porengröße. Temperatur, Druck und Walzengeschwindigkeit des Kalandrierens werden so ausgewählt, dass die kleinen Polymerkristalle erweicht werden, aber die relativ größeren Polymerkristalle nicht. Das kalandrierte Material kann zu einem Verbundmaterial mit beispielsweise mindestens einer spinngeschmolzenen, Spinnvlies- oder anderen Nonwovenschicht verarbeitet werden. Die Erfindung betrifft insbesondere auch fünf verschiedene Verfahrensmodifizierungen und die damit hergestellten Erzeugnisse. Die erste Verfahrensmodifizierung ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus Fasern gebildeten Mediums, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt. Das Verfahren umfasst die Stufe der Herstellung eines Nonwovens, das aus Fasern gebildet wird, die während der Herstellung des Nonwovens vorzeitig kristallisiert werden, um darin kleine Polymerkristalle mit niedriger Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu bilden. Das Nonwoven wird kalandriert, um die kleinen Polymerkristalle mit niedriger Schmelzwärme zu erweichen, die relativ größeren Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme jedoch nicht, wodurch eine hohe Dampfdurchlässigkeit erhalten bleibt und eine geringe Flüssigkeitsdurchlässigkeit geboten wird. Aus dem kalandrierten textilen Flächengebilde und einem Nonwoven wird ein Laminat gebildet, das durch eine Prägestation geschickt wird, um ein aus Vertiefungen und Erhebungen bestehendes Muster auf dem kalandrierten textilen Flächengebilde zu erzeugen, wobei das Nonwoven in die Vertiefungen der geprägten kalandrierten Fasern gelangt. Vorzugsweise umfasst die Laminierstation eine beheizte harte Walze, die sich auf der Seite des Nonwovens befindet, und eine nicht erwärmte weiche Walze, die sich auf der Seite des kalandrierten textilen Flächengebildes befindet, wobei Letzteres nach der Laminierung eine hohe MVTR und im Wesentlichen keine Löcher beibehält. Vorzugsweise ist das Nonwoven ein Spinnvlies. Das Erzeugnis der ersten Verfahrensmodifizierung ist ein aus Fasern gebildetes Nonwovenmedium, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt. Dabei umfasst das Medium ein Nonwoven, das aus Fasern gebildet ist, die während der Herstellung des Nonwovens vorzeitig kristallisiert worden sind, um kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu bilden. Das textile Flächengebilde wird kalandriert, um die kleinen Polymerkristalle zu erweichen, die relativ größeren Polymerkristalle jedoch nicht, wodurch eine hohe Dampfdurchlässigkeit bei niedriger Flüssigkeitsdurchlässigkeit erhalten bleibt. Das textile Flächengebilde ist eine Komponente des kalandrierten Laminats mit einem Spinnvlies, wobei das textile Flächengebilde ein geprägtes Muster aus Vertiefungen und Erhebungen hat und das Spinnvlies in die Vertiefungen des textilen Flächengebildes gelangt.
Die zweite Verfahrensmodifizierung ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus Fasern gebildeten Mediums, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt. Das Verfahren umfasst die Stufe der Herstellung eines Nonwovens, das aus Fasern gebil det wird, die während der Herstellung des textilen Flächengebildes vorzeitig kristallisiert werden, um kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu bilden. Die vorzeitig kristallisierten Fasern des textilen Flächengebildes werden durch eine zusätzliche Station geschickt, in welcher mindestens ein polymeres Zusatzmaterial auf die Fasern auf gebracht wird. Das textile Flächengebilde wird danach kalandriert, um die kleineren Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme zu erweichen, die relativ größeren Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme jedoch nicht, wodurch eine hohe Dampfdurchlässigkeit bei niedriger Flüssigkeitsdurchlässigkeit erhalten bleibt, und um das textile Flächengebilde und das zusätzliche Material miteinander zu integrieren. Vorzugsweise bestehen die Fasern aus Polypropylen innerhalb eines gegebenen Durchmesserbereichs und wird das Zusatzmaterial aus der Gruppe ausgewählt, die aus Polyethylen, Polyurethan, Ethylvinylalkohol und Polypropylen mit einem anderen Durchmesserbereich und Kombinationen davon besteht. Im Wesentlichen wird jedes Zusatzmaterial in einer jeweils separaten Zusatzstation hinzugefügt.
Das Produkt der zweiten Verfahrensmodifizierung ist ein aus Fasern gebildetes Nonwovenmedium, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt. Das Medium umfasst ein Nonwoven, das aus Fasern gebildet ist, die während der Herstellung dieses textilen Flächengebildes vorzeitig kristallisiert worden sind, um kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu bilden. Das textile Flächengebilde wird kalandriert, um die kleinen Polymerkristalle zu erweichen, die relativ größeren Polymerkristalle jedoch nicht, wodurch eine hohe Dampfdurchlässigkeit bei niedriger Flüssigkeitsdurchlässigkeit erhalten bleibt. Das kalandrierte textile Flächengebilde umfasst mindestes ein polymeres Zusatzmaterial, das auf dem textilen Flächengebilde abgelegt worden ist. Vorzugsweise wird das mindestens eine polymere Zusatzmaterial vor oder nach dem Kalandrieren auf dem textilen Flächengebilde abgelegt.
Die dritte Verfahrensmodifizierung ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus Fasern gebildeten Mediums, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Stufe der Herstellung eines Nonwovens, das aus Fasern gebildet wird, die während der Herstellung des textilen Flächengebildes vorzeitig kristallisiert werden, um darin kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu bilden. Das textile Flächengebilde wird kalandriert, um die kleinen Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme zu erweichen, aber die relativ größeren Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme nicht, wodurch eine hohe Dampfdurchlässigkeit bei niedriger Flüssigkeitsdurchlässigkeit erhalten bleibt. Die Porengröße im kalandrierten textilen Flächengebilde wird vergrößert und die Poren in dem kalandrierten textilen Flächengebilde werden so geformt, dass der Durchlass für Körperfluids maximiert und das Rückfeuchten minimiert wird. Vorzugsweise umfasst die Stufe des Vergrößerns und Formens der Poren eine derartige Perforierung des kalandrierten textilen Flächengebildes mit heißen Nadeln, dass durch den Einstich der heißen Nadeln das kalandrierte textile Flächengebilde erweicht und nach Herausziehen der heißen Nadeln das dort weichgemachte kalandrierte textile Flächengebilde erstarren gelassen wird. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren die Stufe der Bereitstellung eines Nonwovens, das aus Fasern gebildet wird, die während der Herstellung des textilen Flächengebildes vorzeitig kristallisiert werden, um darin kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativer höherer Schmelzwärme zu bilden. Es wird ein unter Unterdruck stehendes, sich drehendes perforiertes Sieb verwendet, um die Fasern des textilen Flächengebildes aufzunehmen und darin vergrößerte und geformte Poren zu bilden, um den Durchlass zu maximieren und das Rückfeuchten zu minimieren. Das textile Flächengebilde wird anschließend kalandriert, um die darin enthaltenen kleinen Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme zu erweichen, aber die relativ größeren Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme nicht, wodurch eine hohe Dampfdurchlässigkeit bei niedriger Flüssigkeitsdurchlässigkeit erhalten bleibt.
Das Produkt der dritten Verfahrensmodifizierung ist ein aus Fasern gebildetes Nonwovenmedium, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt. Das Medium umfasst ein Nonwoven, das aus Fasern gebildet ist, die während der Herstellung des textilen Flächengebildes vorzeitig kristallisiert worden sind, um darin kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu bilden. Das textile Flächengebilde wird kalandriert, um die kleinen Polymerkristalle zu erweichen, die relativ größeren Polymerkristalle jedoch nicht, wodurch eine hohe Dampfdurchlässigkeit bei niedriger Flüssigkeitsdurchlässigkeit erhalten bleibt. Das Nonwoven bildet vergrößerte und geformte Poren, um den Durchlass zu maximieren und das Rückfeuchten zu minimieren.
Die vierte Verfahrensmodifizierung ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus Fasern gebildeten Mediums, das kontrollierte Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt. Das Verfahren umfasst die Stufe der Bereitstellung eines Nonwovens, das aus Fasern gebildet wird, die während der Herstellung des textilen Flächengebildes vorzeitig kristallisiert werden, um darin kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu bilden. Das textile Flächengebilde wird kalandriert, um im Wesentlichen alle kleinen Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und einen kontrollierten Anteil der relativ größeren Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu erweichen, wodurch die Dampfdurchlässigkeit eingestellt und eine niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit bereitgestellt wird.
Das Produkt der vierten Verfahrensmodifizierung ist ein aus Fasern gebildetes Nonwovenmedium, das kontrollierte Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt. Das Medium umfasst ein Nonwoven, das aus Fasern gebildet worden ist, die während der Herstellung des textilen Flächengebildes vorzeitig kristallisiert worden sind, um darin kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ größerer Schmelzwärme zu bilden. Das textile Flächengebilde wird kalandriert, um im Wesentlichen alle kleinen Polymerkristalle und einen kontrollierten Anteil der relativ größeren Polymerkristalle zu erweichen, wodurch die Dampfdurchlässigkeit kontrol liert und eine niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit bereitgestellt wird.
Die fünfte Verfahrensmodifizierung ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus Fasern gebildeten Laminats, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt. Das Verfahren umfasst die Stufe der Bereitstellung eines Nonwovens, das aus Fasern gebildet wird, die während der Herstellung des textilen Flächengebildes vorzeitig kristallisiert werden, um darin kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu bilden. Das textile Flächengebilde wird kalandriert, um die kleinen Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme zu erweichen, aber die relativ größeren Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme nicht, wodurch eine hohe Dampfdurchlässigkeit bei niedriger Flüssigkeitsdurchlässigkeit erhalten bleibt. Das mehrschichtige Laminat wird aus dem kalandrierten textilen Flächengebilde mit einem hochfesten Spinnvlies auf jeder Seite gebildet.
