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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft polymere und nichtpolymere Bindemittel für Fasern
und die Verwendung solcher Bindemittel beim Binden von Teilchen
an Fasern. Die Fasern und gebundenen Teilchen können leicht durch äußere Anwendung
von Druck verdichtet werden. Die Bindemittel sind reaktivierbar
und können
auf einer Nasslegefaserbogenfertigungsstrasse auf Fasern aufgetragen
werden. In besonderen Ausführungsformen betrifft
die Erfindung das Binden von Superabsorptionsmittelteilchen an Cellulosefasern,
die dann beispielsweise verwendet werden können, um Absorptionsmittelfasern
herzustellen, die verdichtet und in Absorptionsmittelprodukte bzw.
absorbierende Produkte eingearbeitet werden. In anderen Ausführungsformen
betrifft die Erfindung die Aktivierung und Verwendung solcher Fasern,
vorzugsweise in einer Produktionsstätte an einem von einer Zellstoffbogenfertigungsstrasse
entfernten Ort, zum Binden von Superabsorptionsmittel- und/oder anderen
Teilchen an Cellulosefasern, die dann beispielsweise als Absorptionsmittelfasern,
eingearbeitet in Absorptionsmittelprodukte, verwendet werden können.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
den letzten Jahren wurden Superabsorptionsmittelpolymere entwickelt,
die viele Male ihres Eigengewichts an Flüssigkeit absorbieren können. Diese
Polymere, die auch als in Wasser unlösliche Hydrogele bekannt sind,
wurden zum Erhöhen
der Absorptionskraft von Sanitärprodukten,
wie Windeln und Damenbinden, verwendet. Superabsorptionsmittelpolymere
werden häufig
in Form von teilchenförmigen
Pulvern, Granulaten oder Fasern bereitgestellt, die durch die absorbierenden
Celluloseprodukte hindurch verteilt sind, um die Absorptionsfähigkeit
des Produkts zu erhöhen.
Superabsorptionsmittelteilchen werden beispielsweise in US-Patent
Nr. 4 160 059, US-Patent Nr. 4 676 784, US-Patent Nr. 4 673 402,
US-Patent Nr. 5 002 814 und US-Patent Nr. 5 057 166 beschrieben.
Produkte, wie Windeln, in die Absorptionsmittelhydrogele eingearbeitet
sind, werden in US-Patent Nr. 3 669 103 und US-Patent Nr. 3 670 731 gezeigt.
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Ein
Problem mit der Verwendung von Superabsorptionsmittel besteht darin,
dass das Superabsorptionsmittelmaterial physikalisch von den Cellulosefasern
eines Absorptionsmittelprodukts abgelöst werden kann. Die Abtrennung
des Superabsorptionsmittels von seinem Substrat vermindert die Absorptionskraft
des Produkts und senkt die Wirksamkeit des Superabsorptionsmittelmaterials.
Dieses Problem wurde in der Europäischen Patent-Anmeldung 442
185 A1 angeführt,
das die Verwendung eines Polyaluminiumchloridbindemittels zum Binden
eines Absorptionsmittelpolymers an ein faserförmiges Substrat offenbart.
Das Polyaluminiumbindemittel hat jedoch den Nachteil, ein anorganisches
Produkt zu sein, das nicht leicht bioabbaubar ist. Darüber hinaus
bietet das Europäische
Patent keine Richtlinien zum Auswählen von Bindemitteln, die
sich von Polyaluminiumchlorid unterscheiden, welche beim Binden
von Absorptionsmittelteilchen verwendbar wären.
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Ein
Verfahren zum Immobilisieren von Superabsorptionsmitteln wird in
US-Patent Nr. 4 410 571 offenbart, in dem ein in Wasser quellfähiges Absorptionsmittelpolymer
zu einer nicht-teilchenförmigen,
immobilisierten Zusammenflussschicht umgewandelt wird. Die Polymerteilchen
werden zu einer beschichteten Folie durch Weichmachen derselben
in einer organischen Polyhydroxyverbindung, wie Glycerin, Ethylenglycol
oder Propylenglycol, umgewandelt. Das Superabsorptionsmittel nimmt
eine nicht-teilchenförmige,
immobilisierte Form an, die auf ein Substrat geschäumt werden
kann. Die individuelle Teilchenidentität des Superabsorptionsmittelpolymers
geht bei diesem Verfahren verloren. Die zusammenfließende Natur
des Superabsorptionsmittelmaterials kann auch Gelblockieren ergeben,
wobei die Absorption sinkt, wenn die Wasser-gequollenen Polymere
den Flüssigkeitsdurchgang
durch die Folienschicht blockieren.
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US-Patent
Nr. 4 412 036 und US-Patent Nr. 4 4 67 012 offenbaren Absorptionsmittellaminate,
in denen ein hydrolysiertes Stärke-Polyacrylnitril-Pfropf-Copolymer
und Glyceringemisch zwischen zwei Bahnmaterialschichten laminiert
wird. Die Bahnmaterialschichten werden durch Anwenden von äußerer Wärme und äußerem Druck
aneinander laminiert. Die Reaktionsbedingungen bilden kovalente
Bindungen zwischen den Bahnmaterialschichten, die an den Bahnmaterialschichten
aneinander fest haften.
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Zahlreiche
andere Patente haben Verfahren zum Auftragen von Bindemitteln auf
faserförmige
Bahnen beschrieben. Beispiele schließen US-Patent Nr. 2 757 150,
US-Patent Nr. 4 584 357 und US-Patent Nr. 4 600 462 ein. Solche
Bindemittel werden beim Binden von teilchenförmigen Stoffen, wie Superabsorptionsmittelteilchen
an Fasern, als nicht verwendbar beschrieben. Weitere Patente offenbaren
vernetzende Mittel, wie Polycarbonsäuren, die kovalente Bindungen
innerhalb der Fasern mit vereinzelten Cellulosefasern bilden, wie
in der Europäischen
Patent-Anmeldung 440 472 A1, Europäischen Patent-Anmeldung 427 317
A2, Europäischen
Patent-Anmeldung 427 316 A2 und Europäischen Patent-Anmeldung 429
112 A2. Die kovalenten Bindungen innerhalb der Fasern werden bei
erhöhten
Temperaturen gebildet und erhöhen
die Dichte der mit dem Vernetzer behandelten Cellulosefasern durch
Bilden von Vernetzungen innerhalb der Fasern. Das Vernetzen muss
unter sauren Bedingungen stattfinden, um Umwandlung der Esterbindungen
zu verhindern. Die kovalenten Bindungen in den Fasern erzeugen einen
Zellstoffbogen, der schwieriger zu herkömmlichen Zellstoffbogendichten
zu verdichten ist, als bei einem unbehandelten Bogen. Kovalent vernetzte
Bindungen können
auch zwischen den Fasern und Teilchen gebildet werden und funktionelle
Gruppen einnehmen, die anderweitig zur Absorption verfügbar sein
würden;
folglich ist die Absorptionswirksamkeit vermindert.
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Ein
besonderer Nachteil des Bildens von kovalenten Vernetzungen innerhalb
der Fasern besteht darin, dass das erhaltene Faserprodukt Verdichtung
widersteht. Energieerfordernisse zur Herstellung von verdichteten
Absorptionsmittelprodukten werden erhöht, weil sehr hohe Kompressionsdrücke zum Verdichten
des Absorptionsmittelprodukts verwendet werden müssen. Es würde vorteilhaft sein, ein Verfahren
zum Erhöhen
der Verdichtung von vernetzten Fasern durch Vermindern der Energieerfordernisse
zur Verdichtung bereitzustellen.
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Viele
verschiedene Arten von Teilchen, die von Superabsorptionsmitteln
verschieden sind, können
für verschiedene
Endanwendungen zu den Fasern gegeben werden. Antimikrobielle Stoffe,
Zeolithe und feuerfeste Stoffe sind jedoch einige Beispiele für Teilchen,
die zu den Fasern gegeben werden. Es würde vorteilhaft sein, ein Verfahren
zum Anbringen von Teilchen bereitzustellen, das viele der verschiedenen
Erfordernisse der Endanwender an die Teilchen berücksichtigen
würde.
Darüber
hinaus würde
es vorteilhaft sein, in dem Anbringungsverfahren den teilchenförmigen Abfall
zu vermindern und den Transport der Faserprodukte, die die Zugabe
von Teilchen erfordern, zu vereinfachen. Es würde weiterhin vorteilhaft sein,
teilchenförmige
Stoffe an Fasern zu binden, ohne das Erfordernis des Transports
von voluminösen
Fasern mit anhaftenden Teilchen, weil Transport und ausgedehnte
Handhabung diese Fasern mechanischer Einwirkung unterzieht, welche
einige Teilchen von den Fasern ablösen kann. Es würde auch
vorteilhaft sein, Bindemittel auf Fasern während des einleitenden Zellstoffbogenherstellungsverfahrens
einzuarbeiten, sodass die Fasern aktivierungsbereit und an einem
entfernten Produktherstellungsort zu verwenden sind.
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Es
war früher
wichtig, dass zu den Celluloseprodukten zugegebene Teilchen in Flüssigkeiten,
wie Wasser oder flüssigen
Bindemitteln, unlöslich
sind. Es wurde angenommen, dass Flüssigkeitsunlöslichkeit (insbesondere
Wasserunlöslichkeit)
eine wesentliche Eigenschaft für
Teilchen, die an Cellulosefasern gebunden sind, wäre, weil
lösliche
Teilchen durch ein Wasser-enthaltendes Bindemittel gelöst sein
würden.
Obwohl die Teilchen sich schließlich
wieder verfestigen könnten,
wenn das Bindemittel verdampft ist, würde Auflösung der Teilchen in dem Bindemittel
die Teilchen zum Diffundieren zu Bereichen des Produkts veranlassen,
wo sie nicht benötigt
oder erwünscht
sind. In Wasser lösliche
Teilchen wurden bis jetzt nicht für Teilchen verwendet, die unter
Verwendung eines Bindemittels an Fasern zu binden wären.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorangehenden und weitere Probleme wurden durch Bereitstellen von
Fasern mit funktionellen Wasserstoffbindungsstellen und Bindemitteln,
die eine Flüchtigkeit
geringer als Wasser aufweisen, überwunden.
Das Bindemittel hat eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung
mit den Fasern bilden kann, und eine funktionelle Gruppe, die auch
eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung
mit Teilchen bilden kann, die eine Wasserstoffbindungs- oder koordinative
kovalente Bindungsfunktionalität
aufweisen.
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Die
in der Erfindung verwendeten Fasern können Teilchen, die an die Fasern
mit einem nicht-polymeren Bindemittel gebunden sind, aufweisen.
Die Bindemittel umfassen Bindemittelmoleküle. Das polymere Bindemittel
kann ausgewählt
sein aus der Gruppe, bestehend aus Polyglycolen [insbesondere Poly(propylenglycol)],
einer Polycarbonsäure,
einem Polycarboxylat, einem Poly(lacton)polyol, wie Diolen, einem
Polyamid, einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, einem Polysulfonat und
Kombinationen davon. Spezielle Beispiele von diesen Bindemitteln,
ohne Begrenzung, sind die nachstehenden: Polyglycole können Polypropylenglycol (PPG)
und Polyethylenglycol (PEG) einschließen; Poly(lacton)diole schließen Poly(caprolacton)diol
ein; Polycarbonsäure
schließt
Polyacrylsäure
(PAA) ein; Polyamide schließen
Polyacrylamid oder Polypeptide ein; Polyamine schließen Polyethylenimin
und Polyvinylpyridin ein; Polysulfonsäuren oder Polysulfonate schließen Poly(natrium-4-styrolsulfonat) oder
Poly(2-acrylamidomethyl-1-propansulfonsäure) ein; und Copolymere davon
(beispielsweise ein Polypropylenglycol/Polyethylenglycol-Copolymer).
Das polymere Bindemittel hat typischerweise wiederkehrende Einheiten.
Die wiederkehrende Einheit kann das Gerüst einer Verbindung, wie mit einem
Polypeptid, sein, worin die wiederkehrenden Polyamide in der Peptidkette
auftreten. Die wiederkehrende Einheit kann auch Einheiten, die von
den Gerüsten
verschieden sind, beispielsweise eine wiederkehrende Acrylsäureeinheit,
betreffen.
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In
einem solchen Fall können
die wiederkehrenden Einheiten gleich oder verschieden sein. Die
Bindemittelmoleküle
haben mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung
oder eine koordinative kovalente Bindung mit Teilchen bilden kann,
und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung
mit den Fasern bilden kann. Zu diesem Zeitpunkt ist das besonders
bevorzugte polymere Bindemittel Polyethylenglycol, obwohl ein weiteres,
besonders bevorzugtes polymeres Bindemittel ein Amidbindemittel,
wie ein Polypeptidbindemittel, darstellt, wobei Polyglycin ein besonders
bevorzugtes Beispiel ist.
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Das
nicht-polymere Bindemittel hat eine Flüchtigkeit, die geringer als
Wasser ist. Die nicht-polymeren Bindemittelmoleküle haben mindestens eine funktionelle
Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder koordinative kovalente
Bindung mit den Teilchen bilden kann und mindestens eine funktionelle
Gruppe, die Wasserstoffbindungen mit den Cellulosefasern bilden
kann. Das nicht-polymere Bindemittel ist ein organisches Bindemittel und
schließt
vorzugsweise eine funktionelle Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus einem Carboxyl (beispielsweise Carbonsäuren), einem Carboxylat, einem
Carbonyl (beispielsweise Aldehyde), einer Sulfonsäure, einem
Sulfonat, einer Phosphorsäure,
einem Phosphat, einem Hydroxyl (beispielsweise einem Alkohol oder
Polyol), einem Amid, Amin und Kombinationen davon (beispielsweise
Aminosäure
oder Hydroxysäure)
ein, worin es mindestens zwei Funktionalitäten an dem Molekül, ausgewählt aus
dieser Gruppe, gibt und die zwei Funktionalitäten gleich oder verschieden
sind. Beispiele für
solche Bindemittel schließen
Polyole, Polyamine (nichtpolymeres organisches Bindemittel mit mehr
als einer Amingruppe), Polyamide (ein nicht-polymeres organisches
Bindemittel mit mehr als einer Amidgruppe), Polycarbonsäuren (ein
nicht-polymeres organisches Bindemittel mit mehr als einer Carbonsäurefunktionalität), Polyaldehyde
(ein nicht-polymeres organisches Bindemittel mit mehr als einem
Aldehyd), Aminoalkohole, Hydroxysäuren, ein. Diese Bindemittel
haben funktionelle Gruppen, die die ausgewiesenen Bindungen mit
den Teilchen und Fasern bilden können.