Das Produkt der fünften Verfahrensmodifizierung ist ein aus Fasern gebildetes Nonwoven-Laminat, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt. Das Laminat umfasst ein Nonwoven, das aus Fasern gebildet ist, die während der Herstellung des textilen Flächengebildes vorzeitig kristallisiert worden sind, um darin kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu bilden. Das textile Flächengebilde wird kalandriert, um die kleinen Polymerkristalle zu erweichen, die relativ größeren Polymerkristalle jedoch nicht, wodurch eine hohe Dampfdurchlässigkeit bei niedriger Flüssigkeitsdurchlässigkeit erhalten bleibt. Das kalandrierte textile Flächengebilde bildet die Zwischenschicht eines mehrschichtigen Laminats mit einer hochfesten Spinnvliesschicht auf jeder Seite.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und damit verwandte Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anschließend unter Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung von bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen in Verbindung mit den im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, wobei
1 eine isometrische Darstellung eines erfindungsgemäßen textilen Flächengebildes, das mit einem Spinnvlies laminiert ist, zur Verwendung in einer Windel zeigt und die
2A und 2B ein Fließdiagramm eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung des textilen Flächengebildes zeigen und
3 eine schematische Seitenansicht des Verfahrens zum Prägen oder Muster-Bilden eines verdichteten erfindungsgemäßen schmelzgeblasenen/Spinnvlies-Materials, um ein geprägtes Laminat zu formen,
4 eine schematische Seitenansicht des Verfahrens zum Hinzufügen von Zusatzmaterialien zu dem hauptsächlichen schmelzgeblasenen Polymer in Zusatzstationen vor der Verdichtungsstation,
5A einen vergrößerten schematischen Teilquerschnitt, der das Eindringen einer heißen Nadel in das verdichtete schmelzgeblasene Material, um dieses zu perforieren, darstellt, und
5B eine Teilseitenansicht, welche die Verwendung eines sich drehenden perforierten Siebes in einem Saugkasten, um das heiße schmelzgeblasene Material vor dem Verdichten zu perforieren, darstellt, zeigt und die
6A und 6B DSC-Kurven für abgeschreckte schmelzgeblasene Fasern bzw. nicht abgeschreckte schmelzgeblasene Fasern zeigen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFOMREN
Bezug nehmend auf die Zeichnungen und insbesondere auf die 1 und 2 betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines aus Fasern gebildeten Nonwovenmediums mit kontrollierter Porosität, das insgesamt mit 10 nummeriert wird, wobei das Medium 10 wahlweise hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt. Obwohl für die erfindungsgemäßen Zwecke das Medium als eines beschrieben wird, das hohe Wasserdampfdurchlässigkeit und niedrige Wasserdurchlässigkeit in sich vereinigt, bestimmt selbstverständlich die beabsichtigte Verwendung des Mediums die Eigenheiten dieser Kriterien – beispielsweise, ob die niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit Blut, ein Körperexsudat oder eine ähnliche Flüssigkeit betrifft und ob die hohe Dampfdurchlässigkeit Wasserdampf, Luft oder ein ähnliches Gas betrifft. Typischerweise besteht das Ziel in einem im Wesentlichen für Wasser undurchlässigen und einem im Wesentlichen für Wasserdampf durchlässigen Medium. Dabei lässt sich das optimale Gleichgewicht der Eigenschaften für die einzelnen Verwendungen maßschneidern.
Das geschmolzene Polymer, aus welchem das Medium hergestellt wird, ist vorzugsweise isotaktisch, sodass es über die gesamte Länge seiner Polymerkette eine einheitliche Struktur hat. Alternativ kann jedoch ein syndiotaktisches Polymer für spezielle Verwendungen genommen werden, in welchen die Einheitlichkeit der Struktur von geringerer Bedeutung ist. Ataktische Materialien sind für den erfindungsgemäßen Zweck ungeeignet, da deren Struktur über die Länge der Polymerkette so unregelmäßig ist, dass sie einer Kristallisation stark widerstehen. Für die Verwendung als Polymer sind Polyolefine bevorzugt und ist Polypropylen besonders bevorzugt. Somit ist das bevorzugte Polymer für die erfindungsgemäße Verwendung isotaktisches Polypropylen.
Typischerweise werden Kugeln oder eine andere passende Form des Polymers, die für den Umgang in einer Anlage geeignet ist, in den Fülltrichter einer Spinnmaschine gefüllt und durch einen Extruder geschmolzen. Nach dem Schmelzvorgang wird das Polymer durch eine Spinndüse gepresst (extrudiert), die kleine Löcher enthält, durch welche das geschmolzene Polymer fließt, wobei es nach Abkühlung Fasern bildet. Um die Verarbeitung zu erleichtern, hat das Polymer vorzugsweise eine sehr hohe Schmelzflussgeschwindigkeit und wird nach der Spinndüse in einem in einer sehr kurzen Entfernung dazu befindlichen Düsensammler gesammelt. Obwohl das Nonwoven vorzugsweise schmelzgeblasen ist, kann es auch ein Spinnvlies oder ein anderes aus Fasern gebildetes Nonwoven sein, solange ein geeignetes textiles Flächengebilde hergestellt wird.
Ein erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, dass das textile Flächengebilde aus Fasern gebildet wird, die während seiner Herstellung vorzeitig kristallisiert werden. Dabei weisen solche vorzeitig kristallisierten Fasern eine "smektische" Kristallstruktur auf. Eine smektische Kristallstruktur enthält sowohl kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme als auch relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme. Die smektische Kristallstruktur wird auch als "Parakristallinität" bezeichnet.
Der smektische oder vorzeitig kristallisierte Charakter der für das erfindungsgemäße Verfahren nützlichen Fasern kann auf verschiedene Arten und Weisen erreicht werden. Der am weitesten verbreitete Vorgang besteht darin, die aus der Spinndüse kommenden Fasern (beispielsweise mit einem kalten Gas wie Luft bei bzw. unter 23 °C oder Umgebungstemperatur oder einer kalten Flüssigkeit) abzuschrecken, bevor alle Polymerkristalle in den Fasern bis auf ihre volle Größe gewachsen sind. Im Ergebnis enthalten die abgeschreckten Fasern kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme. Anders ausgedrückt, weisen die vorzeitig kristallisierten Fasern einen großen Schmelzwärmeverteilungsbereich auf.
Dass die abgeschreckten Polymerfasern eine relativ große Schmelzwärmeverteilung aufweisen wird gezeigt durch die relativ breite glockenkurvenförmige Verteilung, die bei der DSC (Differential Scanning Calorimetry) beobachtet wird. Um die DSC-Werte zu erhalten, werden die Polymerfasern von 30 °C auf 300 °C mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 10 °C/Minute erhitzt. Die Schmelzwärmewerte sind in den 6A und 6B als Schmelzwärme (aufgenommener Wärmefluss) in Milliwatt gegen die Temperatur in °C aufgetragen. Dabei bedeutet die "Fläche" unter der Kurve die aufgenommene Wärmemenge und "ΔH" die Schmelzwärme.
Wie 6B zu entnehmen, weist typischerweise ein nicht abgeschrecktes Polymer (100 % Polypropylen) einen schmalen Peak des Schmelzwärmeverteilungsbereichs auf, der anzeigt, dass alle Polymerkristalle etwa dieselbe Morphologie – d.h. vergleichbare Schmelzwärmen – haben, sodass alle bei derselben Temperatur erweichen. Im Gegensatz dazu enthält ein smektisches Polymer einige Polymerketten, die hochkristallisiert sind, und andere Polymerketten, die weniger hochkristallisiert sind. Im Ergebnis weist, wie 6A zu entnehmen, das erfindungsgemäße smektische Polymer (100 % Polypropylen) typischerweise einen relativ großen Schmelzwärmebereich auf, wie sich durch die relativ breite glockenkurvenförmige Verteilung zeigt (im Gegensatz zu dem schmalen Verteilungspeak des nicht smektischen Polymers). Die DSC-Kurven bei einem smektischen Polymer zeigen typischerweise zwei Peaks, einen großen Peak und einen kleinen Peak innerhalb des großen Peaks, während die DSC-Kurven für ein herkömmliches nicht smektisches Polymer nur einen Peak aufweisen.
Die Werte in Tabelle III zeigen, dass die abgeschreckten Polymerfasern von Probe 1 eine stark verringerte Luftdurchlässigkeit gegenüber den nicht abgeschreckten ähnlichen Polymerfasern von Probe 2 aufweisen. Bei einer 100 Polypropylenfaser beträgt die Luftdurchlässigkeit einer nicht abgeschreckten Faser (Probe 2) 193, während sich die Luftdurchlässigkeit der abgeschreckten Faser (Probe 1) auf 83 verringert hat. Eine ähnliche Verringerung der Permeabilität wird bei Faserblends erhalten.
In diesem Zusammenhang ist festzustellen, dass die Unterscheidung zwischen kleinen Polymerkristallen und relativ größeren Polymerkristallen in dem smektischen Material nicht die Differenz der Molekulargewichte der Polymerkristalle (d.h. deren Polymerisationsgrad), sondern eher einen Unterschied in der Morphologie der Polymerkristalle widerspiegelt. Typischerweise besitzt das geschmolzene Polymermaterial, das durch die Spinndüse geschickt wird, Polymerketten mit im Allgemeinen demselben Molekulargewicht. Selbst wenn die Kugeln sich durch einen großen Molekulargewichtsbereich auszeichnen, bewirkt ihre anfäng liche Verarbeitung durch Wärme und Druck im Fülltrichter, dass ihnen ein im Allgemeinen einheitliches Molekulargewicht verliehen wird. Die erfindungsgemäße "smektische Kristallisation" ("vorzeitige Kristallisation" oder "Suprakristallinität") betrifft also eher die Morphologie der Polymerkristalle.
Obwohl verschiedene Verfahren angewendet werden können, um die vorzeitige Kristallisation der Fasern zu erreichen, erfolgt sie am leichtesten und wirtschaftlich durch schnelles Abschrecken der Fasern durch Flüssigkeits- oder Gaskühlung, nachdem die Fasern die Spinndüse verlassen haben und das Gewebe des Sammlers erreichen. Mit Ausnahme der vorzeitigen Kristallisation der Fasern während der Herstellung des textilen Flächengebildes ist die Herstellung des erfindungsgemäßen Nonwovens eine herkömmliche und spiegelt typischerweise die bekannten Herstellungsverfahren für Nonwovens wider, insbesondere diejenigen, die zur Herstellung von schmelzgeblasenen textilen Flächengebilden angewendet werden. Die Abschrecktemperatur, bei welcher die geschmolzenen Filamente abgeschreckt werden, ist in gewissem Maße von der Zusammensetzung des geschmolzenen Polymers 30 abhängig. Für isotaktisches Polypropylen ist eine Abschrecktemperatur von 23 °C oder darunter bevorzugt.
Das so hergestellte Nonwoven wird, um es zu verdichten, anschließend kalandriert. Die Temperatur und der Druck der Walzenoberfläche und die Walzengeschwindigkeit des Kalanders werden so ausgewählt, dass die kleinen Polymerkristalle (mit relativ geringer Schmelzwärme) erweicht werden, aber die relativ größeren Polymerkristalle (mit relativ höherer Schmelzwärme) nicht, wodurch eine hohe Dampfdurchlässigkeit erhalten bleibt. So wird beispiels weise ein bevorzugtes textiles Flächengebilde aus schmelzgeblasenem smektischem Polypropylen bei einer Walzenoberflächentemperatur von etwa 25 bis 110 °C, einem Walzenoberflächendruck von 25 bis 150 Newton und einer Walzengeschwindigkeit von bis zu 200 Metern/Minute kalandriert, um ein erfindungsgemäßes Medium 10 bilden.
Eine Walzengeschwindigkeit von über 200 Metern/Minute ergibt typischerweise keine adäquate Zeit für die Erwärmung des textilen Flächengebildes, das durch die Berührungslinie des Kalanders läuft. Andererseits sollte die Walzengeschwindigkeit so hoch wie möglich sein, um eine erhöhte Produktionsgeschwindigkeit zu bieten.
Ganz allgemein wird, wenn Druck und Temperatur des Kalandrierens erhöht werden, die Kristallinität des erhaltenen Mediums (gemessen durch die Vergrößerung der Fläche unter den Peaks einer DSC-Kurve) auch erhöht. Sind Temperatur und Druck, die von dem Kalander ausgeübt werden, zu niedrig (oder die Walzengeschwindigkeit zu hoch), behält das unterkalandrierte schmelzgeblasene textile Flächengebilde seine hohe Porosität sowohl gegenüber Flüssigkeiten als auch Gasen und kann nicht als Sperrschicht wirken. Sind Temperatur und Druck des Kalanders zu hoch (oder ist die Walzengeschwindigkeit zu niedrig), wird das überkalandrierte schmelzgeblasene textile Flächengebilde in eine Folie umgewandelt, die sowohl gegenüber Gasen als auch Flüssigkeiten vollständig undurchlässig (und auch im Gebrauch geräuschvoll) ist. Offensichtlich hängen die optimale Temperatur und Walzengeschwindigkeit und der optimale Druck vom Charakter des zu verarbeitenden jeweiligen smektischen Polymers ab. Obwohl Dampfdurchlässigkeit und Flüssigkeitsundurchlässigkeit (Wassersäule) mit der beabsichtigten Verwendung des Erzeugnisses variieren, sind typischerweise eine im Wesentlichen vollständige Flüssigkeitsundurchlässigkeit (selbst bei einer Wassersäule von mindestens etwa 10 Millibar) und eine im Wesentlichen vollständige Dampfdurchlässigkeit (d.h. eine Dampfdurchlässigkeit von mindestens etwa 1200 g/m²·24 h) bevorzugt.
Die bevorzugten Druck- und Temperaturparameter für die Verdichtungsstufe können leicht und schnell für ein abgeschrecktes Material ermittelt werden, indem eine der Variablen Temperatur und Druck konstant gehalten und die andere variiert wird. Im Allgemeinen sind höhere Verdichtungstemperaturen erforderlich, um eine Luftdurchlässigkeit und MVTR innerhalb der bevorzugten Bereiche zu erhalten, während höhere Verdichtungsdrücke erforderlich sind, um höhere Wassersäulen zu erhalten.
Dabei ist festzustellen, dass Luftdurchlässigkeit und Dampfdurchlässigkeit nicht notwendigerweise miteinander in Beziehung stehen. Die Luftdurchlässigkeit ist eng von der gemessenen Kompaktheit des Materials und dessen Strömungswiderstand gegenüber Luft abhängig, während die MVTR enger von der festgestellten Morphologie des Materials und dessen Widerstandsfähigkeit gegen Dampfdurchtritt abhängig ist. Dennoch können für praktische Zwecke Luftdurchlässigkeitsmessungen als Anzeichen für MVTR-Messungen genommen werden, die erforderlichenfalls zu korrigieren sind, wenn beispielsweise ein Gerät zur Messung der MVTR nicht zur Verfügung steht, jedoch eines zur Messung der Luftdurchlässigkeit vorhanden ist.
Es wird angenommen, dass während des Kalandrierens die kleinen Polymerkristalle (mit geringer Schmelzwärme) erweichen und als Bindemittel zwischen den nicht erweichten größeren Polymerkristallen (mit höherer Schmelzwärme) wirken. Weiterhin wird angenommen, dass das Erweichen der kleinen Polymerkristalle es ihnen erlaubt, die Poren zwischen den großen Polymerkristallen zu schließen, wodurch das textile Flächengebilde schrumpft und ein dampfdurchlässiges, flüssigkeitsundurchlässiges Nonwoven-Sperrmedium bildet. Das Kalandrieren verursacht ein Schrumpfen und Kontraktieren der Fasern im Medium, wodurch die durch es hindurchgehenden großen flüssigkeitsleitenden Kanäle oder Poren geschlossen werden, während die durch es hindurchgehenden relativ kleineren dampfleitenden Kanäle offen bleiben.
Dabei kann das optimale Gleichgewicht der Eigenschaften für die spezielle Verwendung maßgeschneidert werden.
Für den Fachmann ist es selbstverständlich, dass die hier benutzte Bezeichnung "Kalander" alle Mittel umfasst, mit welchen sowohl ein Wärmeübergang als auch ein Verdichten (d.h. Erwärmen und Verringern der Dicke eines textilen Flächengebildes) erhalten wird. Obwohl ein Satz aus Kalandrierwalzen der verbreitetste Mechanismus für die Durchführung dieser Vorgänge ist, können andere Mechanismen stattdessen oder zusätzlich verwendet werden.
Das Medium 10 ist durch eine Wassersäule von mindestens etwa 10 und vorzugsweise mindestens 20 Millibar, eine MVTR von mindestens etwa 1200 und vorzugsweise mindestens 3000 g/m²·24 h, und eine Luftdurchlässigkeit von etwa 0,1 bis 100 und vorzugsweise 0,4 bis 3 cfm (Kubikfuß pro Minute) gekennzeichnet. Das laminierte Verbundmaterial 16 (gebildet aus dem Medium 10 und einem Spinnvlies 12), das für eine Verwendung als Unterlage in einer Windel oder einem anderen absorbierenden Produkt geeignet ist, hat eine Wassersäule von mindestens etwa 20 und vorzugsweise 30 Millibar, eine MVTR von mindestens etwa 2000 und vorzugsweise 4000 g/m²·24 h und eine Luftdurchlässigkeit von etwa 0,05 bis 3 und vorzugsweise 0,1 bis 1 cfm. Diese Kriterien sind in Tabelle A zusammengefasst.
Tabelle A
Den Werten von Tabelle A ist zu entnehmen, dass es eine Obergrenze für die Luftdurchlässigkeit gibt, da, wenn die Luftdurchlässigkeit des Materials zu hoch wird, es wahrscheinlich auch Flüssigkeit hindurchlassen wird. Obwohl es keine Obergrenze für die Dampfdurchlässigkeit (MVTR) gibt, ist es im Allgemeinen bevorzugt, dass die MVTR nicht so hoch ist, dass aufgrund der schnellen Wasserverdunstung ein klammes oder kühles Gefühl auftritt.
Für die Wassersäule gibt es keine Obergrenze, da aus praktischen Gründen keine Flüssigkeitsdurchlässigkeit erwünscht ist, unabhängig von dem Druck, der auf die Flüssigkeit ausgeübt wird, die von dem Medium und/oder Verbundmaterial aufgenommen worden ist. Wird das Medium und/oder Verbundmaterial als Unterlage für eine Babywin del verwendet, ist der Druck, der darauf ausgeübt wird (das heißt hauptsächlich das Gewicht des Babys), minimal, sodass die angegebenen Mindestwerte der Wassersäule für das Medium/Verbundmaterial akzeptabel sind. Wird andererseits das Medium/Verbundmaterial als Unterlage für eine Windel oder Inkontinenzeinlage für Erwachsene verwendet, so ist selbstverständlich eine viel höhere Wassersäule erforderlich, um das Austreten von Flüssigkeit unter dem Gewicht des Erwachsenen zu verhindern. Somit wäre beispielsweise eine Wassersäule von 120 Millibar das Minimum für die Unterlage einer Erwachsenenwindel, die für eine 90 kg wiegende Person vorgesehen ist. Weiterhin wird angenommen, dass die Baby/Erwachsenen-Differenz auch eine Rolle bei der Menge der Feuchtigkeit (das heißt des Urins) spielt, der in Abhängigkeit von der Größe und dem Gesundheitszustand der Nieren des Windelträgers ermöglicht werden muss, als Dampf auszutreten. Die angegebenen MVTR sind für die Anpassung an sowohl Babys als auch Erwachsene geeignet.
Die erfindungsgemäßen Erzeugnisse sind durch eine relativ hohe Zugfestigkeit (sowohl in MD als auch CD [Maschinenrichtung bzw. Querrichtung]) gegenüber den Erzeugnissen der Wettbewerber gekennzeichnet. Es wurde ein erfindungsgemäßes Medium 10 auf einer Seite mit einem herkömmlichen Spinnvlies 12 und auf der anderen Seite mit einem herkömmlichen schmelzgeblasenen textilen Flächengebilde 14 beschichtet, um ein wie in 1 dargestelltes textiles Flächengebilde 18 zu bilden. Die so hergestellte Probe hatte eine Wassersäule von 164 Millibar und eine Dampfdurchlässigkeitszahl (MVTR) von 4411 g/m²·24 h. In praktischer Hinsicht wiesen die Probekörper im Wesentlichen keinen Flüssigkeitsaustritt und eine sehr hohe Dampfdurchlässigkeit auf, bezogen auf andere herkömmliche Windelunterlagenprobekörper mit vergleichbarem Flächengewicht.
In 2, insbesondere in 2A, ist die Bildung eines schmelzgeblasenen, wärmeempfindlichen smektischen Vlieses und in 2B die Verdichtung dieses Vlieses und dessen optionale Laminierung, um ein SM-Laminat 16 zu bilden, gezeigt.
Insbesondere Bezug nehmend auf 2A wird das geschmolzene Polymer 30 durch eine Spinndüse oder eine Düsenöffnung 36 extrudiert, um Filamente 38 zu bilden. Gleichzeitig wird Heißluft 40 in das Düsengehäuse gerichtet und tritt in der Nähe der Filamente 38, die sich (nach der Spinndüse) bilden, aus, um die geschmolzenen Filamente 38 zu ziehen. Die geschmolzenen Filamente werden sofort danach mit Kaltluft 41 (beispielsweise mit einer Temperatur von etwa bzw. unter 23 °C oder Umgebungstemperatur) abgeschreckt, wenn sie in eine Abschreckeinheit 42 über ein Gebläse 44 und eine Rohrleitung 46 geleitet werden, sodass die gezogenen Filamente 38 vorzeitig mit Kaltluft abgeschreckt werden, woraus die Bildung eines Materials resultiert, das sowohl kleine Polymerkristalle als auch große Polymerkristalle enthält. Die vorzeitig abgeschreckten Filamente 38 fallen dann unter dem Einfluss der Schwerkraft und/oder eines Saugkastens 54 auf einen Sammler 50, der eine Walze oder einen Gurtförderer 52 umfasst, um ein schmelzgeblasenes, wärmeempfindliches smektisches Vlies 56 zu bilden. Das schmelzgeblasene Vlies 56 wird schließlich auf einer Aufnahmerolle 58 für die Lagerung gesammelt oder unmittelbar in der nächsten Verfahrensstufe weiter verarbeitet. Das schmelzgeblasene Vlies 56 ist ein Medium mit kontrollierter Porösität und vereinigt optional hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich. Ein solches Material findet beispielsweise Verwendung in Filtern für ganz verschiedene Zwecke.