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Bevorzugter
ist das organische nicht-polymere Bindemittel ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem
Glycerindiester, Glyoxal, Ascorbinsäure, Harnstoff, Glycin, Pentaerythrit,
einem Monosaccharid oder einem Disaccharid, Zitronensäure, Weinsäure, Taurin
(2-Aminoethansulfonsäure),
p-Aminosalicylsäure,
Dipropylenglycol und Harnstoffderivaten, wie DMDHEU, und Kombinationen
davon. Geeignete Saccharide schließen Glucose, Saccharose, Lactose,
Ribose, Fructose, Mannose, Arabinose und Erythrose ein. Die bevorzugten
Bindemittel sind nicht-polymere Moleküle mit einer Vielzahl von Wasserstoffbindungsfunktionalitäten, die
dem Bindemittel erlauben, Wasserstoffbindungen mit sowohl den Fasern
als auch Teilchen zu bilden. Besonders bevorzugte Bindemittel schließen jene
ein, die fünf-
oder sechsgliedrige Ringe, besonders bevorzugt sechsgliedrige Ringe,
mit einer funktionellen Gruppe auf der teilchenförmigen Oberfläche bilden
können,
derzeit Glycerin, Glycerinmonoester, einschließlich Monoglyceride, ein Glycerindiester,
einschließlich
Diglyceride, Polyglycerinoligomere, ein Propylenglycololigomer,
Harnstoff und Kombinationen davon (wie Glycerin und Harnstoff).
Wenn hierin verwendet, bezieht sich ein Oligomer auf ein Kondensationsprodukt
von Polyolen, worin das Kondensationsprodukt weniger als zehn Monomereinheiten enthält. Ein
Polyglycerinoligomer, wie hierin bezeichnet, bedeutet ein Kondensationsprodukt
von zwei oder mehreren Glycerinmolekülen. Ein Propylenglycololigomer,
wie hierin angeführt,
bedeutet ein Kondensationsprodukt von zwei oder mehreren Propylenglycolmolekülen. Derzeit
ist ein speziell bevorzugtes nichtpolymeres Bindemittel Glycerin.
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Das
faserförmige
Material kann celluloseartige oder Synthesefasern sein, die mit
dem Bindemittel Wasserstoffbindungen bilden können, während die Teilchen aus solchen
ausgewählt
werden, die Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen
mit dem Bindemittel bilden können.
Es wurde unerwarteterweise gefunden, dass dieses Bindemittelsystem
Teilchen an Fasern ausgesprochen gut festhalten kann. Ein überlegenes
faserförmiges
Produkt wird deshalb hergestellt, das verbesserte Absorptionsmitteleigenschaften, verglichen mit
ungebundenen oder kovalent gebundenen Teilchen, aufweist. Die Bildung
von nichtkovalenten Bindungen erlaubt die Herstellung eines Faserprodukts,
das leicht hergestellt werden kann und einer Bahn, die leicht verdichtet
wird und die leicht bioabbaubar ist und entsorgt werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Absorptionsmittelprodukt eine faserförmige Cellulosematte, die Superabsorptionsmittelhydrogelteilchen
in Teilchenform enthält.
Die Superabsorptionsmittelteilchen können in Abhängigkeit von dem Bindemittel
mit dem Bindemittel Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente
Bindungen bilden, während
das Bindemittel wiederum mit den Hydroxylgruppen der Cellulosefasern
Wasserstoffbindungen bildet. Diese nichtkovalenten, relativ biegsamen
Bindungen zwischen dem Bindemittel und den Teilchen halten die Teilchen
mit den Fasern in Kontakt, und widerstehen Ablösung der Teilchen durch mechanische
Kräfte,
die während
der Herstellung, Lagerung oder Verwendung auf die Matte angewendet
werden. Die Menge des vorliegenden Bindemittels hängt typischerweise
von einer Vielzahl an Faktoren ab, einschließlich der Art des Bindemittels
und der Teilchen, und ob die Teilchen sofort oder nach einem Zeitraum
zu den Fasern gegeben werden. Folglich erkennt der Fachmann, dass
die Menge des Bindemittels, die für besondere Anwendung geeignet
und besonders verwendbar ist, variieren wird. Jedoch kann das Bindemittel
geeigneterweise in einer Menge von 1 bis 80 Prozent, auf das Gesamtgewicht
des faserförmigen
Materials, vorliegen. Ein besonders geeigneter Bereich des Bindemittels
ist 1 bis 40 Gewichtsprozent oder 1 bis 25 Gewichtsprozent des faserförmigen Materials.
Die durch das Bindemittel gebundenen Teilchen der vorliegenden Erfindung
(über Wasserstoff/koordinative
kovalente Bindungen) können
geeigneterweise in einer Menge von 0,05 bis 80 Prozent, vorzugsweise
1 bis 80 Prozent oder 3 bis 80 Prozent, und mehr als 3 Gewichtsprozent
des Gesamtgewichts des faserförmigen
Materials und der Teilchen vorliegen. Ein besonders geeigneter Bereich
an Teilchen ist 3 bis 40 Gewichtsprozent des faserförmigen Materials
und der Teilchen. Ein bevorzugtes Gewichtsverhältnis von Teilchen-zu-Bindemittel ist 8:1
bis 50:1. Ein Beispiel eines geeigneten Teilchens ist ein Superabsorptionsmittelpolymer,
wie ein Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelteilchen
mit feiner oder großer
Größe, wie
ein Granulat, das mit dem Bindemittel Wasserstoffbindungen bildet.
Das Bindemittel bildet auch Wasserstoffbindungen mit den Hydroxylgruppen
der Cellulose, wodurch die Superabsorptionsmittelteilchen fest an
die Fasern gebunden werden.
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Die
vorliegende Erfindung schließt
auch ein Verfahren zum Binden von Teilchen an Fasern ein, wobei die
Teilchen im Wesentlichen in dem Bindemittel unlöslich sind (und in Wasser löslich) und
deshalb ihre feste Teilchenform nach dem Binden beibehalten. Die
Teilchen, ob oder nicht in Wasser löslich, haben vorzugsweise funktionelle
Gruppen, die Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen
mit dem Bindemittel bilden können,
und das Bindemittel wiederum kann Wasserstoffbindungen mit den Fasern
bilden. Andere Teilchen, ohne die gewünschte Funktionalität, können auch
in dem Faserprodukt enthalten sein, jedoch werden solche Teilchen
nicht so stark in der gleichen Weise gebunden.
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In
besonders bevorzugten Ausführungsformen
sind die Fasern Cellulose und die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen,
die durch Wasserstoffbindungen an das Bindemittel gebunden sind.
Die Fasern können
auch kontinuierliche oder diskontinuierliche synthetische oder natürliche Fasern
mit einer funktionellen Wasserstoffbindungsgruppe, die Wasserstoff
mit dem Bindemittel binden, sein. Das Bindemittel wird geeigneterweise
auf die Fasern in einer Menge von mindestens 1 Prozent und vorzugsweise
nicht mehr als 80 Prozent, auf das Gesamtgewicht des faserförmigen Materials,
aufgetragen. Die Teilchen können
an die Fasern bei weniger als 150°C
oder ohne beliebige äußere Anwendung
von Wärme
bei Umgebungstemperatur (beispielsweise 25°C) gebunden werden. Die Teilchen
können
auch in Abwesenheit einer beliebigen äußeren Anwendung von Druck oder
in Abwesenheit von äußerer Wärme und äußerem Druck
gebunden werden.
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In
einigen Ausführungsformen
wird das Bindemittel mit den Fasern als ein Feststoff (beispielsweise ein
trockenes Pulver oder eine getrocknete Flüssigkeit) assoziiert und die Fasern
enthalten mindestens 7 Gewichtsprozent Wasser, wenn der Bindungsschritt
ausgeführt
wird. Dieser Anteil an Feuchtigkeit in den Fasern stellt ausreichend
Mobilität
der Reaktanten bereit, um die Teilchen und Fasern gut aneinander
binden zu lassen. Wenn ein flüssiges
Bindemittel verwendet wird (beispielsweise Glycerin oder eine Lösung von
Glycinpulver), enthalten die Fasern geeigneterweise mindestens 0,5
Gewichtsprozent Wasser. Ein festes Bindemittel wird geeigneterweise
mit Fasern mit weniger als 0,5 Gewichtsprozent Wasser verwendet,
wenn das Bindemittel oberhalb seines Schmelzpunktes zum Verflüssigen desselben
erhitzt wird. Der Feststoff kann auf die Fasern als eine übersättigte Lösung angewendet
werden oder das feste Bindemittel kann zum Verflüssigen des Bindemittels über seinen
Schmelzpunkt erhitzt werden, welches später auf die Fasern aufgetragen
wird. Nach Verfestigen wird das Bindemittel desaktiviert. Ein festes
Bindemittel kann thermoplastisch oder schmelzbar sein, sodass es
oberhalb seines Schmelzpunktes/Erweichungspunktes erhitzt werden
kann und anschließend zum
Verbinden von Fasern aneinander gekühlt wird. Die thermoplastischen
Eigenschaften des Bindemittels können
auch zusätzliche
mechanische Anhaftung zwischen den Teilchen und Fasern bereitstellen.
In einigen Ausführungsformen
kann ein thermoplastisches Bindemittel, wie Harnstoff, angewendet
werden, das Teilchen sowohl thermoplastisch als auch über Wasserstoffbindungen
anheften kann.
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In
anderen Ausführungsformen
sind die Teilchen in Wasser löslich,
haben jedoch verminderte Löslichkeit
in dem Bindemittel, sodass die Teilchen in fester Teilchenform an
die Fasern gebunden sein können.
Die Zugabe des Bindemittels löst
die Teilchen nicht und veranlasst sie nicht zum Wegdiffundieren
von ihrer gewünschten
Anbindungsstelle an den Fasern. Das Bindemittel bindet die Teilchen
an den Fasern und bildet eine Bindung, von der gefunden wurde, dass
sie gegen mechanisches Zerreißen
beständig
ist. Ein wesentlicher Vorteil von diesen Bindemitteln besteht darin,
dass gefunden wurde, dass das Bindemittel und die Teilchen zusammen
an der Faser den zum Verdichten der Fasern erforderlichen Druck
vermindern. Die Bindemittel können
auch an Fasern für
mehr als eine Woche, einen Monat oder auch ein Jahr in einem inaktiven
Zustand vorliegen, dann später
aktiviert oder reaktiviert werden, um Teilchen an die Fasern zu
binden. Flüssige
Bindemittel (die reine Flüssigkeiten
oder wässerige
Lösungen
von festen Bindemitteln einschließen) können auf den Fasern angeordnet,
getrocknet und später
durch Befeuchten der Fasern aktiviert werden. Alternativ kann ein
trockenes, festes Bindemittel zu den Fasern gegeben werden und später durch
Zugabe einer Flüssigkeit
aktiviert werden. Ein inaktives Bindemittel kann auch durch Anwenden
kinetischer Energie auf die Fasern aktiviert werden, nachdem das
Bindemittel und die Fasern einen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt
mit der Atmosphäre
erreicht haben (anschließend
als „lufttrocken" bezeichnet). Kinetische
Energie kann auf das Bindemittel und Fasern beispielsweise und ohne
Begrenzung durch Anwendung von mechanischem Rühren, äußerem Druck oder Anwenden von
Ultraschall angewendet werden. In anderen Ausführungsformen kann das Bindemittel durch
Erwärmen
der Fasern nach Auftragen des Bindemittels auf die Fasern aktiviert
oder reaktiviert werden.
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Die
Kapazität
zur Aktivierung oder Reaktivierung erlaubt es, das Bindemittel auf
die Fasern aufzutragen, welche dann mit dem Bindemittel in einer
inaktiven Form zu Verteilungspunkten (Bestimmungsort) transportiert
werden. Das Bindemittel wird dann an dem Verteilungspunkt (beispielsweise
einer Abnehmeranlage) aktiviert, wo die Teilchen zu den Fasern gegeben
und daran gebunden werden. Wie hierin verwendet, schließt „Aktivierung" sowohl Aktivierung
von vorher inaktiven Bindemitteln (wie festen Bindemitteln in Abwesenheit von
Flüssigkeit)
oder Aktivierung von vorher aktiven Bindemitteln (wie ein flüssiges Bindemittel,
das getrocknet wurde) ein.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das Bindemittel
in einem Muster aktiviert oder reaktiviert werden kann, das einer
gewünschten
Verteilung der Teilchen in faserförmigem Material entspricht. Beispielsweise
kann ein Aktivierungsfluid, wie eine aktivierende Flüssigkeit,
auf die Flächen
einer Windel aufgetragen werden, die während der Verwendung anfangs
mit Harn befeuchtet sein wird. Beispiele ohne Begrenzung von geeignet
aktiviertem Fluid schließen
Wasser, Niederalkylalkohole, Polyole, wie Glycole, Aceton und Kombinationen
davon, wie Wasser und Glycerin, ein. Wenn das aktivierende Fluid
eine Flüssigkeit,
wie Wasser, ist, kann das Wasser versprüht oder anderweitig aufgetragen
werden und kann in Form von Dampf oder Feuchtigkeitsbeladenem Gas,
wie feuchter Luft, bereitgestellt werden. Andere flüssige Aktivierungsfluids
können
in der gleichen Weise angewendet werden. Superabsorptionsmittelteilchen
können
zu aktivierten Flächen der
Windel gegeben werden und fast ausschließlich auf jenen Flächen anhaften,
wo anfänglich
Harnabsorption erforderlich ist. Zielgerichtete Aktivierung von
Bindemittel gestattet Teilchen, die bei vermindertem Teilchenabfall
wirksam und ökonomisch
an den Fasern anzubringen sind. Darüber hinaus erhöht zielgerichtete
Bindemittelaktivierung und Teilchenanhaftung die absorptive Wirksamkeit
des Produkts durch Vermindern des zu starken Aufsaugens von Flüssigkeit
in der Ebene des absorptiven Produkts.