Insbesondere Bezug nehmend auf 2B wird ein schmelzgeblasenes, wärmeempfindliches smektisches Vlies 56 von einer Zuführungstrommel 80A in der Abwickelstation 80 abgewickelt. Das Vlies wird danach durch eine Verdichtungsstation 82 geschickt. Der Verdichtungskalander 82A der Verdichtungsstation 82 verfügt über zwei Walzen. Die obere Walze hat eine glatte stählerne Oberfläche und ist ölbeheizt, sodass die Berührungslinie des Kalanders eine kontrollierte Temperatur hat. Die untere Walze ist, verglichen mit dem Stahl, aus einem weicheren Material hergestellt (beispielsweise Polyamid, erhältlich unter dem Handelsnamen RACOLON), das das Medium während des Verdichtens weicher macht und mögliche Nadelstiche verhindert, wenn das Medium dünner wird. Durch das gleichzeitige Erwärmen und Verdichten der Fasern durch den Verdichtungskalander 82A wird dem erfindungsgemäßen Medium Flüssigkeitsundurchlässigkeit (Sperreigenschaft) verliehen, während die Gasdurchlässigkeit (Atmungsaktivität) mindestens bis zu einem gewissen Grad erhalten bleibt. Das Kalandrieren bewirkt Faserschrumpfung und -kontraktion im Medium (aufgrund des Wärmeeffekts des Kalandrierens), wodurch die großen durchgehenden flüssigkeitsleitenden Kanäle oder Poren verschlossen werden, während die relativ kleineren durchgehenden dampfleitenden Kanäle oder Poren offen bleiben. Der Ausstoß der Verdichtungsstation 82 ist das erfindungsgemäße Medium 10.
Um Festigkeit und Gefühl zu verbessern, wird jedoch das Medium 10 typischerweise mit mindestens einem Spinnvlies, einem spinngeschmolzenen oder anderen Nonwoven auf einer Seite und wahlweise mit einem schmelzgeblasenen oder zweiten Spinnvlies, spinngeschmolzenen oder anderen Nonwoven auf der anderen Seite beschichtet. So wird in der Abwickelstation 83 ein spinngebundenes Material 12 von der Zuführungstrommel 83A abgewickelt. Das verdichtete schmelzgeblasene Medium 10 und das spinngebundene Material 12 werden zusammen in der Laminierstation 84 durch einen Laminierkalander 84A beschichtet, um ein Laminat 16 zu bilden. Der Laminierkalander verfügt über eine gummibeschichtete Stahlwalze auf der Seite des Mediums und über eine Gravurwalze auf der Seite des Spinnvlieses.
Weitere Materialien, mit welchen das Medium 10 beschichtet werden kann, umfassen Zellulosefasern (Papierpulpe), Synthesefasern und sogar Gewebe.
Um die Festigkeit und textilähnliche Weiche (Griff) des Endprodukts zu erreichen sowie aus ästhetischen Gründen dem textilen Flächengebilde ein erwünschtes Muster zu verleihen, können in der Laminierstation 84 spezielle Walzenkombinationen verwendet werden. Vorzugsweise hat das fertige Erzeugnis 16 (oder 18, wenn eine dritte Schicht vorhanden ist) ein einem Bekleidungsstück ähnliches Tragegefühl zusammen mit hoher Zugfestigkeit und verwandten Festigkeitseigenschaften. Die textilähnlichen Eigenschaften des Mediums 10 sind besonders erwünscht, wenn das textile Flächengebilde allein verwendet wird, obwohl sie auch erwünscht sein können, wenn das Medium 10 als Außenschicht eines Laminats verwendet wird.
In der Aufnahmestation 85 wird das von der Laminierstation 84 kommende Verbundmaterial 16 auf eine Aufnahmerolle 85A aufgewickelt.
In der zuvor gegebenen Beschreibung und in den folgenden Beispielen wurden die wichtigen Parameter unter Durchführung international anerkannter Versuche wie folgt ermittelt:
Wassersäule: EDANA-ERT-160-89
Luftdurchlässigkeit: EDANA-ERT-140.1-81
Mechanische (Zugfestigkeits-)Eigenschaften: EDANA-ERT-20.2-89
Flächengewicht: EDANA-ERT-40.3-90
MVTR: ASTM-E96E.
BEISPIELE
BEISPIEL I
Um die Porösität eines erfindungsgemäßen Mediums zu bestimmen, wurde eine mit einem bevorzugten erfindungsgemäßen Erzeugnis hergestellte Windelunterlage mit den Unterlagen verschiedener handelsüblicher Windeln von Wettbewerbern verglichen, die Ergebnisse sind weiter unten in Tabelle I aufgeführt.
Die erfindungsgemäße Unterlage (in Tabelle I als "FQF" bezeichnet) war ein textiles SMM-Flächengebilde, das auf einer Seite 10 g/m² Spinnvlies, in der Mitte 10 g/m² des erfindungsgemäß verdichteten smektischen Mediums und auf der anderen Seite 10 g/m² nicht verdichtetes schmelzgeblasenes textiles Flächengebilde, insgesamt 30 g/m², enthielt. Es wurde gegen Windelunterlagen getestet, die in herkömmlichen Windeln von Wettbewerbern verwendet werden, die unter den Handelsnamen HUGGIES/ULTRATRIM, HUGGIES/SUPREME, PAMPERS/PREMIUM und DRYPERS/SUPREME erhältlich sind.
Alle Probekörper wurden auf Wassersäule, MVTR, Zugfestigkeit (MD und CD) und Zugdehnung (MD und CD) getestet und die Werte in Tabelle 2 zusammengefasst.
Die MVTR wurde gemessen, indem die Menge an destilliertem Wasser überwacht wurde, die über einen Zeitraum von 24 Stunden durch den Probekörper hindurch verdunstete. Dabei wurde die Wassertemperatur auf 38 °C unter Verwendung eines Wasserbades gehalten, in welchem die Wasserbehälter angeordnet waren. Zur Aufrechterhaltung einer konstanten Luftströmung über die Probekörper wurde ein Gebläse verwendet. Die Höhe der Flüssigkeit war derart, dass sie die Messung nicht beeinträchtigte, da sich die Oberseite der Flüssigkeit ausreichend über dem Boden der Probekörper befand.
Die Werte in Tabelle I zeigen, dass sich die Wassersäule einer Windelunterlage (164), die mit dem erfindungsgemäßen Medium hergestellt worden war, an zweiter Stelle nur hinter Pampers/Premium (192) befand, und MVTR und Zugdehnung (MD und CD) des erfindungsgemäßen Mediums (164) alle anderen übertrafen. Die Zugfestigkeit (MD und CD) des erfindungsgemäßen Verbundmaterials war vergleichbar mit der der Produkte der Wettbewerber.
Die Werte zeigen, dass eine Unterlage, in welcher das erfindungsgemäße Medium als Sperrschicht eingebaut ist, mit den Erzeugnissen der Wettbewerber in allen einschlägigen Aspekten vergleichbar oder sogar überlegen ist und insbesondere hinsichtlich der MVTR deutlich überlegen ist. Die MVTR einer erfindungsgemäßen Unterlage beträgt mindestens das Doppelte der MVTR der Unterlagen der getesteten kommerziellen Erzeugnisse.
BEISPIEL II
Aus erfindungsgemäß nützlichen gleichen Polypropylenkugeln wurden drei Probekörper hergestellt. Der erste Probekörper wurde erfindungsgemäß verarbeitet, einschließlich Abschrecken und Verdichten. Der zweite Probekörper wurde auf dieselbe Weise verarbeitet, außer dass die Abschreck- und die Verdichtungsstufe weggelassen wurden. Der dritte Probekörper wurde auf ähnliche Weise verarbeitet, wobei die Abschreckstufe enthalten war und nur die Verdichtungsstufe weggelassen wurde. Der vierte und der fünfte Probekörper wurden auf ähnliche Weise verarbeitet, wobei aber die Verdichtungsstufe enthalten war und nur die Abschreckstufe weggelassen wurde. Der vierte Probekörper wurde bei 75 N und 100 °C und der fünfte Probekörper bei 150 N und 110 °C verdichtet.
Die entsprechenden Werte wurden an verschiedenen Stellen der Verarbeitung gesammelt, wie in Tabelle II angegeben.
Wie erwartet werden konnte, wies das Material des Probekörpers 2, ein übliches schmelzgeblasenes textiles Flächengebilde, eine Luftdurchlässigkeit von etwa 193 cfm auf, die höher war als die obere Akzeptanzgrenze von 100 cfm. Auf ähnliche Weise war das Material des Probekörpers 5, das abgeschreckt und bei hoher Temperatur verdichtet worden war, eine starre, spröde Folie mit einer niedrigen Wassersäule von 8 mm H₂O, bezogen auf die untere Akzeptanzgrenze von 10 mm H₂O. Die Probekörper 3 und 4 wiesen eine relativ hohe Luftdurchlässigkeit (83 cfm bei Probekörper 3 und 36 cfm bei Probekörper 4) derart auf, dass sie sich innerhalb der Grenzen für das erfindungsgemäße Medium befanden, die weit definiert sind (0,1 bis 100 cfm), aber deutlich höher als der bevorzugte Grenzwert (0,4 bis 3 cfm) waren. Weiterhin besaß Probekörper 4 eine inakzeptabel niedrige MVTR, während Probekörper 3 und 5 so porös waren, dass sich die Verdampfung außerhalb des Bereiches des zur Verfügung stehenden verwendeten MVTR-Testgerätes befand.
Die Werte zeigen, dass die Abschreckstufe allein oder die Verdichtungsstufe allein nicht ausreicht, um ein erfindungsgemäß bevorzugtes Medium herzustellen. Ein erfindungsgemäß bevorzugtes Medium resultiert nur, wenn sowohl die Abschreck- als auch die Verdichtungsstufe durchgeführt wird.
Während sowohl die Abschreck- als auch die Verdichtungsstufe erforderlich ist, um ein erfindungsgemäß bevorzugtes Medium herzustellen, reicht die Abschreckstufe allein aus, um ein Medium mit kontrollierter Porengröße und enger Porengrößenverteilung zu erhalten. Ein solches Medium kann hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigen.
Je kälter die Abschreckluft und/oder je schneller der Abschreckvorgang, desto kleiner wird die erhaltene Porengröße im Medium, da es die kleineren Kristalle den größeren Kristallen ermöglichen, enger zusammenzupassen, wobei die erhaltene kleinere Porengröße aus der Kombination von kleinen und großen Kristallen entsteht. In diesem Zusammenhang wird angenommen, dass die kleineren Polymerkristalle in die großen Poren eindringen, die von den großen Polymerkristallen gebildet werden, sodass die effektive Porengröße verkleinert wird, das heißt, dass es mehr Po ren pro Volumeneinheit aufgrund des Vorhandenseins der kleinen Polymerkristalle sowie der großen Polymerkristalle gibt.