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Die
Erfindung ist auch auf faserförmige
Produkte, die durch beliebige der hierin beschriebenen Verfahren
hergestellt werden, und auf Absorptionsmittelteilchen, die von solchen
faserförmigen
Produkten umfasst sind, gerichtet. Diese faserförmigen Produkte schließen Fasern
mit inaktiven oder aktivierbaren Bindemitteln ein. Ein faserförmiges Produkt
kann einzelne Fasern oder daraus hergestellte Bahnen sein.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die vorstehenden Aufgaben, Merkmale
und Vorteile einzeln sowie insgesamt. Die vorstehenden und andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung
und beigefügten
Zeichnungen im Einzelnen deutlicher.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische
Darstellung einer Nasslegefaserbogen-Fertigungsstrasse, die für die Auftragung
der Bindemittel gemäß der vorliegenden
Erfindung während
der Herstellung eines Faserbogens erläuternd ist.
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2 ist eine schematische
Darstellung eines Bindemittelaktivierungs- und Teilchen-Bindungsverfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist eine schematische
Beschreibung der Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die stark
voluminöse
Fasern erzeugt.
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4 ist eine Draufsicht einer
Struktur, in der Fasern der vorliegenden Erfindung mit gebundenen
Teilchen eingearbeitet werden, wobei die Fasern in Form einer erläuterten
Absorptionsmittellage vorliegen.
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5 gibt eine Teilquerschnittsansicht
der Lage von 4 wieder.
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6 erläutert eine Ebenenansicht eines
Verbands, in den die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten
Fasern eingearbeitet sind.
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7 ist eine Querschnittsansicht
des Verbands von 6,
entlang Linie 7–7
von 6 genommen.
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8 ist eine Draufsicht auf
eine Wegwerfwindel, die einen Kern von in der vorliegenden Erfindung eingesetzten
Fasern einschließt.
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9 ist eine vertikale Querschnittsansicht
entlang Linie 9–9
der Windel von 8.
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10 ist eine Ansicht einer
vergrößerten Faser
mit an die Faser mit Bindemitteln der vorliegenden Erfindung gebundenen
Teilchen.
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11 ist eine schematische
Ansicht einer Cellulosematte mit Teilchen, die an alle ihre Oberflächen und über ihre
Tiefe gebunden sind.
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12 ist eine Photomikrographie
von an die Fasern mit einem Ascorbinsäurebindemittel anhaftenden
Teilchen.
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13A, 13B, 13C und 13D sind Photomikrographien
von an die Fasern mit Lactose gebundenen Teilchen.
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14 ist eine Photomikrographie
von Oxalsäureteilchen,
die an eine Faser mit einem Glycerinbindemittel gebunden sind.
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15 ist eine Photomikrographie
von Aluminiumsulfat (Alaun), das an eine Faser mit einem Glycerinbindemittel
gebunden ist.
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16 ist eine Photomikrographie
von EDTA-(Ethylendiamintetraessigsäure)-Teilchen,
die an eine vernetzende Faser mit einem Glycerinbindemittel gebunden
sind.
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BESCHREIBUNG VON EINIGEN
BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG IM EINZELNEN
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I. Verarbeiten der Fasern
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1A erläutert eine Nasslegebogenfertigungsstrasse,
wie eine Zellstoffbogenfertigungsstrasse 10. In dieser
Fertigungsstrasse wird eine Zellstoffaufschlämmung 12 aus einem
Stoffauflauf 14 durch einen Auslaufspalt 16 und
auf ein Langsieb 18 abgegeben. Die Zellstoffaufschlämmung 12 schließt typischerweise
Cellulosefasern, wie Holzzellstofffasern, ein und kann auch synthetische
oder andere Nicht-Cellulose-Fasern als Teil der Aufschlämmung einschließen. Wasser
wird von auf Sieb 18 mit einem herkömmlichen Vakuumsystem, nicht
gezeigt, abgeschiedenem Zellstoff abgezogen, unter Hinterlassen
von abgeschiedenem Zellstoffbogen 20, der durch eine Entwässerungsstation 22 geführt wird,
erläutert
in diesem Fall als zwei Reihen von Kalanderwalzen 24, 26,
die jeweils einen entsprechenden Spalt definieren, durch den der
Zellstoffbogen oder -matte 20 gelangt. Aus der Entwässerungsstation
läuft der
Zellstoffbogen 20 durch einen Trocknungsabschnitt 30 der Zellstofffertigungsstrasse.
In einer herkömmlichen
Zellstoffbogenfertigungsstrasse kann Trocknungsabschnitt 30 Mehrfachkanistertrockner
einschließen,
wobei die Zellstoffmatte 20 einem Serpentinenweg um die
entsprechenden Kanistertrockner folgt und als ein getrockneter Bogen
oder Matte 32 aus dem Auslass des Trocknungsbereichs 30 wieder
auftaucht. Andere alternative Trocknungsmechanismen, einzeln oder
zusätzlich
zu Kanistertrocknern, können
in die Trocknungsstufe 30 eingeschlossen sein. Der getrocknete
Zellstoffbogen 32 hat einen maximalen Feuchtigkeitsgehalt
gemäß den Anweisungen
des Herstellers. Typischerweise ist der maximale Feuchtigkeitsgehalt
nicht mehr als 10 Gewichtsprozent der Fasern und besonders bevorzugt
nicht mehr als 6% bis 8 Gewichtsprozent. Andererseits tendieren
die Fasern dazu, zu feucht zu werden. Sofern nicht übereinanderliegende
feuchte Fasern sofort verwendet werden, werden diese Fasern Abbau
durch beispielsweise Schmelzen oder dergleichen unterliegen. Der
getrocknete Bogen 32 wird auf einer Walze 40 zum
Transport zu einem entfernten Ort aufgenommen; das heißt, man
trennt von der Cellulosebo genfertigungsstrasse, wie bei einer Anlage
des Anwenders zur Verwendung beim Herstellen von Produkten. Alternativ
wird der getrocknete Bogen 32 in einer Ballenvorrichtung 42,
von der die Ballen aus Zellstoff 44 zum Transport für einen entfernten
Ort erhalten werden, gesammelt.
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Ein
Bindemittel des nachstehend genauer erläuterten Typs wird auf den Zellstoffbogen
von einer oder mehreren Bindemittelauftragevorrichtung(en) aufgetragen,
wobei eine davon in 1 bei 50 ausgewiesen
ist. Eine beliebige Bindemittelauftragevorrichtung kann verwendet
werden, wie Sprüher,
Walzenbeschichter, Eintauchauftrager oder dergleichen. Sprüher sind
typischerweise leichter anzuwenden und in eine Zellstoffbogen-Fertigungsstrasse
einzubauen. Wie durch die Pfeile 52, 54 und 56 ausgewiesen,
kann das Bindemittel an verschiedenen Orten oder an verschiedenen
Orten auf der Zellstoffbogen-Fertigungsstrasse, wie oberhalb der Trocknungsstufe 30 (ausgewiesen
durch Strich 52), zwischen der Trocknungsstufe 30 (ausgewiesen
durch Strich 54) oder stromabwärts von der Trocknungsstufe 30 (wie
ausgewiesen durch Strich 56), aufgetragen werden. Auf Wasser
basierende Bindemittel, wie nichtpolymerer Harnstoff, werden typischerweise
an einem Ort aufgetragen, wo in der Trocknungsstufe noch ausreichend
Trocknen stattfinden kann, um ein getrocknetes Bindemittel, das
den Faserbogen enthält,
mit nicht mehr als dem maximal gewünschten Feuchtigkeitsgehalt
herzustellen. Folglich werden, um den Vorteil von Trocknungsstufe 30 zu
nutzen, auf Wasser basierende Bindemittel typischerweise an Orten 52 oder 54 aufgetragen.
Bei Ort 52 wird das in dem Bogen oder in der Matte 20 verbliebene
Wasser an dieser Stufe in der Regel das Eindringen des Bindemittels
in den Bogen stören.
Folglich ist es bevorzugt, dass Auftragung von Bindemittel erfolgt,
nachdem etwas Trocknen, beispielsweise an Ort 54, stattgefunden
hat. Wenn auf Wasser basierende Bindemittel an Ort 56 in
einer Menge angewendet werden, die den Feuchtigkeitsgehalt des Bogens über das
gewünschte
maximale Maß steigen
lassen würde,
kann eine zusätzliche
Trocknungsstufe (nicht gezeigt) in der Zellstofffertigungsstrasse
enthalten sein, um den Feuchtigkeitsgehalt auf das gewünschte Maß zu senken.
-
Ein
nicht auf Wasser basierendes Bindemittel, wie Glycerin, wird besonders
bevorzugt stromabwärts von
der Trocknungsstufe an Ort 56 oder während der Trocknungsstufe,
wie an Ort 54 ausgewiesen, zugesetzt. Jedoch können flüssige, nicht-wässerige
Bindemittel auch an einem Ort, wie Ort 52, stromaufwärts von
der Trocknungsstufe zugegeben werden. An diesem letzteren Ort kann
das Wasser in der feuchten Bahn an diesem Punkt in der Regel diese
Bindemittel in der Matte oder in dem Bogen anziehen, da die Bindemittel
in der Regel hygroskopisch sind. Da nicht-wässerige Bindemittel typischerweise
den Abbau des Produkts aufgrund der Zugabe von Feuchtigkeit zu dem
Bogen nicht erhöhen,
können
sie stromabwärts
von der Trocknungsstufe, ohne den Feuchtigkeitsgehalt des Bogens über das
gewünschte
Maß zu
bringen, angewendet werden.
-
Die
teilchenförmigen
Materialien, ausgewählt
wie nachstehend erläutert,
können
zu dem Bogen gegeben werden und daran durch die Bindemittel auf
der Zellstofffertigungsstrasse angeheftet werden, wie durch den
teilchenförmigen
Applikator 60 ausgewiesen, welcher eine Schütt- oder
volumetrische Dosiervorrichtung umfassen kann. Diese Teilchen können gesprüht, gegossen
oder anderweitig dem Bogen zugesetzt werden. Um das Anhaften von
diesen Teilchen an dem Bogen an diesem Ort zu erleichtern, muss
ausreichend Feuchtigkeit in dem Bogen zurückbleiben, wobei im Fall von
wässerigen
Bindemitteln das Binden zwischen den Teilchen und Fasern, wie nachstehend
erläutert,
ermöglicht
wird. Für
nicht-wässerige
Bindemittel werden die Teilchen in diesem Fall vorzugsweise zugegeben,
während
das Bindemittel noch feucht oder erhitzt ist, um die Reaktion zu
erleichtern. Teilchen können
auf die Zellstoffbogen-Fertigungsstrasse in dieser Weise gegeben werden,
wobei eine anschließende
Trocknungsstufe angewendet wird, um den Feuchtigkeitsgehalt der
nachfolgenden teilchenförmigen
Zugabe zu vermindern. Wenn jedoch ein auf Wasser basierendes Bindemittel
die Fasern nach der Zugabe der Teilchen zu nass macht, ist dies
kein bevorzugter Ansatz.
-
Obwohl
der vorstehende Ansatz vorteilhaft ist, weil die Teilchen während des
Transports der Walzen oder Ballen aus diesen Fasern stark an die
Fasern gebunden sind, ist es für
die Teilchen möglich,
durch mechanische Einwirkung während
des Transports abgelöst
zu werden. Zusätzlich
stört dieser
Ansatz die Anpassung der Fasern am Ort eines Anwenders. Beispielsweise
könnte
ein Anwender die Fähigkeit
zum Auswählen bestimmter
Arten oder Marken von Teilchen zur Anhaftung an die Fasern in den
Produkten des Anwenders wünschen,
ohne diese Auswahl über
den Zellstoffbogen-Hersteller auszuführen, welcher die Teilchen
in den Zellstoffbogen während
seiner Herstellung einarbeitet. Auch können bestimmte Teilchen über die
Zeit abbauen, was es vorteilhaft macht, solche Teilchen sofort vor
der Einarbeitung in Produkte zuzusetzen. Beispielsweise sind Superabsorptionsmittelteilchen
anfällig
für Absorbieren
von Feuchtigkeit aus der Atmosphäre
während des
Transports. Teilchen mit relativ kurzer Lebensdauer, wie bestimmte
Zeolithe (beispielsweise Abscents mit Geruch absorbierenden Materialien
können über die
Zeit mit Gerüchen
gesättigt
werden), die ein Beispiel darstellen, können über die Zeit auch abbauen.
Ein weiteres Beispiel sind Zeolithe mit Silbersalzen als antimikrobielle
Mittel, die photoabbauen können.
Deshalb ist es auch vorteilhaft, ein Faserprodukt bereitzustellen,
in das der Endverbraucher des Produkts die gewünschten Teilchen zu der Zeit
einarbeiten kann, wo die Fasern in Produkte umgewandelt werden.
-
Deshalb
werden beim Halten dieses letzteren, bevorzugten Ansatzes, wie in 2 erläutert, die entsprechenden Walzen 40 oder
Ballen 44 von Bindemittel-enthaltenden Fasern, ohne Teilchen,
zu einem entfernten Ort zur Verwendung durch den Anwender transportiert.
Diese Walzen oder Ballen (oder anders transportierte Fasern, beispielsweise
eingesackt, in Containern oder anderer verdichteter Form) werden
durch eine Zerfaserungsvorrichtung 70 dann wieder zerfasert.
Obwohl ein beliebiger Zerfaserer angewendet werden kann, ist eine
typische Zerfaserungsvorrichtung 70 eine Hammermühle, die
einzeln oder in Verbindung mit anderen Vorrichtungen, wie Pickerwalzen
oder dergleichen, zum Aufbrechen des Bogens 32 oder Ballens 42 in einzelne
Fasern verwendet werden kann.
-
Ein
teilchenförmiger
Materialzuführungsmechanismus 72 (beispielsweise
wie Mechanismus 60) liefert die gewünschten teilchenförmigen Materialien
zu den Fasern an den bestimmten Ort in dem Anwenderverfahren. Wiederum
umfasst die Vorrichtung 72 typischerweise einen Dosiermechanismus,
obwohl eine beliebige geeignete Vorrichtung zum Zugeben von teilchenförmigen Stoffen
zu faserförmigen
Materialien angewendet werden kann. Beispielsweise können die
teilchenförmigen
Stoffe, wie durch Linie 74 ausgewiesen, zu der Zerfaserungsvorrichtung 70 transportiert
werden. Im Fall von einigen Bindemitteln aktiviert das Rühren der
Fasern mit dem Zerfaserer 70, wie nachstehend genauer erläutert wird,
die Bindemittel und veranlasst die teilchenförmigen Stoffe, an den Fasern
durch das Bindemittel anzuhaften. Alternativ kann ein aktivierendes
Fluid, das flüssig
sein kann, wie Wasser, Glycerin, Niederalkylalkohole, Polyole, wie
Glycole, Aceton, und Kombinationen davon, wie Wasser und Glycerin,
versprüht
werden oder anderweitig, wie aus einem Aktivierungsfluid-Behälter oder
-Quelle 78, mit Hilfe eines Sprühers (nicht gezeigt) an Ort 80,
auf die Fasern aufgetragen werden. Die Teilchen können dann,
wie in Linie 84 ausgewiesen, zu den Fasern stromabwärts von
der Auftragung des Aktivierungsfluids 80 aufgetragen werden.