Weiterhin wird angenommen, dass ein nicht abgeschrecktes und unverdichtetes Material große Poren aufweist, die eine ausreichende Größe haben können, um den Durchgang sowohl von Wasser als auch Wasserdampf zu erlauben. Andererseits schrumpft, wenn das Material abgeschreckt wird (selbst wenn es nicht verdichtet wird), das Material unter der Temperaturdifferenz (von Extrusionstemperatur auf Abschrecktemperatur) und die Poren schrumpfen in ihrer Größe oft genug, um den Wasserdurchgang hindurch zu beseitigen und unter extremen Umständen den Durchgang von Wasserdampf (Feuchtigkeit) zu begrenzen. Schließlich, wenn das Material sowohl abgeschreckt als auch verdichtet wird, wird die Porengröße weiter derart verkleinert, dass durch die Poren nur eine begrenzte Menge an Wasserdampf, aber kein Wasser hindurchgeht.
Die Porengröße des unverdichteten Materials kann mittels der Durchlässigkeit des Materials gemessen werden, wobei eine erhöhte Durchlässigkeit eine erhöhte Porengröße und eine gesunkene Durchlässigkeit eine verringerte Porengröße anzeigt. Siehe Tabelle III.
Die erfindungsgemäßen Erzeugnisse finden Verwendung in der Gesundheitspflegeindustrie, wie weiter oben diskutiert, sowie auf solch unterschiedlichen Gebieten wie medizinischen und Reinraumschutzanzügen, Reinraumfiltern, Hausumhüllungen, sterilen Verpackungen, Batterieseparatoren und anderen industriellen Verwendungen mit Sperrerfordernissen, die das erfindungsgemäße Erzeugnis erfüllen kann.
Für Verwendungen, die ein elastischeres und anschmiegsameres Medium ohne Veränderung der Sperreigenschaften oder der anderen erfindungsgemäßen Vorteile erfordern, besteht das geschmolzene Polymer, aus welchem das erfindungsgemäße Medium hergestellt wird, vorzugsweise aus einem Blend von 60 bis 90 Gew.-% Polypropylen und 10 bis 40 Gew.-% Polybutylen. Ein Medium, das aus einem solchen Blend hergestellt worden ist, weist eine höhere Bruchdehnung auf und ist viel anschmiegsamer, verglichen mit einem, das aus 100 % Polypropylen hergestellt ist. Da ein solches Medium elastischer ist und sich eher wie Gummi verhält, weisen Laminate, in welchen solche Medien verwendet werden, geringere Geräusche (d.h. geringes Rascheln) auf. Ein bevorzugtes Polybutylen für die erfindungsgemäße Verwendung ist unter dem Handelsnamen PB DP 8910PC von Montell Chemical Co. erhältlich.
Der Fachmann wird erkennen, dass der Wassersäulenversuch statischen Charakter hat und nur das Vermögen des Sperrmediums misst, einem allmählich darauf lastenden Wasserdruck zu widerstehen; was für viel Zwecke ausreichend ist. Jedoch erfordern bestimmte Verwendungen einen dynamischeren Versuch, um das Vermögen des Sperrmediums zu ermitteln, einem plötzlichen Stoß zu widerstehen, der das Wasser in es hineintreibt. Der dynamische Flüssigkeitsauftreffversuch ahmt die dynamische Last/Fläche (Energie) nach, die ein Baby einer gesättigten Kern/Unterlage-Struktur mitteilt, wenn es plötzlich von einer stehenden in eine sitzende Position übergeht. Der dynamische Flüssigkeitsstoß (g/m²) wird basierend auf der Auftreffenergie berechnet, die im Mittel 10 kg beträgt, die ein Baby auf eine gesättigte Windel überträgt, wenn es von einer stehenden Position auf sie "fällt". Dabei wird das Baby durch zwei starre Verbindungsglieder mit bekannter Masse und Länge modelliert und die Annahme getroffen, dass die Verbindungsglieder vom Stehen "fallen", wobei die Auftrefffläche die Fläche unter der Windel ist. Die Arbeit beträgt etwa 20 Joule (14,75 ft·lb) über eine durchschnittliche "Babysitzfläche" von 13,5 Zoll² oder etwa 2300 J/m². Der dynamische Flüssigkeitsstoß wurde entsprechend der firmeneigenen Dynamic Liquid Impact Test Method V-L-35 von Proctor & Gamble gemessen.
Eine einzelne Schicht aus einer nicht porösen Folie allein ergibt ein Versuchsergebnis von 0 g/m². Eine einzelne Schicht aus einem Laminat, in welchem ein erfindungsgemäßes Medium verwendet wird, ergibt ein Versuchsergebnis von 547 g/m². Eine Probe aus zwei Schichten aus einem solchen Laminat ergibt ein Versuchsergebnis von 374 bis 465 g/m².
Für eine Windelunterlage sind Versuchsergebnisse von unter 700 g/m² und vorzugsweise unter 550 g/m² bei einer Probe aus einem 30-g/m²-Laminat, das aus einer Spinnvliesschicht (10 g/m²), einer mittigen Schicht aus dem erfindungsgemäßen Medium (10 g/m²) und einer beschichteten schmelzgeblasenen Schicht (10 g/m²) besteht, akzeptabel.
Somit zeigt das erfindungsgemäße Medium akzeptable Versuchsergebnisse im dynamischen Flüssigkeitsauftreffversuch. Die Ergebnisse des dynamischen Flüssigkeitsauftreffversuchs bestätigen, dass das erfindungsgemäße Medium der begrenzende Faktor ist.
Eine aus zwei Laminaten hergestellte Probe (so hat beispielsweise jedes Laminat das erfindungsgemäße Medium in der Mitte, ein Spinnvlies auf einer Seite und ein schmelzgeblasenes Material auf der anderen Seite) weist typischerweise ein niedrigeres dynamisches Flüssigkeitsstoßniveau als eine Probe auf, die nur aus einem Laminat hergestellt worden ist. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass durch das verstärkte Kalandrieren der Mediumschichten im Laminat die Morphologie des Versuchsmaterials beeinflusst wird.
Die bisher beschriebenen erfindungsgemäßen Materialien können durch weiter unten beschriebene Verfahrensmodifizierungen weiter verbessert werden. Die erste Verfahrensmodifizierung ermöglicht das Prägen eines schmelzgeblasenen Materials, ohne dass dabei die Gefahr besteht, dass es zerrissen wird, wobei das schmelzgeblasene Material ein Teil des schmelzgeblasenes Material/Spinnvlies-Sandwiches ist. Die zweite Verfahrensmodifizierung ermöglicht die Herstellung eines verdichteten Gemischs aus Materialien, einschließlich des verdichteten schmelzgeblasenen Materials, ohne dass dabei die Probleme auftreten, die typischerweise beim Mischen einer Vielzahl von Polymeren in einem einzigen Fülltrichter vorhanden sind, und ohne dass in der Produktionslinie ein "Flaschenhals" entsteht. Die dritte Verfahrensmodifizierung ermöglicht Perforationen des schmelzgeblasenen Materials, sodass dieses als Deck- oder Oberlage nützlich ist, die sich durch einen hohen Durchlass von Körperfluids und ein niedriges Maß an Rückbefeuchtung auszeichnet. Jede Verfahrensmodifizierung wird weiter unten einzeln beschrieben.
Typischerweise werden schmelzgeblasene Materialien nicht geprägt oder mit einem Muster versehen (insbesondere wenn sie zur Ölabsorption, Schall- oder Wärmedämmung verwendet werden), da das schmelzgeblasene Material für den Präge vorgang zu empfindlich ist und der Versuch, es zu prägen oder mit einem Muster zu versehen, in Nadelstichen (und möglicherweise noch größeren Löchern), die sich darin bilden, resultierte. Im Gegensatz dazu sind Spinnvliese fester (da die Filamente bereits mittels Durchlauf durch einen Walzensatz miteinander verbunden sind) und können sogar als Träger für ein schmelzgeblasenes Material dienen.
Bezug nehmend auf 3 ist festzustellen, dass in der ersten Verfahrensmodifizierung ein Sandwich, das insgesamt mit 100 nummeriert wird, aus dem erfindungsgemäßen verdichteten schmelzgeblasenen Material 102 und einem Spinnvlies 104 derart geprägt werden kann, dass die Bildung von Löchern im schmelzgeblasenen Material während des Prägevorgangs verhindert wird. Wenn das Sandwich 100 durch die Prägestation, die insgesamt mit 106 nummeriert ist, läuft, dann erweicht das schmelzgeblasene Material 102 (das den niedrigeren Schmelzpunkt hat), bevor es das Spinnvlies 104 (das den höheren Schmelzpunkt hat) tut. Dies findet statt, obwohl sich das Spinnvlies 104 vorzugsweise an der beheizten harten Walze 108 der Laminierstation 106 und das schmelzgeblasene Material 102 sich vorzugsweise an der unbeheizten weichen Walze 110 befindet.
Um Aussehen und/oder Tragegefühl des erfindungsgemäßen schmelzgeblasenen Mediums 102 zu verbessern, wird ein textiles Flächengebilde oder ein Nonwoven (vorzugsweise ein Spinnvlies 104) auf das durchlaufende verdichtete schmelzgeblasene Material 102 gelegt. Das Sandwich 100 aus dem verdichteten schmelzgeblasenen Material 102 und dem hinzugefügten Spinnvlies 104 wird dann wahlweise über eine (nicht gezeigte) Vorerwärmungswalze geschickt, wel che die zwei Materialien näher an die Laminiertemperatur bringt. Danach wird das aus den zwei Materialien 102 und 104 bestehende Sandwich 100 durch eine Laminierstation 106 geschickt, in welcher Wärme und/oder Druck angewendet wird/werden, um das Material mit einem Muster zu versehen. Die Laminierstation 106 umfasst typischerweise eine beheizte harte Walze 108 (die typischerweise aus Stahl besteht) und eine unbeheizte weiche Walze 110 (die typischerweise aus einem Material wie Nylon oder Gummi besteht, das weicher als Stahl ist). Vorzugsweise wird die beheizte harte Walze 108 auf der Seite des Spinnvlieses 104 angeordnet, das durch die Laminierstation 106 läuft, während die unbeheizte weiche Walze 110 auf der Seite des schmelzgeblasenen Materials 102 angeordnet wird. Die beheizte harte Walze 108 der Laminierstation 106 erzeugt ein Muster aus Vertiefungen 112 in der heißen schmelzgeblasenen Schicht 102 (durch die Spinnvliesschicht 104), wobei ein entsprechendes aus Erhebungen bestehendes Muster in der heißen schmelzgeblasenen Schicht 102 dort geformt wird, wo die beheizte harte Walze 108 keine Vertiefungen 112 bildet. Das Muster wird am deutlichsten in der schmelzgeblasenen Schicht 102 gebildet, die durch die angewendete Wärme und den aufgebrachten Druck erweicht, und, wenn überhaupt, weniger deutlich in der Spinnvliesschicht 104 gebildet. Im erfindungsgemäßen Zusammenhang muss, damit die MVTR hoch bleibt, dafür gesorgt werden, dass die angewendete Temperatur und der ausgeübte Druck nicht zu einer Umwandlung der schmelzgeblasenen Schicht 102 in eine undurchlässige Folie führen.