Alternativ werden Teilchen, die vor oder an Ort 80 zugegeben
werden können,
an den Fasern durch das Bindemittel nach Aktivierung des Bindemittels
an Ort 80 angeheftet. Als weitere Alternative werden die
zerfaserten Fasern außerdem
zu einer Luftlegevorrichtung 90 transportiert und wieder
zu einem gewünschten
Produkt, wie eine mit 92 ausgewiesene Bahn, gebildet. In
dem Fall von luftgelegten Fasern kann das Aktivierungsfluid oder
die Aktivierungsflüssigkeit
auf die Bahn an Ort 96 aufgetragen werden, wobei die Teilchen
dann an Ort 98, wie gezeigt, zugegeben werden, wobei das
aktivierte Bindemittel dann an die Teilchen an die Fasern anheftet.
Die Teilchen können
an einem Ort in dem Verfahren stromaufwärts von der Auftragung des
Aktivierungsfluids an Ort 96 aufgetragen werden. Alternativ
kann das aktivierende Fluid gleichzeitig mit der Zugabe von Teilchen
zugegeben werden, sodass die Aktivierung gleichzeitig mit der Zugabe
der Teilchen auftritt. Das aktivierende Fluid kann auch, nachdem
die Teilchen zu den Fasern gegeben werden, zugesetzt werden. Außerdem kann
das Bin demittel an speziell definierten Orten auf dem Band 92 aktiviert werden,
wie in Zielzonen des Absorptionsmittelkerns eines Produkts, wobei
die Teilchen dann nur auf diese Zielzonen aufgetragen werden, unter
Minimieren des Abfalls an teilchenförmigem Material. Ein spezielles
Beispiel einer Zielzone ist der Zwickelbereich einer Windel, wo
die meiste Windelnässe
stattfinden würde.
Die Auftragung von Superabsorptionsmittelteilchen auf eine solche
Zone ordnet diese Teilchen an einem Ort an, wo sie am verwendbarsten
beim Absorbieren von Flüssigkeit
sind. Das Band 92, mit oder ohne andere Komponenten, des
Endverbraucherprodukts wird dann zu dem Verbraucherprodukt verarbeitet,
sodass es in einer Wegwerfwindel 100 eingeschlossen ist.
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Wiederum
kann mit diesem Ansatz der Endverbraucher der Fasern leicht Teilchen
auswählen,
die auf sein Produkt aufgetragen werden können und kann das Bindemittel
zur Erhöhung
der wirksamen Produktion des Verbraucherprodukts erforderlichenfalls
aktivieren. Zusätzlich
hat der Verbraucher Flexibilität
beim Luftbeschichten oder anderweitigem Kombinieren der Bindemittel-enthaltenden
Fasern zu einem fertigen Produkt mit den gewünschten teilchenförmigen Stoffen.
Die Bindemittel-enthaltenden Fasern werden, weil die Bindemittel alle
in Wasser löslich
sind, vorzugsweise nicht nass gelegt, weil Nasslegen mindestens
etwas des Bindemittels entfernen würde. Nicht nur werden Handhabung
und Transport der Teilchen-enthaltenden Produkte durch den Hersteller
des Zellstoffbogen vermieden, sondern es ergibt sich auch verstärkte Anhaftung
der Teilchen an die Fasern, weil die Teilchen nicht mechanischen
Kräften
zwischen dem Ort der Faserherstellung und dem Ort, an dem die teilchenförmigen Materialien
zugegeben werden, unterzogen werden.
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II. Faser-Eigenschaften
-
Die
vorliegende Erfindung schließt
ein Verfahren zum Binden von Teilchen an Fasern, und das Produkt,
einschließlich
Absorptionsmittelendprodukte, die durch ein solches Verfahren hergestellt
wurden, ein. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Produkt
eine Cellulosefaser oder Syn thesefaser, an die Superabsorptionsmittel-Hydrogelpolymerteilchen
durch ein Bindemittel und Absorptionsmittelprodukte, die daraus
hergestellt werden, anhaften. Geeignete Fasern schließen Holzzellstofffasern,
die aus gut bekannten chemischen Verfahren, wie den Kraft- und Sulfitverfahren,
erhalten werden können,
ein. Die Erfindung schließt auch
eine Kombination von Holzzellstoff und bestimmten Bindemitteln ein,
welche für
den Zweck dieser Kombination dichte Fasern in Walzenform oder Ballenform
mit einem Grundgewicht von mindestens 350 Gramm pro Quadratmeter
(g/m2) sind. Die dichten Fasern haben eine
Dichte von mindestens 400 kg/m3. Bevorzugte dichte
Fasern sind Holzzellstofffasern oder Nadelholz-Cellulosefasern.
Die Cellulosefasern können
chemisch oder thermomechanisch oder chemithermomechanisch oder Kombinationen
davon sein. Die bevorzugte Cellulosefaser ist chemisch. Bei diesen
Verfahren wird das beste Ausgangsmaterial aus einer Langfaser-Koniferenholzspezies,
wie Pinie, Douglastanne, Fichte und Hemlock, hergestellt. Holzzellstofffasern
können
auch aus mechanischen Verfahren, wie Holzschliff, mechanischen,
thermomechanischen, chemimechanischen und chemithermomechanischen
Zellstoffverfahren, erhalten werden. Die Fasern werden vorzugsweise
gedehnt, beispielsweise mit einem Länge-zu-Breite-Verhältnis von
10:1 bis 5:1.
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Die
Fasern der vorliegenden Erfindung schließen auch Fasern ein, die vor
der Anwendung auf ein Bindemittel zu den Fasern vorbehandelt werden.
Diese Vorbehandlung kann physikalische Behandlung, wie Unterziehen
der Fasern Dampf- oder chemischer Behandlung, wie Vernetzen der
Fasern, einschließen.
Obwohl nicht als Begrenzung aufzufassen, schließen Beispiele des Vorbehandelns
von Fasern die Auftragung von Flammverzögerungsmitteln auf die Fasern,
wie durch Sprühen
der Fasern mit Flammverzögerungschemikalien,
ein. Spezielle Flammverzögerungschemikalien
schließen
zum Beispiel Natriumborat/Borsäure,
Harnstoff, Harnstoff/Phosphate, usw., ein. Zusätzlich können die Fasern mit Tensiden
oder anderen Flüssigkeiten,
wie Wasser oder Lösungsmitteln,
die die Oberfläche
der Fasern modifizieren, vorbehandelt werden. Andere Vorbe handlungsmittel
schließen
das Aussetzen von antimikrobiellen Mitteln oder Pigmenten ein.
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Die
Fasern können
auch in einer Weise vorbehandelt werden, die ihre Benetzbarkeit
erhöht.
Die Fasern können
auch mit herkömmlichen
vernetzenden Materialien vorbehandelt werden und können, falls
erwünscht,
verdreht oder gekräuselt
werden. Vorbehandeln von Cellulosefasern mit Chemikalien, was Lignin- oder
Cellulose-reiche Faseroberflächen
ergibt, kann auch in herkömmlicher
Weise durchgeführt
werden.
-
Bleichverfahren,
wie Chlor- oder Ozon/Sauerstoffbleichen, können auch beim Vorbehandeln
der Fasern verwendet werden. Zusätzlich
können
die Fasern auch durch Aufschlämmen
der Fasern in Bädern,
die verschiedene Lösungen
enthalten, vorbehandelt werden, beispielsweise antimikrobielle Lösungen (wie
Lösungen
von antimikrobiellen Teilchen, wie nachstehend angeführt) sowie
Lösungen
von Düngemitteln
und Pestiziden und/oder Duftstoffen und Geschmacksstoffen zur Freisetzung über die
Zeit während
der Lebensdauer der Fasern. Fasern, vorbehandelt mit anderen Chemikalien,
wie thermoplastischen und thermohärtenden Harzen, können auch
verwendet werden. Kombinationen von Vorbehandlungen können auch
mit den erhaltenen vorbehandelten Fasern angewendet werden, die
dann der Auftragung der Bindemittelbeschichtung in nachstehend erläuterter
Weise unterzogen werden.
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Holzschlifffasern,
wiederaufbereitete oder sekundäre
Holzschlifffasern und gebleichte und ungebleichte Holzzellstofffasern
können
verwendet werden. Einzelheiten der Herstellung von Holzzellstofffasern
sind dem Fachmann gut bekannt. Diese Fasern sind von einer Vielzahl
von Firmen, einschließlich
Weyerhaeuser Company, dem Anmelder dieser Erfindung, kommerziell
erhältlich.
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Die
Fasern können
auch beliebige einer Sorte anderer natürlicher oder synthetischer
Fasern sein, jedoch schließen
alle Fasern, an die Teilchen gemäß der vorliegenden
Erfindung gebunden werden, eine Wasserstoffbindungsfunktionalität ein. Dies
schließt
nicht das Vermischen solcher Fasern mit Fasern, denen diese Eigenschaft
mangelt, ein. Jedoch werden Fasern, denen eine Wasserstoffbindungsfunktionalität fehlt,
nicht Teilchen, die daran gebunden sind, mit der Festigkeit und
der Art der Bindungen, die vorliegen würden, wenn die Fasern eine
Wasserstoffbindungsfunktionalität
hätten,
aufweisen.
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Eine
Wasserstoffbindung ist eine zwischenmolekulare Kraft, die zwischen
Wasserstoffatomen vorkommt, die kovalent an kleine, stark elektronegative
Elemente (wie Stickstoff und Sauerstoff) und nichtbindende Elektronenpaare
an anderen solchen elektronegativen Elementen gebunden sind. Eine
Wasserstoffbindungsfunktionalität
ist eine funktionelle Gruppe, die ein Sauerstoff- oder Stickstoffatom
enthält,
beispielsweise Hydroxyle, Carboxyle, Sulfonsäuren, Sulfonamide, Ether, Ester,
Epoxide, Carbonyle, Amine, Urethane und andere, die eine Wasserstoffbindung
bilden können.
Die Orbitale der nichtbindenden Elektronenpaare des Sauerstoffs
oder Stickstoffs überlappen
mit der relativen Leere das 1s-Orbital des Wasserstoffs, der kovalent
an ein weiteres Stickstoff- oder Sauerstoffatom gebunden ist. Das
1s-Orbital des Wasserstoffs ist relativ leer, aufgrund des ungleichmäßigen Teilens
der Elektronen in der kovalenten Bindung zwischen ihnen und dem
kleinen elektronegativen Atom (Sauerstoff oder Stickstoff), an das
sie gebunden sind.
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Spezielle
Beispiele für
natürliche
Fasern, die eine Wasserstoffbindungsfunktionalität enthalten, umfassen geschnitzelte
Seidenfasern, Holzcellulosefasern, Bagasse, Hanf, Jute, Reis, Weizen,
Bambus, Mais, Sisal, Baumwolle, Flachs, Kenaf, Torfmoos und Gemische
davon. Geeignete synthetische Fasern mit Wasserstoffbindungsfunktionalitäten schließen Acryl,
Polyester, carboxylierte Polyolefine, Rayon und Nylon ein. Die Wasserstoffbindungsfunktionalität ist ein
Ester in Acrylfasern und eine Carbonsäure in carboxylierten Polyolefinfasern,
ein Ester in Polyester, ein Amid in Nylon und ein Hydroxyl in Rayon.
Polyethylen und Polypropylen wären
ungeeignete Fasern zur Verwendung beim Teilchen-zu-Faser-Binden
in der erfindungsgemäßen Weise, weil
sie nur Kohlenstoffatome und Wasserstoffatome, ohne beliebige andere
Atome, wie Sauerstoffatome oder Stickstoffatome, die an Wasserstoffbindungen
teilhaben können,
einschließen.
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Der
Einfachheit halber und nicht als eine Begrenzung bezieht sich die
nachstehende Beschreibung auf die Behandlung von einzelnen chemischen
Holzzellstofffasern. Die Fasern werden, beispielsweise durch Zerfaserung
in einer Hammermühle,
vereinzelt. Solche einzelnen Fasern werden herkömmlich zu einer Matte geformt
und sind kommerziell erhältlich,
beispielsweise als NB 416 Fasern von der Weyerhaeuser Company. Eine
weitere geeignete Cellulosematte würde Rayfloc JLD von ITT Rayonier
einschließen.
Die Cellulosefasern können
in Form einer Cellulosebahn oder lockeren Cellulosefasern vorliegen.
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III. Teilchen-Eigenschaften
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden Teilchen zu den Fasern gegeben, um Fasern gewünschter Eigenschaften,
wie erhöhte
Absorptionsfähigkeit,
Abrieb oder antimikrobielle Aktivität, zu ergeben. Das Teilchen
kann beliebiges teilchenförmiges
Material sein, das die gewünschte
Eigenschaft aufweist und das Wasserstoffbindungen oder koordinative
kovalente Bindungen mit dem Bindemittel bilden kann. Wasserstoffbindungen
können,
wie vorstehend erörtert,
durch Teilchen gebildet werden, die bestimmte funktionelle Gruppen enthalten,
insbesondere jene mit einem Sauerstoff- oder Stickstoffatom. Koordinative
kovalente Bindungen werden im Gegensatz dazu durch Abgabe eines
einsamen Elektronenpaars an ein Atom zu einem leeren Orbital des
anderen Atoms gebildet. Koordinative kovalente Bindungen unterscheiden
sich von kovalenten Bindungen dadurch, dass kovalente Bindungen
durch ein Elektronenpaar gebildet werden, worin eines der Elektronen
von einem der Atome abgegeben wird, das an der Bindung teilnimmt.
Teilchen können
koordinative kovalente Bindungen bilden, wenn sie ein leeres p-
oder d- oder f-Orbital aufweisen, das ein Elektronenpaar von dem
Bindemittel aufnehmen kann.
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Eine
koordinative kovalente Bindung findet zwischen einem Donoratom,
das ein einsames Elektronenpaar zum Abgeben an die Bindung hat,
und einem Akzeptoratom, das ein leeres Orbital zum Aufnehmen des einsamen
Elektronenpaars von dem Donor hat, statt. Gemäß den Aufbau- und Pauli-Prinzipien
nehmen die Elektronen die Lappen (Keulen) der Atomorbitale eins, jeweils
mit einem Maximum von zwei Elektronen (mit entgegengesetzten Spins),
pro Lappen ein. Das grundlegendste Orbital ist das s-Orbital, das
für die
Bindung der Elemente in der ersten Reihe des Periodensystems verfügbar ist.
In der zweiten Reihe des Periodensystems werden Elektronen zuerst
das 2s-Orbital von Li und Be auffüllen. Jedoch Metalle in Perioden
geringer als drei haben keine ausreichende Affinität für Elektronen,
um an koordinativem kovalentem Binden teilzunehmen. Beginnend mit
Gruppe IIIB (Bor), nehmen die drei p-Orbitale an dem koordinativen
kovalenten Binden teil und die Lappen von den p-Orbitalen beginnen,
sich zu füllen.
Bor hat ein Elektron in einem der 2p-Orbitale; somit bleiben die
anderen 2p-Orbitale leer und verfügbar zum koordinativen kovalenten
Binden. Ein Beispiel eines koordinativen kovalent gebundenen Bor
enthaltenden Teilchens ist Borsäure,
welche als ein Adstringent, Antiseptikum und Flammverzögerungsmittel
verwendet wird. Wie nachstehend gezeigt, wirkt das Boratom von Borsäure als
ein Akzeptor für
ein einsames Elektronenpaar, das durch ein Sauerstoffatom von Polypropylenglycol
(PPG) angegeben wird, unter dabei Bilden einer koordinativen kovalenten
Bindung zwischen einem Borsäureteilchen
und einem PPG-Bindemittel. Die Beschreibung von Borsäure, die
nachstehend gezeigt wird, ist keine typische der wässerigen
Chemie von Bor, sondern wird eher zur Erläuterung des Bindungstyps bereitgestellt,
von dem angenommen wird, dass er in einer koordinativen kovalenten
Bindung auftritt.
-
Das
nächste
Element, Kohlenstoff, hybridisiert gewöhnlich, um ein Elektron in
dem 2s-Orbital aufzuweisen, und die drei verbleibenden Elektronen
werden einzeln in den drei p-Orbitalen angeordnet. Dies hinterlässt keine
leeren Lappen für
koordinatives kovalentes Binden und Elektronen-Additionen verlaufen
weiter über
die Reihe des Periodensystems, die auch keine leeren Lappen hinterlässt.
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-
Folglich
ist Bor das einzige Element in der zweiten Reihe des Periodensystems,
das koordinative kovalente Bindungen bilden kann.
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Nun
beginnt sich die dritte Reihe zu füllen und die zwei 3s-Elektronen
füllen
zuerst Natrium und Magnesium.
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Natrium
und Magnesium haben leere d-Orbitale, die zur Koordination zur Verfügung stehen.
Beispiele für
Magnesium-Koordinationsverbindungen
sind bekannt. Dann ordnet Aluminium, wie Bor, ein Elektron in einem
der 3p-Lappen an, und die anderen zwei 3p-Lappen sind leer und stehen
für koordinatives
kovalentes Binden zur Verfügung.
Der gleiche Trend setzt sich über
die dritte Reihe fort, jedoch haben die Elemente der dritten Reihe
auch fünf
verfügbare
3d-Lappen, sodass das Potenzial für koordinatives Binden vorliegt,
selbst wenn 3p-Orbitale
in der dritten Reihe besetzt sind. Folglich können A1, P, S und Cl ein Elektronenpaar
aus einem Elektronenpaardonor unter Bildung einer koordinativen
kovalenten Bindung aufnehmen. Ein Beispiel davon wird beim Binden
von PCl5, Aluminiumtrihydrat oder Phosphorpentasulfid
gefunden. Ein Phosphorpentasulfidteilchen kann zum Erhöhen der
Entflammbarkeit eines Produkts verwendet werden, während Aluminiumtrihydrat
ein Flammverzögerungsmittel
ist. Ein Beispiel einer koordinativ kovalent gebundenen Aluminiumverbindung
ist Aluminiumtrihydrat, das in einer koordinativen kovalenten Bindung
mit einem Polypropylenglycol-(PPG)-Polymer teilnehmen kann.
-
-
In
diesem Beispiel wirkt das Aluminiumatom von Aluminiumtrihydrat als
ein Elektronenakzeptor für
ein Elektronenpaar, das von einem Sauerstoffatom des Polypropylenglycol-(PPG)-Bindemittels
abgegeben wird. Die Beschreibung, die vorstehend für Aluminiumtrihydrat
gezeigt wird, ist nicht typisch für die wässerige Chemie von Aluminium,
sondern wird eher zum Erläutern
des Bindungstyps bereitgestellt, der in einer koordinativen kovalenten
Bindung auftreten kann.
-
In
der nächsten
Reihe wird das 4s-Orbital zuerst gefüllt, dann beginnen sich die
3d-Lappen – ein
Elektron pro Lappen – zu
füllen,
bis alle ein einzelnes, dann ein zweites Elektron zu jedem Lappen,
zugegeben haben, bis alle Lappen gefüllt sind. Jedoch 4p- und 4f-Orbitale
sind auch verfügbar;
folglich können
die Übergangselemente
koordinative kovalente Bindungen bilden.
-
Die
Elemente, die leere Orbitale aufweisen, die an koordinativem kovalentem
Binden teilnehmen, schließen
alle jene ein, ausgenommen die Metalle (was Wasserstoff ausnimmt)
in Perioden eins und zwei und C, N, O, F, Ne und He. Diese Metalle
haben keine ausreichende Affinität
für Elektronen
zum Teilnehmen an koordinativem kovalentem Binden. Besonders bevorzugte
Teilchen enthalten Bor, Aluminium, Eisen, Rhodium, Osmium, Platin
und Palladium und ganz besonders Bor. Beispiele für Teilchen,
die koordinativ kovalent binden können, sind Aluminiumtrihydrat,
Antimonoxid, Arsendisulfid, Wismutaluminat, Wismutjodidoxid, Wismutphosphat,
Wismutsubcarbonat, Wismutsubgallat, Cadmiumsalicylat, Chromcarbonat,
Chromhydroxid, Chromoxid und Chromphosphat. Alle von den erfindungsgemäßen polymeren
Bindemitteln [Polyglycole (wie PPG), Polycarbonsäuren (wie PAA), Poly(lacton)diole
(wie Poly(caprolacton)diol), Polyamide, Polyamine, usw.] können ein
einzelnes Elektronenpaar aus einem elektronegativen Atom, wie Sauerstoff
oder Stickstoff, abgeben, unter Bildung einer koordinativen kovalenten
Bindung mit einem geeigneten Teilchen, das ein Atom mit einem leeren Orbital
zum Aufnehmen von Elektronen, unter Bildung einer koordinativen
kovalenten Bindung, einschließt.
-
IV. Superabsorptionsmittel-Teilchen
-
In
einer offenbarten Ausführungsform
sind die zugegebenen Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen, die
Polymere umfassen, die bei Aussetzen von Wasser quellen und ein
hydratisiertes Gel (Hydrogel) beim Absorbieren großer Wassermengen
bilden. Superabsorptionsmittel werden hierin als Materialien definiert,
die die Fähigkeit
zeigen, große
Mengen Flüssigkeit
zu absorbieren; das heißt,
ein Überschuss
von 10 bis 15 Teilen Flüssigkeit
pro Teil davon. Diese Superabsorptionsmittel materialien fallen im
Allgemeinen in drei Klassen; nämlich
Stärke-Pfropf-Copolymere,
vernetzte Carboxymethylcellulosederivate und modifizierte hydrophile
Polyacrylate. Beispiele für
solche Absorptionsmittelpolymere sind hydrolysiertes Stärke-Acrylnitril-Pfropf-Copolymer,
ein neutralisiertes Stärke-Acrylsäure-Pfropf-Copolymer,
ein verseiftes Acrylsäureester-Vinylacetat-Copolymer,
ein hydrolysiertes Acrylnitril-Copolymer oder Acrylamid-Copolymer,
ein modifizierter, vernetzter Polyvinylalkohol, eine neutralisierte,
selbstvernetzende Polyacrylsäure,
ein vernetztes Polyacrylatsalz, carboxylierte Cellulose und ein
neutralisiertes, vernetztes Isobutylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymer.
-
Superabsorptionsmittelteilchen
sind kommerziell erhältlich,
beispielsweise Stärke-Pfropf-Polyacrylat-Hydrogel-Feinstoffe (IM 1000F)
von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA, oder größere Teilchen, wie Granulate.
Andere Superabsorptionsmittelteilchen werden unter den Handelsmarken
SANWET (bezogen von Sanyo Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha), SUMIKA
GEL (bezogen von Sumitomo Kagaku Kabushiki Kaisha, und welches Emulsions-polymerisiert
und kugelförmig
ist, entgegengesetzt zu Lösungs-polymerisierten,
vermahlenen Teilchen), FAVOR (bezogen von Stockhausen, Greensboro,
North Carolina) und NORSOCRYL (bezogen von Atochem), vermarktet.
Die Superabsorptionsmittelteilchen kommen in einer Vielzahl von
Größen und Morphologien,
beispielsweise IM 1000 und IM 1000F, vor. Das 1000F ist feiner und
wird durch ein 200-Mesh-Sieb passen, wohingegen IM 1000 einige Teilchen
aufweist, die nicht durch ein 60-Mesh-Sieb passen werden. Eine weitere
Art von Superabsorptionsmittelteilchen ist IM 5600 (agglomerierte
Feinstoffe). Superabsorptionsmittel, teilchenförmige hydrophile Polymere,
werden auch genauer in US-Patent Nr. 4 102 340 beschrieben. Das
Patent offenbart Hydrokolloid-Absorptionsmittelmaterialien, wie
vernetzte Polyacrylamide.
-
V. Andere Teilchen
-
Viele
Teilchen, die Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen
bilden, sind zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet.
Einige solcher Teilchen wer den in Tabelle I mit einem Hinweis der
Funktion der angeführten
Teilchen angeführt.
Die in Tabelle I angeführten
Teilchen sind in Wasser unlösliche
Teilchen. Tabelle
I In
Wasser unlösliche,
teilchenförmige
Stoffe zum Binden
Name | Funktion |
Aluminiumtrihydrat | Flammverzögerungsmittel,
Adstringent |
Acediasulfon | Antibakterielles
Mittel |
Agarinsäure | Antitranspirant |
Alclometaston | Örtliches
Antientzündungsmittel |
Calciumalginat | Örtliches
Hämostatikum |
Amidomycin | Fungizid |
Antimonoxid | Flammverzögerungsmittel |
Apigenin | Gelber
Farbstoff, ätzend |
Arsendisulfid | Rotes
Pigment |
Aspirin | Antientzündungsmittel;
Antipyretikum |
Azanindazol | Antiprotozokum
(Trichomonas) |
Azelainsäure | Antiaknemittel |
Baicalein | Adstringent |
Bendazac | Antientzündungsmittel |
Benomyl | Fungizid;
Ascarizid |
Benzestrol | Östrogen |
Benzylpenicillinsäure | Antibakteriell |
Benzylsulfamid | Antibakteriell |
Bergapten | Antipsoriatisch |
Betasin | Jodquelle |
Bezitramid | Narkotikum
Analgetikum |
Bibrocathol | Örtliches
Antiseptikum |
Bietanautin | Antihistaminikum |
Bifenox | Herbizid |
Bifonazol | Antifungal |
Binapacryl | Fungizid,
Mitizid |
Bis(p-chlorphenoxy)methan | Mitizid |
(Tabelle
I Fortsetzung)
Name | Funktion |
Wismutaluminat | Antazid |
Wismutjodidoxid | Anti-infektiv |
Wismutphosphat | Antazid;
Schutzmittel |
Wismutsubcarbonat | Örtliches
Schutzmittel |
Wismutsubgallat | Astringent,
Antazid; Schutzmittel |
Bisphenol
A | Fungizid |
Bitertanol | Landwirtschaftliches
Fungizid |
Bithionol | Örtlich anti-infektiös |
Bromacil | Herbizid |
Bromadiolon | Rodentizid |
Bromcresolgrün | Indikator |
Bromcresolrot | Indikator |
Bromethalin | Rodentizid |
p-Bromacetanilid | Analgetikum;
Antipyretikum |
3-Brom-d-campher | Örtliches
Gegenreizmittel |
Bromophos | Insektizid |
Brompropylat | Akarizid |
5-Bromsalicyl-hydroxamsäure | antibakteriell
(Tuberkulosestatikum) |
5-Bromsalicylsäure-acetat | Analgetisch |
Bromosaligenin | Antientzündlich |
Bromthymolblau | Indikator |
Broxychinolin | Antiseptikum;
Desinfektionsmittel |
Bucetin | Analgetisch |
Bumadizon | Analgetisch;
antientzündlich;
antipyretisch |
Bupirimat | Fungizid |
Busulfan | Karzinogen,
Insektensterilisationsmittel, antineoplastisch |
Butamben | Örtlich anästhetisch |
Butrylin | Insektizid |
Butyliertes
Hydroxy-anisol | Antioxidant
(BHA) |
(Tabelle
I Fortsetzung)
Name | Funktion |
Butylparaben | Pharmazeutische
Hilfe; Nahrungskonservierungsmittel |
4-tert-Butylphenylsalicylat | Leichtes
Absorptionsmittel |
Cacothelin | Indikator |
Cactinomycin | Antineoplastisch |
Cadmiumsalicylat | Antiseptisch |
Calamin | Hautschutzmittel |
Calciumcarbonat | Antazid |
Calciumsaccharat | Pharmazeutische
Hilfe |
Calciumtartrat | Konservierungsmittel;
Deodorant; Antazid |
Cambendazol | Anthelmintisch |
Candicidin | Örtlich antifungal |
Candidin | Örtlich antifungal |
Capsaicin | Örtlich analgetisch |
Captan | Fungizid;
Bakteriostat |
Carbadox | Antimikrobiell |
Carbamazepin | Antikonvulsant;
analgetisch |
Carbarson | Antiamöbisch |
Carbaryl | Kontaktinsektizid |
Carbazochromsalicylat | Antihämorrhagisch |
Carbendazim | Fungizid |
Carbochloral | Hypnotisch |
Carbophenothion | Mitizid;
Insektizid |
Carbochon | Antineoplastisch |
Carisoprodol | Skelettmuskelrelaxant |
Carthamin | Farbstoff |
Carvacrol | Desinfektionsmittel |
Cephalin | Örtlich hämostatisch |
Chalcomycin | Antibiotisch |
Chartreusin | Antibiotisch |
Chitin | Heilmittel |
Chloramben | Herbizid |
Chloramphenacol | |
(Tabelle
I Fortsetzung)
Name | Funktion |
palmitat | Antimikrobiell |
Chloranil | Fungizid |
Chlorbetamid | Antiamöbisch |
Chlordimeform | Insektizid |
Chlorfenac | Herbizid |
Chlorfenethol | Acarizid |
Chlorhexidin | Örtlich antibakteriell |
Chlorazodin | Antibakteriell; örtlich anästhetisch |
Chlorophacinon | Antikoagulans
Rodentizid |
p-Chlorphenol | Antiseptisch |
Chlorothricin | Antibiotisch |
Chlorotrianisen | Östrogen |
Chloroxylenol | Antiseptisch;
Germizid |
Chlorphenesin | Örtlich antifungal |
Chlorphenesincarbamat | Relaxant
(Skelettmuskel) |
Chlorphenoxamid | Antiamöbisch |
Chlorpropamid | Antidiabetisch |
Chlorpyrifos | Insektizid |
Chlorchinaldol | Örtlich antibakteriell |
Chlorsulfuron | Herbizid |
Chlorothion | Insektizid |
Chlozoxazon | Relaxant |
Cholesterin | Pharmazeutische
Hilfe |
Chromcarbonat | Pigment |
Chromhydroxid | Pigment |
Chromoxid | Abriebmittel |
Chromphosphat | Grünes Pigment |
Chrysammininsäure | Explosiv |
Chrysarobin | Antipsoriatisch |
Cilastazol | Antithrombotisch |
Cinoxat | Sonnenschutzmittel |
-
Andere
geeignete, in Wasser unlösliche
Teilchen schließen
Proteine, Vitamine, Zeolithe und Siliziumdioxid ein, wobei jedes
davon elektronegative Atome, wie Sauerstoff- oder Stickstoffgruppen, oder beides,
enthält.