Der Prägevorgang hat mindestens zwei Funktionen: zunächst die Spinnvlies-/schmelzgeblasene Schicht 104/102 oder die Spinnvlies/schmelzgeblasene/Spinnvlies-Schicht 104/102/104 zu einem Laminat zu verbinden, das insgesamt mit 116 nummeriert wird, und dessen Entschichtung zu verhindern (das gegebenenfalls auch ohne Musterbildung, die mit den Materialien während des Durchlaufs durchgeführt wird, stattfinden kann), und zweitens die schmelzgeblasene Schicht mit einem Vertiefungsmuster zu versehen. Vorzugsweise haben die Fasern des schmelzgeblasenen Materials 102 eine relativ kleine Größe (relativ zum Spinnvlies 104), sodass es im Wesentlichen einheitlich ist und daher auch die Vertiefungen gleichmäßig aufnimmt. Mindestens eines der erwärmten Spinnvliese 104 gelangt im Allgemeinen in die Vertiefungen, die in dem schmelzgeblasenen Material 102 durch Prägen des Sandwiches 100 gebildet worden sind, das durch die Laminierstation 106 läuft. Somit werden die Poren des schmelzgeblasenen Materials 102 in der Laminierstation von den durch die Wärme erweichten Fasern des Spinnvlieses 104 gefüllt.
Das erhaltene Sandwichmaterial oder das geprägte Laminat 116 ist ästhetisch ansprechend (aufgrund des Musters, das eingepresst sein kann), widersteht einer Entschichtung und ist dicker als eine der Komponenten. Das Laminat behält die erwünschten Sperreigenschaften (beispielsweise eine hohe MVTR) bei und kann, falls erwünscht, eine erhöhte Festigkeit (beispielsweise eine für Hüllen geeignete Festigkeit) haben. Das schmelzgeblasene Material und das Spinnvlies tragen zusammen zur zusätzlichen Festigkeit des Laminats bei.
Im Allgemeinen sind die gebundenen Bereiche des schmelzgeblasenen Materials und des Spinnvlieses des Laminats 116 durchscheinend, während die ungebundenen Bereiche opak oder weiß erscheinen.
Die entsprechenden Parameter der Laminier- oder Verdichtungsstation 138 umfassen die Temperatur und den Druck, die auf das Laminat einwirken gelassen werden, die Durchlaufgeschwindigkeit und den gebundenen Anteil des Laminats.
Für eine Verwendung als Unterlage mit erwünschten Sperreigenschaften (beispielsweise einer hohen MVTR) sind ein linearer Druck von 50 bis 300 (vorzugsweise 75) Newton pro Millimeter, eine Walzentemperatur von 25 bis 200 °C (vorzugsweise 100 bis 128 °C) und eine Durchlaufgeschwindigkeit von 20 bis 200 (vorzugsweise 150) Meter pro Minute für ein Laminat mit etwa 20 g/m² (Gramm pro Quadratmeter) verdichtetem schmelzgeblasenem Material und etwa 17 g/m² Spinnvlies bevorzugt, wenn diese ausschließlich aus Polypropylen oder Polyester hergestellt werden. Mit steigendem Flächengewicht sollte die Durchlaufgeschwindigkeit verringert werden, um den Wärmeübergang auf die Probe bei einem gegebenen linearen Druck zu kompensieren. Weiterhin ist es möglich, das Laminat bei einer höheren Geschwindigkeit durchlaufen zu lassen, indem ein höherer linearer Druck ausgeübt wird, oder bei schwereren textilen Flächengebilden eine größere Prägetiefe erzeugt wird. Der Bindungsflächenanteil des verdichteten textilen Flächengebildes nach Laminierung beträgt vorzugsweise etwa 5 bis 50 %, wobei ein niedrigerer Bindungsflächenanteil (beispielsweise 20 % oder darunter) für Unterlagen und ein höherer Bindungsflächenanteil (beispielsweise 20 oder darüber) beispielsweise für Oberlagen nützlich ist.
Zur Herstellung eines Tyvek-Laminats aus Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyethylen und deren Blends können im Allgemeinen dieselben Betriebsbedingungen eingehalten werden, wobei aber sowohl die harte als auch die weiche Walze glatt sind – d.h. das Prägemuster fehlt. Es werden dieselben Temperatur- und Geschwindigkeitsbereiche eingehalten, wobei aber der Druckbereich 50 bis 600 (vorzugsweise 300) Newton pro Millimeter beträgt.
Bezug nehmend auf 4 ist, um zu ermöglichen, dass sich das erfindungsgemäße verdichtete Medium 102 wirtschaftlich aus einem Polymerblend bilden lässt (im Gegensatz zu beispielsweise 100 % Hauptpolymer, hier Polypropylen 130), in der zweiten Verfahrensmodifizierung mindestens eine zusätzliche Station 132 zwischen der Station 136, in welcher das schmelzgeblasene Material gebildet und abgeschreckt wird, und der Station 138, wo es verdichtet wird, d.h. zwischen Abschreckstation 136 und Verdichtungsstation 138, angeordnet. Ein in jeder zusätzlichen Station 132 angeordneter Fülltrichter stellt erwärmtes (aber nicht geschmolzenes) zusätzliches Material 140 bereit, das vorgesehen ist, mit dem Hauptpolymer (hier Polypropylen 130) von der Abschreckstation 136 vermischt zu werden. Durch die anschließende Verdichtungsstufe in der Verdichtungsstation 138 wird das Zusatzmaterial 140 binden gelassen und mit dem Hauptpolymer 130 vereinigt.
Bevorzugte Zusatzmaterialien zur Verwendung in den zusätzlichen Stationen umfassen Polymere wie Polyethylen, Polyurethan und Ethylvinylalkohol, wobei diese speziellen Materialien aufgrund ihres Vermögens bevorzugt sind, zu dem Polypropylen Weichheit und Elastizität beizutragen. Das Zusatzmaterial 138, das von dem Fülltrichter in der Zusatzstation 132 bereitgestellt wird, kann in Form eines Pulvers, einer Paste, teilchenförmig oder als Stapelfasern (wobei deren Feinheit vorzugsweise kleiner als 4 Denier ist) vorliegen. Zusatzmaterialien, die zur Verwendung in den Zusatzstationen 132 auch nützlich sind, sind Fasern, deren Durchmesser anders als derjenige der Fasern ist, welche die Abschreckstation 136 verlassen. Es kann eine Vielzahl verschiedener Zusatzmaterialien, falls gewünscht, in jeder Zusatzstation hinzugefügt werden. So kann ein zweites Zusatzmaterial 140' zu dem Hauptpolymer/erstes Zusatzmaterial 130/140 in einer zweiten Zusatzstation 132' hinzugefügt werden.
Durch die Zusatzstationen 132 entfällt die Notwendigkeit, Zusatzmaterialien wie Polyethylen und Polyurethan, von welchen aus dem Stand der Technik bekannt ist, dass mit ihnen in der Produktion schwierig umzugehen ist, getrennt zu verarbeiten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die getrennten Zusatzstationen 132 die Entstehung eines "Flaschenhalses" in der Produktionslinie vermieden wird, der sonst auftreten würde, wenn alle Zusatzmaterialien 140 mit dem Hauptpolymer 130 in einem einzigen Fülltrichter vermischt werden müssten, was ein zeitaufwendiger Vorgang ist. Weiterhin könnte das Mischen in einem einzigen Fülltrichter des schmelzgeblasenen Materials 130 und der Zusatzmaterialien 140 nur stattfinden, wenn das schmelzgeblasene Material 130 und die Zusatzmaterialien 140 miteinander mischbar sind und passenderweise ähnliche Schmelzpunkte haben.
Es wird angenommen, dass durch die Abschreckstufe dem schmelzgeblasenen Material 130 in einer frühen Stufe zusätzliche Festigkeit verliehen wird, sodass es anschließend in der Lage ist, Zusatzmaterialien 140 aufzunehmen und zu ertragen. Falls es erwünscht ist, das erhaltene Material wegen seiner Sperreigenschaft (beispielsweise einer hohen MVTR) zu verwenden, so muss das schmelzgeblasene Material 130 verdichtet werden. Das vor dem Verdichten hinzugefügte Zusatzmaterial 140 wird in das schmelzgeblasene Material 130 eingebaut (und darin eingebettet), aber typischerweise nicht vollständig geschmolzen.
Ein faserförmiges Material wie ein schmelzgeblasenes Material, das als Deck- oder Oberlage für den Fluidtransport zu einem absorptionsfähigen Kern nützlich ist, muss sich durch einen hohen Durchlass für Körperfluids (die unterschiedliche Konsistenz und Viskosität haben können – beispielsweise Urin und Blut) von der Körperseite zu dem absorptionsfähigen Kern und vorzugsweise durch eine geringe Rückfeuchtung von der Seite des absorptionsfähigen Kerns auszeichnen. Der hohe Durchlass und typischerweise die geringe Rückfeuchtung werden vorzugsweise erhalten, indem die Porengröße in Richtung des erwünschten Flüssigkeitsflusses vergrößert und geformt wird.
Bezug nehmend auf 5A werden in einer bevorzugten Ausführungsform der dritten erfindungsgemäßen Verfahrensmodifizierung sowohl die Porengröße vergrößert (um den Durchlass zu erhöhen) als auch die Poren geformt (um das Rückfeuchten zu verringern). Dies wird erreicht durch eine Perforation mit heißen Nadeln nach dem Verdichten, wodurch die Fasern des verdichteten schmelzgeblasenen Materials 102 nach dem Durchgang der Spitze 160 einer heißen Nadel erweicht werden, wobei sie ein sich verjüngendes Loch 162 bilden, und nach der Entfernung der Nadelspitze 160 die erweichten Fasern erstarren, um die Form des sich verjüngend zulaufenden Lochs 162 zu stabilisieren, das bis in den absorptionsfähigen Kern reicht. Optimalerweise wird das Perforieren mit heißen Nadeln asynchron in zwei Perforierstationen derart durchgeführt, dass die in einer Station gebildeten Perforationen sich nicht wiederholen und vorzugsweise auch nicht mit den in der anderen Station angebrachten Perforationen überlappen. Durch diesen Vorgang wird die offene Fläche der Perforationen mit Löchern mit unterschiedlicher Form und unterschiedlichen Durchmessern geschmolzen, die vorzugsweise die folgende Kapillarwirkung stören, die zum Rückfeuchten führt. Die verdichtete Faserschicht kann entsprechend den verwendeten Nadeln ein Flächengewicht von vorzugsweise 10 bis 25 g/m² haben.
Bezug nehmend auf 5B kann so in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der dritten Verfahrensmodifizierung in dem Saugkasten 54, der verwendet wird, um die nicht verdichteten geschmolzenen Polymerfilamente 56 aus der Abschreckstation 136 zu ziehen, ein perforiertes, sich drehendes Sieb 170 und ein Hochvakuum-(Saug-)Luftstrom 172 verwendet werden. Durch die Saugwirkung werden die erwärmten Filamente durch die sich verjüngenden Löcher 174 des Siebes gesaugt, wodurch sich in dem unverdichteten Material ein Muster aus dreidimensionalen trompetenförmigen bzw. sich verjüngenden Löchern 162 bildet.