Ein Beispiel eines geeigneten Zeoliths ist Abscents-Geruch-Absorptionsmittel,
erhältlich
von UOP, Tarrytown, New York. Ein Beispiel eines geeigneten antimikrobiellen
Teilchens ist Chlorhexidin (N,N''-Bis(4-chlorphenyl)-3,12-diimino-2,4,11,13-tetraazatetradecandiimidamid).
Die Liste in Tabelle I ist keinesfalls erschöpfend, da leicht für jede Art
der Teilchen bestimmt werden kann, ob sie eine Wasserstoffbindung
oder eine koordinative kovalente Bindung bilden kann. Viele der
Teilchen sind nicht-absorbierende oder nicht superabsorbierende
Polymere.
-
Die
in Tabelle I angeführten
Teilchen haben chemische Eigenschaften, die sie zum Binden an Fasern mit
den in der Erfindung verwendeten Bindemitteln geeignet machen. Die
angeführten
Teilchen sind organische oder anorganische Verbindungen, die wenig
oder keine Wasserlöslichkeit
aufweisen, noch die Fähigkeit, an
Wasserstoff zu binden. Die Wasserlöslichkeit ist vorzugsweise
niedrig; beispielsweise weniger als 10 g lösen sich vollständig in
300 ml Wasser bei 25°C,
bevorzugter weniger als etwa 1 g in 300 ml bei 25°C. Diese niedrige
Löslichkeit
erlaubt es den Teilchen, fest zu verbleiben, und die Wasserstoffbindungskapazität ermöglicht es
ihnen, an den Fasern auch in Fällen
zu haften, wenn ein wässeriges
Bindemittel verwendet wird. Einmal gebunden, verbleiben die Teilchen
im Wesentlichen in einer diskreten Teilchenform, anstelle sich aufzulösen oder
zu verbinden. Folglich, einmal gebunden, sind die Teilchen eher
diskret als verbunden.
-
Viele
in Wasser lösliche
Teilchen, die in der Lage sind, Wasserstoffbindungen oder koordinative
kovalente Bindungen zu bilden, sind zur Verwendung mit den in der
Erfindung zu verwendenden Bindemitteln geeignet. Einige solche in
Wasser lösliche
Teilchen werden in Tabelle II angeführt, mit einem Hinweis auf
die Funktion der angeführten
Teilchen. Tabelle
II Teilchenförmige Stoffe
zum Binden
Name | Funktion |
Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) | Geruchsabsorptionsmittel |
Dinatriumsalz
von EDTA | Chelator |
Natriumbicarbonat | Geruchsabsorptionsmittel/pH-Modifzierungsmittel |
Acarbose | Antidiabetisches
Mittel |
Rcefyllin-Piperazin | Bronchodilatator |
Acenocumarol,
Natriumsalz | Antikoagulans |
Acephat | Insektizid |
Acetaminophen | Analgetikum |
Acetylleucinmonoethanolamin | Antivertigomittel |
Säure Violett
7B | Farbstoff/Färbemittel |
Acitretin | Antipsoriatikum |
Acranil | Antiprotozoamittel
(Giardia) |
Acriflavin | Anti-Infektionsmittel |
Actaplanins | Wachstumsstimulans |
Algeston-Acetophenid | Antiaknemittel |
Algin | Hämostatikum |
Almagat | Antisäuremittel |
(–)-Ambroxid | Duftmittel |
Ambucainhydrochlorid | Lokalanästhetikum |
Amodiaquin | Antimalariamittel |
Anabasinhydrochlorid | Insektizid |
o-Anisaldehyd | Duftstoff |
Anisomycinhydrochlorid | Örtliches
Antitrichomonasmittel |
Aralkoniumchlorid | Antiseptikum,
Germizid |
Asiaticosid | Dermatid,
Wunden, Brände |
Aspartam | kalorienfreies
Süßungsmittel |
Azidoamphenicol | Antimikrobiell
bei Augeninfektionen |
Berbeerin | Antimalariamittel |
(Tabelle
II Fortsetzung)
Name | Funktion |
Kaliumbenzoat | Konservierungsmittel,
Antipilzmittel |
Benzoylperoxid | Dermatid,
Antiaknemittel |
Benzylidenaceton | Duftstoff |
Bidrin | Insektizid |
Biphenaminhydrochlorid | Antiseborrhetikum |
Bishydroxycumarin | Antikoagulans |
Wismuttribromphenat | Örtliches
Antiseptikum |
Blasticidin-S-hydrochlorid | Antimikrobielles
Mittel |
Bromcresylgrün | Indikator |
Bromphenolblau | Indikator |
Butathaminhydrochlorid | Anästhetikum |
Koffeinhydrochlorid | CNS-Stimulans |
Calciumascorbat | Vitamin-C/Calciumquelle |
Calciumbisulfit | Germizid |
Calciumthioglycollat | Depilatorium |
Carbachol | Ophthalmisches
Parasympathomimetikum |
Carbowax | Salbengrundlage |
Cetalkoniumchlorid | Antibakterielles
Mittel |
Cethoxoniumbromid | Antiseptikum |
Chartreusin | Antimycobakterielles
Mittel |
Chloramin-T- | Örtliches
Antiseptikum |
Zimtsäure | Duftstoff |
Cotarninchlorid | Hämostatikum |
Demercariumbromid | Örtliches
Antiglaukom |
D-2-Desoxyribose | DNA-Synthese |
Dequaliniumchlorid | Antiseptikum |
Dermostatin | Antifungales
Mittel |
Dexamethason | Glucocorticoid |
Diacetonacrylamid | Mfr-Beschichtungen,
Klebstoffe |
2,4-Diamino-6-hydroxypyrimidin | Indikator
für Nitrate/Nitrite |
2,4-Diaminophenol- | Photographischer |
(Tabelle
II Fortsetzung)
Name | Funktion |
dihydrochlorid | Entwickler |
Diamthazoldihydrochlorid | Antipilzmittel |
Diatrizoatnatrium | Diagnostische
Hilfe |
Dibekacinsulfat | Antibakterielles
Mittel |
Dinatrium-4',5'-dibromfluorescein | FDA-geprüfter Farbstoff |
3,5-Dibrom-4-hydroxybenzolsulfonsäure, Natriumsalz | Örtliches
Desinfektionsmittel |
Dibrompropamidin | Kosmetisches
Konservierungsmittel |
Diflorason | Örtliches
Antientzündungsmittel |
Dihydroxyaceton | Künstliches
Bräunungsmittel |
Diisobutylnatriumsulfosuccinat | Netzmittel/Waschmittel |
Dikegulac | Pflanzenwachstumsregulator |
Dimethisoquin | Örtliches
Anästhetikum |
Diphenicillinnatrium | Antibakterielles
Mittel |
Diphetarson | Antiamöbikum |
Dipyron | Antialgetikum,
antipyretisches Mittel |
Diquatdibromid | Herbizid,
Defoliant |
Dodin | Fungizid |
Domiphenbromid | Örtliches
antiinfektives Mittel |
Dulcin | kalorienfreies
Süßungsmittel |
Dymixal® | Örtliche
Brandbehandlung |
Ecognidin | Örtliches
Anästhetikum |
Edetische
Säure | Antioxidans |
Edoxudin | Antivirales
Mittel |
Ellagische
Säure | Hämostatikum |
Endothal | Herbizid,
Defoliant |
Eosin
I bläulich | Farbstoff |
(Tabelle
II Fortsetzung)
Name | Funktion |
Eosin
gelblich | Kosmetischer
Farbstoff |
Erythrosin | Lebensmittelfarbstoff |
Esculin | Hautschutzmittel |
Ethacridin | Antiseptikum |
Ethambutolhydrochlorid | Antibakterielles
Mittel (Tuberkulostatikum) |
Ethamsylat | Hämostatikum |
Ethylidendicumarol | Antikoagulans |
Ethylstilbamin | Antiprotozoal |
Euprocindihydrochlorid | Örtliches
Anästhetikum |
Fast
green FCF | Lebensmittelfarbstoff |
Fenticonazolnitrat | Örtliches
Antipilzmittel |
Eisen(II)albuminat | Hämatinisches |
Eisen(II)chloridhexahydrat | Adstringent,
blutstillendes Mittel |
Eisen(II)formiat | Silagekonservierungsmittel |
Ferrulische
Säure,
Natriumsalz | Nahrungsmittelkonservierungsmittel |
Fluorescein,
Dinatriumsalz | Diagnostische
Hilfe |
Fluoridamid | Pflanzenwachstumsverzögerungsmittel |
Forminitrazol
(Trichomonas) | Antiprotozoal |
Fortimicin(e) | Antibakterielles
Mittel |
Foscarnetnatrium | Antivirales
Mittel (HIV-1) |
Fosetyl
A1 | Systemisches
Fungizid |
Fungichromin | Örtliches
Antipilzmittel |
Gallussäure | Adstringent,
blutstillend |
Gentian
violett | Örtliches
anti-infektiöses
Mittel |
Gluconolacton | Reiniger |
Gossypol | Kautschuk-Antioxidans |
Heparin | Antikoagulans |
Hexamethylolmelamin | Flammverzögerungsmittel |
Hexamidin | Antiseptikum,
Anti-Akne |
Homatropin | Anticholinerges
Mittel |
(Tabelle
II Fortsetzung)
Name | Funktion |
(ophthalmisch) | |
Hydrastininhydrochlorid
Hydrocortisonphosphat, | Uterines
Hämostatikum |
Dinatriumsalz | Glucocorticoid |
Hydrochininhydrochloridhemihydrat | Depigmentor |
Hydroxyamphetamin-Hydrobromid | Adrenerges
Mittel (ophthalmisch) |
Hydroxybutyranilid | Antioxidans |
3-Hydroxycampher-1-(hydroxymethyl)-5,5-dimethylhydantoin | Örtliches
Antipruritikum Kosmetisches Konservierungsmittel |
8-Hydroxychinolinsulfat | Antitranspirans,
Deodorans |
Jodsäure | Adstringent |
Itraconazol | Antipilzmittel |
Kanamycin(e) | Antibakterielles
Mittel |
Kermesinsäure | Farbstoff |
Kojicsäure | Geschmacksverstärker |
Laccaicsäure | Carminfarbstoff |
Milchsäure | Acidulans |
Lakmus | Indikator |
L-Lysin-L-glutamat | Geschmackszusatz |
Lyxoflavin | Nahrungsmittel,
Wachstumsvorstufe |
Malclurin | Farbstoff |
Malachitgrün | Farbstoff |
Maltol | Geschmacksverstärker |
Maneb | Landwirtschaftliches
Fungizid |
Manganacetat | Beize |
Meraleinnatrium | Örtliches
anti-infektiöses
Mittel |
sowie eine Vielzahl anderer, einschließlich eines
breiten Bereichs anorganischer Salze.
-
Die
Liste in Tabelle II ist nicht als erschöpft aufzufassen, da man leicht
für jede
Art des Teilchens bestimmen kann, ob es in der Lage ist, eine Wasserstoffbindung
oder eine koordinative kovalente Bindung zu bilden. Alle oder die
meisten der Teilchen sind nicht-absorbierende oder nichtsuperabsorbierende
Polymere. Die Löslichkeit
der Teilchen in Wasser und Bindemittel kann leicht bestimmt werden;
beispielsweise in chemischen Standard-Bezugsmaterialien.
-
Die
in Tabelle II angeführten
Teilchen haben chemische Eigenschaften, die sie zum Binden an Fasern mit
in der Erfindung verwendeten Bindemitteln geeignet machen. Die angeführten Teilchen
sind organische oder anorganische Verbindungen, die in Wasser löslich sind,
jedoch die Fähigkeit
aufweisen, an Wasserstoff zu binden. Die Wasserlöslichkeit ist vorzugsweise
hoch. Mit wasserlöslich
ist gemeint, dass mehr als etwa 10 g der Teilchen sich in 300 ml
Wasser bei 25°C
lösen werden.
Der Bereich der Löslichkeit
kann sich beispielsweise von einer unteren Grenze von 10 g in 300
ml Wasser bei 25°C
zu einer oberen Grenze erstrecken, in der die Teilchen in allen
Verhältnissen
mit Wasser bei 25°C
mischbar sind. Diese hohe Löslichkeit
erlaubt den Teilchen, sich zu lösen,
wenn sie wässerigen
Flüssigkeiten,
wie Harn, ausgesetzt sind, jedoch ermöglicht ihnen die Wasserstoffbindungskapazität, an den
Fasern in Gegenwart des Bindemittels, allerdings in Abwesenheit von
wässeriger
Flüssigkeit
während
der Verwendung durch einen Endverbraucher, nach dem das Herstellungsverfahren
abgeschlossen ist, zu haften. Obwohl gebunden, verbleiben die Teilchen
im Wesentlichen in einer diskreten Teilchenform, anstelle des Auflösens oder
Verbindens, mindestens, bis sie einer wässerigen Flüssigkeit ausgesetzt sind. Die
Teilchen sind eher diskret, als agglomeriert, obwohl in Abwesenheit
einer wässerigen
Flüssigkeit
gebunden. Wenn die Teilchen den Fasern mit Bindemittel in flüssiger Form
ausgesetzt sind, wird für
die Teilchen zum Beibehalten ihrer Teilchenform vorzugsweise ein
Bindemittel derart ausgewählt,
dass die Teilchen in dem Bindemittel kaum löslich sind. Mit schlecht löslich ist
gemeint, dass nicht mehr als etwa 5 g der Teilchen sich in 300 ml
des Bindemittels bei 25°C
lösen.
Teilchen können
in dem Bindemittel löslich
sein, so lange eine ausrei chend kleine Menge Bindemittel verwendet
wird, sodass ein wirksamer Teil der Teilchen in Teilchenform verbleibt.
-
Die
Menge der zu den Fasern zugefügten
Teilchen kann breit variieren, beispielsweise von 0,05 bis 80 Prozent,
auf das Gesamtgewicht des fibrösen
Materials und der Teilchen. Antimikrobielle Mittel, wie Chlorhexidin
oder andere Nichtabsorptionsmittelteilchen, sind in sehr niedrigen
Mengen, wie 0,05 bis 10 Prozent, wirksam. Superabsorptionsmittelteilchen
werden vorzugsweise in einer Menge von 3–70 Prozent, insbesondere 20–40 Gewichtsprozent,
der fibrösen
Materialien und Teilchen zugesetzt. Die Teilchen können kombiniert
werden, um mehr als eine Art Teilchen, beispielsweise Superabsorptionsmittel-
und Nichtsuperabsorptionsmittelteilchen, oder zwei Arten von Superabsorptionsmittelteilchen
einzuschließen.
Wenn zwei Arten Teilchen verwendet werden, wird das Gesamtgewicht
der Teilchen 80 Prozent, auf das Gesamtgewicht des fibrösen Materials
und der Teilchen, nicht übersteigen.
-
VI. Polymere Bindemittel-Eigenschaften
-
Die
Teilchen können
an Fasern durch ein polymeres Bindemittel gebunden sein, das in
Wasser löslich sein
kann, ausgewählt
aus einer vorbestimmten Gruppe von polymeren Bindemitteln. Die polymeren
Bindemittel umfassen Bindemittelmoleküle, wobei die Bindemittelmoleküle mindestens
eine Wasserstoffbindungsfunktionalität oder koordinative kovalente
Bindung-bildende Funktionalität
aufweisen. Das polymere Bindemittel kann wiederkehrende Einheiten
umfassen, worin jede wiederkehrende Einheit des Polymers vorzugsweise,
jedoch nicht notwendigerweise, mindestens eine Wasserstoffbindungsfunktionalität oder koordinative
kovalente Bindung-bildende Funktionalität einschließt. Gemäß der vorliegenden Erfindung
schließen
die vorbestimmten Gruppen an polymeren Bindemitteln die Gruppe von
Bindemitteln ein, die aus Polyglycolen [insbesondere Poly(propylenglycol)],
einer Polycarbonsäure,
einem Polycarboxylat, einem Poly(lacton)polyol, wie Diolen, einem Polyamid,
einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, einem Polysulfonat und
Kombinationen davon, besteht. Spezielle Beispiele für einige
von diesen Bindemitteln sind ohne Begrenzung die nachstehenden:
Polyglycole können
Polypropylenglycol (PPG) einschließen; Poly(lacton)diole schließen Poly(caprolacton)diol
ein; Polycarbonsäure
schließt
Polyacrylsäure
(PAA) ein; Polyamide schließen
Polyacrylamid oder Polypeptide ein; Polyamine schließen Polyethylenimin
und Polyvinylpyridin ein; Polysulfonsäuren oder Polysulfonate schließen Poly(natrium-4-styrolsulfonat)
oder Poly(2-acrylamido-methyl-1-propansulfonsäure) ein; und Copolymere davon
(beispielsweise Polypropylenglycol/Polyethylenglycol-Copolymer).
Das polymere Bindemittel hat typischerweise wiederkehrende Einheiten.
Die wiederkehrende Einheit kann das Gerüst einer Verbindung, wie bei einem
Polypeptid, sein, wobei die wiederkehrenden Polyamide in der Peptidkette
auftreten. Die wiederkehrende Einheit kann sich auch auf Einheiten
beziehen, die von Gerüsten
verschieden sind, beispielsweise wiederkehrende Acrylsäureeinheiten.
In einem solchen Fall können
die wiederkehrenden Einheiten gleich oder verschieden sein. Das
Bindemittelmolekül
hat eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative
kovalente Bindung mit Teilchen bilden kann, und eine funktionelle
Gruppe, die eine Wasserstoffbindung mit den Fasern bilden kann.
-
Wenn
hierin verwendet, ist das Polymer ein durch chemische Einheit von
5 oder mehreren, gleichen oder verschiedenen kombinierenden Einheiten
(Monomeren) gebildetes Makromolekül. Ein Polyamin ist ein Polymer,
das funktionelle Amingruppen enthält und ein Polyamid ist ein
Polymer, das funktionelle Amidgruppen enthält. Jedes von den Bindemitteln
hat eine Wasserstoffbindungs- oder eine koordinative kovalente Bindungsfunktionalität. Die Funktionalität kann ein
Hydroxyl, ein Carboxyl, ein Carboxylat, eine Sulfonsäure, ein
Sulfonat, ein Amid, ein Ether, ein Amin oder Kombinationen davon
sein. Diese Bindemittel können
Wasserstoffbindungen bilden, weil sie eine funktionelle Gruppe aufweisen,
die ein elektronegatives Element, wie ein Sauerstoffatom oder ein
Stickstoffatom, enthält.
-
Das
Polyglycol hat wiederkehrende Ethereinheiten mit den Hydroxylgruppen
an den endständigen
Enden des Moleküls.
Die Polycarbonsäure,
wie Polyacrylsäure,
hat eine wiederkeh rende Carboxylgruppe, worin ein Wasserstoffatom
an ein elektronegatives Sauerstoffatom gebunden ist, unter Erzeugung
eines Dipols, der das Wasserstoffatom teilweise positiv geladen
hinterlässt.
Das Polyamid (wie ein Polypeptid) oder Polyamin hat eine wiederkehrende
Gruppe NR, worin ein Wasserstoffatom an ein elektronegatives Stickstoffatom
gebunden sein kann, das auch den Wasserstoff teilweise positiv geladen
hinterlässt.
Das Wasserstoffatom kann in beiden Fällen dann mit einem elektronegativen
Atom, insbesondere ein Sauerstoffatom oder Stickstoffatom, an dem
Teilchen oder an der Faser, unter Bildung einer Wasserstoffbindung,
die an dem Bindemittel an dem Teilchen und Faser anhaftet, in Wechselwirkung
treten. Das elektronegative Sauerstoffatom oder Stickstoffatom des
Bindemittels kann auch eine Wasserstoffbindung mit Wasserstoffatomen
in dem Teilchen oder in der Faser bilden, welches positive Dipole
aufweist, induziert durch elektronegative Atome, wie Sauerstoffatome oder
Stickstoffatome, an die das Wasserstoffatom gebunden ist. Das Polyamid
hat auch eine Carbonylgruppe mit einem elektronegativen Sauerstoffatom,
das mit Wasserstoffatomen in den Teilchen oder Fasern in Wechselwirkung
treten kann. Somit können
die polymeren Bindemittel die Wasserstoffbindung (a) zwischen den
Fasern und Bindemittel und (b), im Fall von Teilchen mit Wasserstoffbindungsfunktionalitäten, zwischen
dem Bindemittel und den Teilchen verstärken.
-
Alternativ
kann das polymere Bindemittel eine koordinative kovalente Bindung
mit Teilchen und einer Wasserstoffbindung an den Fasern bilden.
Beispielsweise haben das Sauerstoffatom oder Stickstoffatom an dem
Bindemittel ein ungebundenes Elektronenpaar, das an ein leeres Orbital
in dem Teilchen, unter Bildung einer koordinativen kovalenten Bindung,
abgegeben werden kann. Beispielsweise kann ein freies Elektronenpaar
an das Sauerstoffatom oder Stickstoffatom zu dem leeren p-Orbital
eines Bor-enthaltenden Teilchens abgegeben werden, unter Bildung
einer koordinativen kovalenten Bindung, die an dem Teilchen an das
Bindemittel anhaftet. Die Fasern selbst enthalten funktionelle Gruppen,
die Wasserstoffbindungen mit dem Bindemittel bilden können und
dem Bindemittel er lauben, an der Faser anzuhaften. Cellulose- und
Synthesefasern beispielsweise können
Hydroxyl-, Carboxyl-, Carbonyl-, Amin-, Amid-, Ether- und Estergruppen
enthalten, die Wasserstoff mit den Hydroxyl-, Carbonsäure-, Amid-
oder Amingruppen des Bindemittels binden. Folglich wird das polymere
Bindemittel an dem Teilchen mit einer koordinativen kovalenten Bindung
anhaften und die Faser wird mit einer Wasserstoffbindung anhaften.
-
In
einigen bevorzugten Ausführungsformen
ist das polymere Bindemittel an sowohl die Fasern als auch das Teilchen
durch Wasserstoffbindungen gebunden. Ein Polypropylenglycolbindemittel
kann beispielsweise zum Binden von in Wasser unlöslichen Polyacrylathydrogelteilchen
an Cellulosefasern verwendet werden. Die Hydroxyl- und Ethergruppen
an dem Glycolbindemittel nehmen an Wasserstoff-Bindungs-Wechselwirkungen
mit den Hydroxylgruppen auf den Cellulosefasern und den Carboxylgruppen
des Polyacrylathydrogels teil, wie nachstehend gezeigt:
-
-
Alternativ
kann beispielsweise ein Polypropylenglycol-(PPG)-Bindemittel zum
Binden eines in Wasser löslichen
Teilchens an Cellulosefasern verwendet werden. Die Hydroxyl- und Ethergruppen
an dem Glycolbindemittel nehmen an den Wasserstoff-Bindungs-Wechselwirkungen
mit den Hydroxylgruppen an den Cellulosefasern und geeigneten Funktionalitäten auf
den wasserlöslichen
Teilchen teil, wie nachstehend gezeigt:
-
-
Folglich
wird das Bindemittel an sowohl dem Teilchen als auch an der Faser
mit Wasserstoffbindungen anhaften. Das Vorliegen einer Wasserstoffbindungsfunktionalität an jeder
wiederkehrenden Einheit des polymeren Bindemittels erhöhte die
Anzahl an Wasserstoff-Bindungs-Wechselwirkungen pro Einheitsmasse
Polymer, was überlegene
Bindungswirksamkeit bereitstellt und die Abtrennung der Teilchen
von den Fasern senkt. Die wiederkehrende Etherfunktionalität an dem
Glycolbindemittel liefert diese Wirksamkeit in den vorstehend diagrammartig
angegebenen Beispielen. Eine wiederkehrende Carboxylgruppe ist die
wiederkehrende Funktionalität
an Polyacrylsäure,
während
eine Wiederholung von Carbonyl- und NR-Gruppen (worin R entweder ein
H oder Alkyl, vorzugsweise Niederalkyl; d.h. weniger als fünf Kohlenstoffatome,
in einer normalen oder Iso-Konfiguration darstellt) der Amidbindungen,
die wiederkehrenden Funktionalitäten
an Polyamiden, wie Polypeptide, darstellen. Eine wiederkehrende
Amingruppe liegt auf Polyaminen vor.
-
Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten polymeren organischen
Bindemittel erhöhte
die Bindungswirksamkeit, wenn sich die Länge des Polymers erhöht, mindestens
innerhalb der Bereiche der Molekulargewichte, die in den nachstehenden
Beispielen angeführt
werden. Diese Erhöhung
der Bindungswirksamkeit ist der wachsenden Anzahl an Wasserstoffbindungs- oder koordinativen
kovalenten Bindungsgruppen auf dem Polymer zuzuschreiben, wodurch
sich die Molekularlänge
erhöht.
Jedes von den polymeren Bindemitteln hat eine Wasserstoffbindungs- oder koordinative
kovalente Bindungsfunktionalität.
Wenn jede wiederkehrende Einheit des Polymers wiederkehrende Funktionalitäten aufweist,
stellen längere
Polymere mehr Wasserstoffbindungsgruppen oder koordinative kovalente
Bindungsgruppen bereit, die an den Wasserstoffbindungswechselwirkungen
oder in koordinativen kovalenten Bindungen teilnehmen können.
-
Obwohl
die Erfindung nicht auf polymere Bindemittel von besonderen Molekulargewichten
beschränkt ist,
sind polymere Bindemittel mit einem Molekulargewicht größer als
500 Gramm/Mol bevorzugt, weil sie attraktive physikalische Eigenschaften
bereitstellen, und der Feststoff ist, verglichen mit polymeren Bindemitteln mit
niederem Molekulargewicht weniger flüchtig. Polymere Bindemittel
mit Molekulargewichten größer als 4000
Gramm/Mol sind besonders bevorzugt, weil sie minimale Flüchtigkeit
aufweisen und weniger wahrscheinlich von den Fasern verdampfen werden.