In jedem Fall wird eine Mikroreliefoberfläche erzeugt, die sich nicht schwammig oder folienartig anfühlt, Flüssigkeit nicht zurückhält und das Rückfeuchten verringert. Die Faserschicht hat kleine Poren oder Perforationen, durch welche nur Fluids mit niedriger Viskosität hindurchpassen, und welche von Gestalt und Gefühl weich ist. Aufgrund der Gestaltung der gebildeten Perforationen 162, insbesondere durch die mit einer heißen Spitze versehenen Nadeln, die in die Faserschicht eindringen, wird das Rückfeuchten minimiert. (Im Gegensatz dazu schließt die Perforation einer Folie ein Rückfeuchten nicht aus und minimiert es nicht einmal.)
Ein Verdichten ist nicht zwingend erforderlich, doch sollte das Perforieren vorzugsweise nach dem Verdichten stattfinden, um die Faserschicht so dünn und anschmiegsam wie möglich zu halten. Durch das Verdichten wird verhindert, dass die Faserschicht Teile des Körperfluids absorbiert (was ein nasses Gefühl nach mehreren Austritten eines Körperfluids verursachen würde).
Somit wird erfindungsgemäß eine weiche, glatte, anschmiegsame, aus Fasern bestehende perforierte Schicht mit hoher Faserdichte, niedriger Porösität (daher atmungsaktiv) und hoher Abriebfestigkeit bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie genau geformte Perforationen (unabhängig davon, wie geformt) besitzt und besonders nützlich für Wegwerfwindeln und verschiedene Hygieneprodukte für die Frau ist.
Die erfindungsgemäßen Materialien sind für eine große Vielfalt industrieller Verwendungen nützlich. So sind beispielsweise diese Materialien nützlich als Filter für die Luftfilterung, Autofilter, Flüssigkeitsfilter und Filterbeutel. Die Materialien sind auch nützlich für industrielle Schutzbekleidung wie Reinraumanzüge, Oberbekleidung, Staubschutz- und chemische Schutzanzüge. Die Materialien sind weiter nützlich als industrielle Wischtücher wie Reinraumwischtücher, Ölabsorptionstücher, Tücher für die Linsenreingigung und für den Oberflächenschutz von Oberflächen durch geringe Reibung und/oder kratzfeste Oberfläche. Weitere industrielle Verwendungen für diese Materialien umfassen beispielsweise Hausumhüllungen, Verpackungen, Möbel und Schlafzimmer, Autobezüge, Isolation, Batterieseparatoren und Schuhkomponenten.
Weiterhin sind die erfindungsgemäßen Materialien in einer großen Vielfalt von Hygieneverwendungen nützlich. So sind die Materialien beispielsweise nützlich als Oberlagen, Unterlagen oder Decklagen, Beinmanschetten, Hüftbunde, dehnbare Bänder, elastische oder dehnbare Seitenverschlüsse und Aufnahme- oder Verteilungsschichten.
Schließlich sind die erfindungsgemäßen Materialien auch in einer großen Vielfalt medizinischer Verwendungen nützlich. So sind die Materialien beispielsweise nützlich für Wundverbände, Chirurgenanzüge, an Ort und Stelle zugeschnittene Anzüge, Schuhschoner, Mützen und Sterilisationsverpackungen.
Die zuvor gegebene Beschreibung spezieller Verwendungen ist beispielhaft zu sehen. Andere Verwendungen als die zuvor genannten industriellen, hygienischen und medizinischen folgen natürlicherweise aus den physikalischen und chemischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Materialien.
Die erfindungsgemäßen textilen Flächengebilde mit kontrollierter Porösität sind im Allgemeinen in jeder der zuvor genannten industriellen, hygienischen und medizinischen Verwendungen nützlich.
Zusammengefasst wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Mediums mit kontrollierter Porösität, vorzugsweise eines Mediums, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt, bereitgestellt, das, um die gewünschte Durchlässigkeit zu erhalten, ein spezielles polymeres Ausgangsmaterial oder die Verwendung von chemischen Bindemitteln, Additiven bzw. Beschichtungen nicht erfordert. Erfindungsgemäß wird auch ein durch dieses Verfahren hergestelltes Material bereitgestellt, das während der Verwendung keine Geräusche verursacht, ein bekleidungsähnliches Gefühl (Griff) aufweist. und für eine Verwendung in Wegwerfprodukten ausreichend wirtschaftlich herzustellen ist.
Obwohl der allgemeine erfindungsgemäße Schwerpunkt, wie zuvor beschrieben, auf ein aus Fasern gebildetes Medium gerichtet ist, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt, ist festzustellen, dass, wenn die hohe Dampfdurchlässigkeit kein entscheidender Faktor ist (wobei die niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit ein entscheidender Faktor bleibt), Materialien entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, die eine niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit und eine geringe, falls überhaupt vorhanden, Dampfdurchlässigkeit aufweisen. Es wird angenommen, dass entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ein vollständiger Bereich der Dampfdurchlässigkeitszahl (MVTR) von etwa 100 bis etwa 13000 g/m²/24 h gebildet werden kann.
Die niedrige Dampfdurchlässigkeit wird erhalten durch Schließen der von den Fasern vor dem Verdichten gebildeten Poren. Somit können durch Anwendung einer hohen Verdichtungstemperatur und/oder eines hohen Verdichtungsdrucks die Poren des textilen Flächengebildes ausreichend verschlossen werden, um ein textiles Flächengebilde herzustellen, das eine relativ niedrige Dampfdurchlässigkeitszahl (typischerweise von unter 1000 g/m²/24 h) aufweist. Dabei wird angenommen, dass durch die erhöhten Verdichtungsparameter die Fasern angeschmolzen werden, die dann schrumpfen, wodurch die Poren verschlossen werden. Ob das Verschließen der Poren durch eine höhere Verdichtungstemperatur oder einen höheren Verdichtungsdruck erreicht wird, ist von der späteren Verwendung des hergestellten textilen Flächengebildes abhängig. Eine höhere Verdichtungstemperatur führt zur Herstellung eines steiferen textilen Flächengebildes, während ein höherer Verdichtungsdruck zur Herstellung eines textilen Flächengebildes führt, das seine ursprüngliche Weichheit beibehält.
So wird beispielsweise ein bevorzugtes schmelzgeblasenes, smektisches, textiles Polypropylenflächengebilde bei einer Walzentemperatur von bis zu 145 °C (zu vergleichen mit einer Temperatur von 25 bis 110 °C, die angewendet wird, um ein textiles Flächengebilde mit hoher Dampfdurchlässigkeit herzustellen), einem Walzenoberflächendruck von bis zu 300 Newton (anstatt der 25 bis 150 Newton, die zur Herstellung eines textilen Flächengebildes mit hoher Dampfdurchlässigkeit angewendet werden) und einer Walzengeschwindigkeit von bis zu 200 Metern pro Minute kalandriert. Eine Walzenoberflächentemperatur von über etwa 110 °C führt zur Erweichung mindestens eines Teils der großen Polymerkristalle, während ein Walzenoberflächendruck von 300 Newton zur Verformung der Polymerkristalle aller Größen im textilen Flächengebilde führt. Ist/sind die Temperatur und/oder der Druck des Kalanders zu hoch (oder die Walzengeschwindigkeit zu niedrig), dann wird das überkalandrierte schmelzgeblasene textile Flächengebilde von einem textilen Flächengebilde mit hoher Dampfdurchlässigkeit in eine Folie umgewandelt, die sowohl für Gase als auch Flüssigkeiten vollständig undurchlässig ist (sodass sie eine sehr niedrige Dampfdurchlässigkeit hat) und welche typischerweise eine geringe Festigkeit und geringe Reißfestigkeit besitzt.
Es ist festzustellen, dass die Porösitätskontrolle, die durch die Erfindung erreicht wird, durch einen Mechanismus erhalten wird, der sich deutlich von dem im Stand der Technik angewendeten Mechanismus unterscheidet. Im Stand der Technik wird die Verteilung von Teilchen – beispielsweise aus Calciumcarbonat (CaCO₃) – in einer Folie gelehrt und wird die Porösität entweder durch Recken der Folie, um die Poren um die Teilchen herum zu öffnen, oder durch Entfernung der Teilchen aus der Folie, wodurch Hohlräume zurückbleiben, welche für die Porösität sorgen, erzeugt. Im Gegensatz dazu sind die erfindungsgemäßen textilen Flächengebilde aus Fasern gebildete Netzwerke mit einigen Vorteilen gegenüber den Folien des Standes der Technik. Insbesondere sind sie reiner (da sie nicht durch Rückstände der Teilchen verunreinigt sind, die zur Erzeugung der Porösität verwendet wurden), leichter (etwa 10 g/m² gegenüber 30 g/m² bei den Folien des Standes der Technik, da sich in ersteren keine Teilchenreste befinden) und billiger (da darin keine Teilchen verwendet werden und sich das Verfahren an vorhandene Anlagen zur Faserherstellung anpassen lässt). Sie ermöglichen eine genaue Kontrolle der Dampfdurchlässigkeit (durch Steuerung von Verdichtungstemperatur und -druck). Zusätzlich weisen sie eine höhere Reißfestigkeit (gezeigt durch den Zug-, Trapezoid- und Elmendorf-Reißversuch) und eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Verdichtung oder eine höhere Berstfestigkeit (da die Grundstruktur als Fasernetzwerk innerhalb des gebildeten verdichteten Mediums erhalten bleibt) auf. Aus einem oder allen der genannten Gründe können erfindungsgemäße Materialien gegenüber den Materialien des Standes der Technik bevorzugt sein, selbst wenn die Dampfdurchlässigkeit kein Ziel ist. Wenn die Dampfdurchlässigkeit kein Ziel ist, so vergrößert sich offensichtlich die Zahl der möglichen Verwendungen für die textilen Flächengebilde beträchtlich. Das Fehlen von Teilchen oder Resten entfernter Teilchen im textilen Flächengebilde macht das Material besonders gut für Hygieneverwendungen geeignet.
Dementsprechend umfasst die Erfindung weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines aus Fasern bestehenden Mediums, das kontrollierte Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt, wenn das textile Flächengebilde (wie weiter oben beschrieben) kalandriert oder verdichtet wird, um im Wesentlichen alle kleinen Polymerkristalle darin mit geringer Schmelzwärme und einen kontrollierten Anteil der relativ größeren Polymerkristalle darin mit relativ höherer Schmelzwärme zu erweichen, wodurch die Dampfdurchlässigkeit gesteuert und für eine niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit gesorgt wird. Wie weiter oben beschrieben kann durch geeignete Einstellungen von Verdichtungstemperatur und/oder -druck ein textiles Flächengebilde mit niedriger Flüssigkeitsdurchlässigkeit und kontrollierter Dampfdurchlässigkeit (entweder hoch oder niedrig) ohne den vorübergehenden Einbau und die spätere Entfernung von Teilchen aus dem textilen Flächengebilde (wie im Stand der Technik) bereitgestellt werden.
Obwohl das erfindungsgemäße Material mit niedriger Dampfdurchlässigkeit als solches verwendet werden kann, wird es typischerweise für spezielle Verwendungen wie als Unterlage in einer Windel mit einer Spinnvliesschicht versehen.
Das erfindungsgemäße Material ist besonders gut für neue Verwendungen geeignet, die eine hohe Zugfestigkeit und hohe Reißfestigkeit sowie eine im Wesentlichen fehlende Flüssigkeitsdurchlässigkeit und eine relativ hohe Dampfdurchlässigkeit erfordern. Demzufolge ist das Material als Sperrschicht für ein Haus oder ein Gebäude während seiner Erbauung nützlich. (Wenn ein aus Sperrholz gebautes Haus/Gebäude mit einem Rahmen versehen wird, wird das Sperrholz mit einer Sperrschicht umhüllt, bevor die Außenfläche [beispielsweise Schindeln] aufgebracht wird.) Dabei muss das Material recht fest (d.h. hohe Zugfestigkeit und hohe Reißfestigkeit aufweisen) und wasserdicht (d.h. im Wesentlichen keine Flüssigkeitsdurchlässigkeit aufweisen) sein, während es eine Dampfdurchlässigkeit behalten soll, um den Austritt von Wasserdampf und dergleichen zu ermöglichen.
Eine isolierende Sperrmatte wird unter der Handelsmarke TYVEK (erhältlich von DuPont) hergestellt. Dieses Erzeugnis wird aus 100 % hochdichten, flashgesponnenen Polyethylenfasern, die durch Wärme und Druck miteinander verbunden werden, hergestellt. Dieses TYVEK-Material wird auch beispielsweise für sterile Verpackungen, hochfeste Hüllen und Schutz- oder Sperrkleidung verwendet.
Ein wettbewerbsfähiges erfindungsgemäßes Material ist ein mehrschichtiges (wie weiter oben veranschaulicht ein dreischichtiges) textiles SCS-Flächengebilde. Dabei ist die Zwischen- oder "C"-Schicht das verdichtete, aus Fasern bestehende Grundmedium mit hoher Dampfdurchlässigkeit und niedriger Flüssigkeitsdurchlässigkeit, das durch vorzeitiges Kristallisieren und anschließendes Kalandrieren oder Verdichten, wie weiter oben beschrieben, hergestellt worden ist. Diese "C"-Schicht wird dann zwischen zwei äußere oder "S"-Schichten aus einem Spinnvlies eingefügt und die dreischichtige "SCS"-Struktur zum Kaltlaminieren durch zwei Walzen geschickt.
Beim Kaltlaminieren ist eine Walze eine glatte weiche Walze und die andere Walze eine glatte harte Walze. So kann beispielsweise die glatte harte Walze aus Stahl bestehen, während die glatte weiche Walze aus RACOLON, einem Nylon (erhältlich von KTM, Deutschland) bestehen kann. Um das Kaltlaminieren zu erreichen, wird die Oberflächentemperatur der Walzen vorzugsweise auf nicht höher als 100 °C (und vorzugsweise 25 bis 90 °C) und der Oberflächendruck der Walzen relativ hoch bei 270 bis 800 Newton/mm (vorzugsweise 500 N/min) gehalten.
In Tabelle IV sind die Eigenschaften von einer erfindungsgemäßen Probe und zwei verschiedenen TYVEK-Typen angegeben (einer mit einem etwas geringeren Flächengewicht und einer mit einem etwas höheren Flächengewicht als die Probe). Die "C"-Schicht der Probe ist eine verdichtete schmelzgeblasene Schicht mit 10 g/m² und einem Schmelzindex (MFI) von 1000, die aus Polypropylen (erhältlich von Montel) hergestellt ist. Die zwei "S"-Schichten der Probe sind EXXON 3825 Polypropylen (erhältlich von EXXON), wobei eines ein Flächengewicht von 34 g/m² und das andere ein Flächengewicht von 20 g/m² hat. Die drei Schichten wurden bei 100 °C und 500 N/mm Druck zwischen einer glatten Stahlkalanderwalze und einer weichen RACOLON-Kalanderwalze bei 15 m/min laminiert.
Wie den Werten zu entnehmen, hat das erfindungsgemäße textile Flächengebilde eine sehr hohe Festigkeit (siehe MD-Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Elastizitätsmodul) und eine sehr hohe Reißfestigkeit (siehe Trapezoid-Reißfestigkeit). Zusätzlich hat es eine relativ hohe Wassersäule von 118 Zoll H₂O und eine hohe Dampfdurchlässigkeitszahl von 2632 g/m²/24 h. Die Spinnvlies- bzw. "S"-Schichten sind sowohl für Flüssigkeiten als auch Dampf recht durchlässig, sorgen jedoch im Laminat für die hohe Festigkeit, die für ein TYVEK-ähliches Erzeugnis erforderlich ist. Somit wird für die hohe MVTR und die hohe Wassersäule fast ausschließlich von der schmelzgeblasenen oder "C"-Schicht gesorgt, die den Durchgang von Flüssigkeiten und Dampf durch das Laminat kontrolliert. Anders ausgedrückt werden die Sperreigenschaften des TYVEK-artigen Erzeugnisses von der erfindungsgemäßen verdichteten, schmelzgeblasenen Schicht erzeugt.
TABELLE I
TABELLE II
Erläuterungen:

A Testkopfgröße 28 cm²
B Testkopfgröße 38 cm²
C Testkopfgröße 5 cm²
cfm Kubikfuß pro Minute

TABELLE IV

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Nonwovens, das hohe Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt, welches die Stufen A) Bereitstellen eines schmelzgeblasenen Nonwovens, das aus Fasern gebildet ist, die kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme enthalten, wobei die Fasern aus einem Polymer gebildet sind, das gezogen und anschließend vorzeitig durch vorzeitiges Abschrecken mit einem Strom aus kalter Abschreckluft unmittelbar nach dem Ziehvorgang und vor der Beendigung der Faserbildung kristallisiert worden ist, um sowohl kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme als auch relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu bilden, und B) Kalandrieren des textilen Flächengebildes bei einer Temperatur der Walzenoberfläche von 25 bis 110 °C, einer linearen Kraft der Berührungslinie von 25 bis 150 Newton/mm und einer Walzengeschwindigkeit von bis zu 200 Metern/Minute, wobei Temperatur, Druck und Walzengeschwindigkeit des Kalandrierens zusammen ausgewählt werden, um die in ihm enthaltenen kleinen Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme zu erweichen, die relativ größeren Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme jedoch nicht, wodurch eine hohe Dampfdurchlässigkeit von mindestens 1200 g/m²·24 h erhalten bleibt, während eine niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit, gemessen als Wassersäule von mindestens 10 Millibar, durch Verdichten, Faserschrumpfung und Kontraktion des faserförmigen Mediums bereitgestellt wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polymer isotaktisch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polymer Polypropylen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polymer ein Polypropylen-Polybutylen-Blend ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Blend aus 60 bis 90 Gew.-% Polypropylen und 10 bis 40 Gew.-% Polybutylen besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polymer isotaktisches Polypropylen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das die Stufe der Bildung eines Verbundmaterials aus dem kalandrierten Material mit mindestens einer Nonwovenschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, das die Stufe der Bildung eines Verbundmaterials aus dem kalandrierten Material mit mindestens einer Spinnvliesschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das textile Flächengebilde zwischen einer glatten harten Walze und einer weicheren Walze kalandriert wird, um Verdichtung, Faserschrumpfung und Kontraktion des faserförmigen Mediums zu erreichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die vorzeitig kristallisierten Fasern des textilen Flächengebildes durch eine zusätzliche Station geschickt werden, in welcher mindestens ein polymeres Additiv auf den Fasern aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Porengröße des kalandrierten textilen Flächengebildes vergrößert wird und die Poren in dem kalandrierten Flächengebilde so gestaltet werden, dass Körperfluids maximal hindurchgehen und ein Rückfeuchten minimiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Nonwovens, das kontrollierte Dampfdurchlässigkeit und niedrige Flüssigkeitsdurchlässigkeit in sich vereinigt, welches die Stufen A) Bereitstellen eines schmelzgeblasenen Nonwovens, das aus Fasern gebildet ist, die kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme enthalten, wobei die Fasern aus einem Polymer gebildet sind, das gezogen und anschließend vorzeitig durch vorzeitiges Abschrecken mit einem Strom aus kalter Abschreckluft unmittelbar nach dem Ziehvorgang und vor der Beendigung der Faserbildung kristallisiert worden ist, um sowohl kleine Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme als auch relativ größere Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu bilden, und B) Kalandrieren des textilen Flächengebildes bei einer Temperatur der Walzenoberfläche von 110 bis 145 °C und einem Druck der Walzenoberfläche von bis zu 300 Newton, wobei Temperatur, Druck und Walzengeschwindigkeit des Kalandrierens zusammen ausgewählt werden, um die in ihm enthaltenen kleinen Polymerkristalle mit geringer Schmelzwärme und einen kontrollierten Anteil der in ihm enthaltenen relativ größeren Polymerkristalle mit relativ höherer Schmelzwärme zu erweichen, wodurch eine kontrollierte Dampfdurchlässigkeit zusammen mit niedriger Flüssigkeitsdurchlässigkeit bereitgestellt wird, umfasst.
Nonwoven, das durch eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12 herstellbar ist.
Verwendung des Nonwovens, das durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 erhalten worden ist, zur Herstellung eines Verbundmaterials mit dem Nonwoven.
Verwendung nach Anspruch 14, wobei ein solches Verbundmaterial eine Dampfdurchlässigkeitszahl von über 3000 g/m²·24 h und eine Wassersäule von mindestens 10 Millibar besitzt.
Verwendung nach Anspruch 14, wobei das Verbundmaterial eine MVTR von mindestens 2000 g/m²·24 h und eine Wassersäule von mindestens etwa 20 Millibar besitzt.
Verwendung nach Anspruch 16, wobei das textile Verbundmaterial eine MVTR von mindestens 4000 g/m² 24 h und eine Wassersäule von mindestens 30 Millibar besitzt.
Verwendung nach Anspruch 16, wobei das Nonwoven ein Spinnvlies ist.
Verwendung nach Anspruch 16, wobei das textile Verbundmaterial ein Ergebnis des dynamischen flüssigkeitsgetränkten Auftreffversuchs hat, das 547 g/m² nicht übersteigt.
Verwendung nach Anspruch 16 oder 18, wobei das textile Verbundmaterial den Charakter einer Windelunterlage hat.
Verwendung nach Anspruch 14, wobei das Laminat durch eine Prägestation geschickt wird, um den geprägten kalandrierten Fasern ein Vertiefungsmuster aufzuzwingen.
Verwendung nach Anspruch 14, wobei das kalandrierte textile Flächengebilde eine Zwischenschicht eines mehrschichtigen Laminats mit einer hochfesten Spinnvliesschicht auf jeder Seite davon ist.