Materialien mit niederem Molekulargewicht sind typischerweise mobiler
als die Materialien mit höherem
Molekulargewicht. Materialien mit niederem Molekulargewicht können sich
leichter zu der Faser-Teilchen-Grenzfläche bewegen und werden leichter
auf der Faser absorbiert, wo sie weniger zum Binden der Teilchen
an den Fasern verfügbar
sind. Die Materialien mit höherem
Molekulargewicht sind weniger geeignet, um an den Fasern absorbiert
zu werden, und sind weniger flüchtig
als die Materialien mit niederem Molekulargewicht. Im Ergebnis verbleiben
polymere Bindemittel mit höherem
Molekulargewicht zu einem größeren Ausmaß auf der
Oberfläche
der Teilchen, wo sie verfügbarer
sind, um Teilchen an Fasern zu binden. In einigen besonderen Ausführungsformen
wurden Polymere mit Molekulargewichten zwischen 4000 und 8000 Gramm/Mol
verwendet. Polymere mit Molekulargewichten oberhalb 8000 können verwendet
werden, jedoch können
solche Polymere mit sehr hohem Molekulargewicht aufgrund von Verarbeitungsschwierigkeiten
die Bindungswirksamkeit senken.
-
Bestimmte
polymere Bindemittel haben größere Bindungswirksamkeit,
weil ihre wiederkehrende Funktionalität eine wirksamere Wasserstoffbindungsgruppe
darstellt. Es wurde gefunden, dass wiederkehrende Amidgruppen wirksamer
sind als wiederkehrende Carboxylfunktionalitäten, die wirksamer sind als
wiederkehrende Hydroxylfunktionalitäten, die wiederum wirksamer
sind als Amin- oder Etherfunktionalitäten. Folglich können polymere
Bindemittel bevorzugt sein, die wiederkehrende Amin- oder Etherfunktionalitäten, bevorzugter
wiederkehrende Hydroxylfunktionalitäten, und noch bevorzugter wiederkehrende
Carbonyl- oder Carboxylfunktionalitäten, und besonders bevorzugt
wiederkehrende Amidfunktionalitäten,
aufweisen. Das Binden kann bei beliebigem pH-Wert stattfinden, wird
jedoch geeigneterweise bei einem neutralen pH-Wert von 5–8, vorzugsweise
6–8, ausgeführt, um
Säurehydrolyse
des erhaltenen fibrösen
Produkts zu senken. Geeignete Bindemittel können aus der Gruppe, bestehend
aus Polyglycolen, wie Polyethylenglycol oder Polypropylenglycol, Polycarbonsäuren, wie
Polyacrylsäure,
Polyamiden, Polyaminen, Poly(lacton)diolen, wie Poly(caprolacton)diol,
und Kombinationen oder Copolymeren davon, ausgewählt werden.
-
Es
wurde gefunden, dass die aus Polycarbonsäuren (wie Acrylsäure), Polyamiden
und Polyaminen bestehende Gruppe eine besonders gute Bindungswirksamkeit
aufweist. Unter Polyamiden sind Polypeptide besonders bevorzugt.
-
VII. Nicht-polymere Bindemittel-Eigenschaften
-
Die
Teilchen können
durch ein nicht-polymeres organisches Bindemittel, ausgewählt aus
einer vorbestimmten Gruppe von Bindemitteln, die jeweils eine Flüchtigkeit
von weniger als Wasser aufweisen, an die Fasern gebunden sein. Der
Dampfdruck des Bindemittels kann beispielsweise weniger als 10 mmHg
bei 25°C und
bevorzugter weniger als 1 mmHg bei 25°C sein. Die nicht-polymeren
Bindemittel umfassen nicht-polymere Bindemittelmoleküle, wobei
die Moleküle
mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisen, die Wasserstoffbindungen
oder koordinative kovalente Bindungen mit den Teilchen bilden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die vorbestimmte Gruppe von nicht-polymeren Bindemitteln
eine funktionelle Gruppe, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat,
einem Carbonyl, einer Sulfonsäure,
einem Sulfonat, einem Phosphat, einer Phosphorsäure, einem Hydroxyl, einem
Amid, einem Amin und Kombinationen davon (wie einer Aminosäure oder
Hydroxysäure),
worin jedes Bindemittel mindestens zwei solche Funktionalitäten einschließt, und
die zwei Funktionalitäten
gleich oder verschieden sind, einschließen. Ein Erfordernis für das nicht-polymere
Bindemittel besteht darin, dass es eine Vielzahl von funktionellen
Gruppen aufweist, die in der Lage sind, Wasserstoff zu binden, oder
mindestens eine Gruppe, die Wasserstoff binden kann und mindestens
eine Gruppe, die koordinative kovalente Bindungen bilden kann. Wie
hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „nicht-polymer" auf ein Monomer,
Dimer, Trimer, Tetramer und Oligomere, obwohl einige einzelne nicht-polymere
Bindemittel monomer und dimer, vorzugsweise monomer, sind.
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Besonders
bevorzugte nicht-polymere, organische Bindemittel sind in der Lage,
mit einer funktionellen Gruppe auf der Oberfläche des Teilchens fünf- oder
sechsgliedrige Ringe zu bilden. Ein Beispiel eines solchen Bindemittels
ist ein Amin oder eine Aminosäure
(beispielsweise ein primäres
Amin oder eine Aminosäure,
wie Glycin), welche durch das Bilden von Wasserstoffbindungen sechsgliedrige
Ringe bildet:
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Ein
sechsgliedriger Ring wird auch durch die Hydroxylgruppen von Carbonsäuren, Alkoholen
und Aminosäuren
gebildet, beispielsweise:
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Ein
fünfgliedriger
Ring kann durch das Bindemittel und die Funktionalität an der
Oberfläche
der Teilchen gebildet werden, beispielsweise:
worin das Teilchen ein in
Wasser unlösliches
Teilchen, wie SAP, darstellt und das Bindemittel ein Alkohol, wie ein
Polyol mit Hydroxylgruppen an benachbarten Kohlenstoffatomen, beispielsweise
2,3-Butandiol, darstellt. Ein Bindemittel, das einen fünfgliedrigen
Ring bildet, kann auch mit einem in Wasser löslichen Teilchen verwendet
werden, beispielsweise worin das Teilchen EDTA darstellt und das
Bindemittel ein Alkohol, wie ein Polyol mit Hydroxylgruppen an benachbarten
Kohlenstoffatomen, ist, beispielsweise 2,3-Butandiol.
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Andere
Alkohole, die keinen fünfgliedrigen
Ring bilden, können
auch verwendet werden, beispielsweise Alkohole, die keine Hydroxylgruppen
an benachbarten Kohlenstoffatomen aufweisen. Beispiele für geeignete
Alkohole schließen
primäre,
sekundäre
oder tertiäre
Alkohole ein.
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Aminoalkohol-Bindemittel
sind Alkohole, die eine Aminogruppe (-NR
2)
enthalten, und die Bindemittel, wie Ethanolamin (2-Aminoethanol)
und Diglycolamin (2-(2-Aminoethoxy)-ethanol)), einschließen. Nicht-polymere Polycarbonsäuren enthalten
mehr als eine funktionelle Carbonsäuregruppe und schließen solche
Bindemittel, wie Zitronensäure,
Propantricarbonsäure,
Maleinsäure,
Butantetracarbonsäure,
Cyclopentantetracarbonsäure,
Benzoltetracarbonsäure
und Weinsäure,
ein. Ein Polyol ist ein Alkohol, der eine Vielzahl von Hydroxylgruppen
enthält,
und Diole, wie Glycole (zweiwertige Alkohole), Ethylenglycol, Propylenglycol
und Trimethylenglycol; Triole, wie Glycerin (1,2,3-Propantriol),
einschließt.
Ester von Hydroxyl-enthaltenden Bindemitteln können auch verwendet werden,
wobei Mono- und Diester von Glycerin, wie Monoglyceride und Diglyceride, besonders
bevorzugt sind. Im Fall der Diglyceride muss mindestens eine der
veresternden Säureeinheiten auch
eine funktionelle Gruppe einschließen, die in der Lage ist, mindestens
eine Wasserstoffbindung mit Fasern zu bilden, oder mindestens eine
funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente
Bindung mit den Teilchen bilden kann. Beispiele für Polyhydroxy-
oder Polycarbonsäureverbindungen
schließen
Weinsäure
oder Ascorbinsäure
(Vitamin C) ein:
Vitamin
C (Ascorbinsäure)
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Hydroxysäurebindemittel
sind Säuren,
die eine Hydroxylgruppe enthalten, und Hydroxyessigsäure (CH2OHCOOH) und Milchsäure, Weinsäure, Ascorbinsäure, Zitronensäure und
Salicylsäure
einschließen. Aminosäurebindemittel
schließen
beliebige Aminosäure,
wie Glycin, Alanin, Valin, Serin, Threonin, Cystein, Glutaminsäure, Lysin
oder β-Alanin,
ein.
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Sulfonsäurebindemittel
und Sulfonate sind Verbindungen, die eine Sulfonsäuregruppe
(-SO3H) oder ein Sulfonat (-SO3-)
enthalten. Amino-Sulfonsäuren
können
auch verwendet werden. Ein Beispiel eines Amino-Sulfonsäure-Bindemittels,
das in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist Taurin, welches
2-Aminoethansulfonsäure
darstellt.
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Nicht-polymere
Polyamidbindemittel sind kleine Moleküle (beispielsweise Monomere
oder Dimere), die mehr als eine Amidgruppe aufweisen, wie Oxamid,
Harnstoff und Biuret. Ähnlich
ist ein nicht-polymeres Polyaminbindemittel ein nichtpolymeres Molekül, das mehr
als eine Aminogruppe aufweist, wie Ethylendiamin, EDTA oder die
Aminosäuren
Asparagin und Glutamin.
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Obwohl
andere nicht-polymere organische Bindemittel gemäß der vorstehenden Diskussion
geeignet sind, wird das nicht-polymere organische Bindemittel vorzugsweise
aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester,
einem Glycerindiester, Glyoxal, Ascorbinsäure, Harnstoff, Glycin, Pentaerythrit,
einem Monosaccharid, einem Disaccharid, Zitronensäure, Taurin,
Weinsäure,
Dipropylenglycol, Harn stoffderivaten, Phosphat, Phosphorsäure, einer
Hydroxysäure
und Kombinationen davon, ausgewählt.
Das nicht-polymere Bindemittel wird auch besonders bevorzugt aus
der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem
Glycerindiester, Polyglycerinoligomeren, Harnstoff und Kombinationen
davon, ausgewählt.
Die nicht-polymeren Bindemittel schließen auch vorzugsweise Funktionalitäten, ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat, einem
Carbonyl, einer Sulfonsäure,
einem Sulfonat, einem Phosphat, einer Phosphorsäure, einem Hydroxyl, einem
Amin, einem Amid und Kombinationen davon (wie eine Aminosäure oder
Hydroxysäure),
ein. Die nicht-polymeren Bindemittel müssen mindestens zwei Funktionalitäten von
solcher Gruppe aufweisen und die Gruppen können gleich oder verschieden
sein.
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Jedes
der nicht-polymeren Bindemittel, die vorstehend offenbart wurden,
ist in der Lage, Wasserstoffbindungen zu bilden, weil es eine funktionelle
Gruppe aufweist, die elektronegative Atome enthält, insbesondere Sauerstoffatome
oder Stickstoffatome, oder elektronegative Gruppen aufweist, insbesondere
Gruppen, die Sauerstoffatome oder Stickstoffatome enthalten, und
die auch ein Wasserstoffatom einschließen. Der Aminoalkohol, die
Aminosäure,
Carbonsäure,
der Alkohol und die Hydroxysäure
haben alle eine Hydroxylgruppe, in der ein Wasserstoffatom an ein
elektronegatives Sauerstoffatom gebunden ist, unter Erzeugung eines
Dipols, der den Wasserstoff teilweise positiv geladen hinterlässt. Der
Aminoalkohol, die Aminosäure,
das Amid und Amin haben alle eine NR-Gruppe, in der ein Wasserstoffatom
an ein elektronegatives Stickstoffatom gebunden sein kann, das auch
den Wasserstoff teilweise positiv geladen hinterlässt. Der
teilweise positiv geladene Wasserstoff kann dann in beiden Fällen mit
einem elektronegativen Element, wie Sauerstoff oder Stickstoff,
auf den Teilchen oder der Faser zum Unterstützen des Anhaftens des Bindemittels
an dem Teilchen und der Faser in Wechselwirkung treten. Die Polycarbonsäure, Hydroxysäure, Aminosäure und
das Amid haben auch eine Carboxylgruppe mit einem elektronegativen
Sauerstoff, der mit den Wasserstoffatomen in den Teilchen und Fasern
oder in Molekülen
zwischen dem Bindemittel und den Teilchen oder Fasern in Wechselwirkung
treten kann. Ähnlich
können
elektronegative Atome (wie Sauerstoff oder Stickstoff) an der Faser
oder dem Teilchen mit Wasserstoffatomen an dem Bindemittel in Wechselwirkung
treten, das positive Dipole aufweist und teilweise positive Wasserstoffatome
an der Faser oder dem Teilchen können
mit elektronegativen Atomen an dem Bindemittel in Wechselwirkung
treten.
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Verschiedene
vorgeschlagene Wasserstoffbindungswechselwirkungen von zwei der
Bindemittel (Glycin und 1,3-Propandiol) mit Cellulose werden nachstehend
gezeigt:
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Die
Wasserstoffbindungswechselwirkungen werden als Punktlinien gezeigt.
Eine solche Wechselwirkung wird zwischen dem Stickstoffatom von
Glycin und einem Wasserstoff an einem -OH an Cellulose gezeigt. Eine
Wasserstoffbindung mit Glycin wird auch zwischen einem Sauerstoff
an dem -OH von Glycin und dem Hydroxywasserstoff einer Alkoholseitenkette
an Cellulose gezeigt. Wasserstoffbindungswechselwirkungen des 1,3-Propandiols
werden in Punktlinien zwischen einem Sauerstoff an einer Gruppe
-OH des Bindemittels und einem Wasserstoff an einer Gruppe -OH des
Cellulosemoleküls
gezeigt. Eine weitere Wasserstoffbindung wird auch zwischen einem
Wasserstoff an einer Gruppe -OH des Glycolbindemittels und einem
Sauerstoff in einer Alkoholseitenkette der Cellulose gezeigt.
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Es
ist auch für
Wasser oder andere Wasserstoffbindende Moleküle möglich, zwischen der Faser und dem
Bindemittel angeordnet zu werden, sodass die Faser und das Bindemittel
beide an dem Wassermolekül Wasserstoff-gebunden
sind.
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Alternativ
kann ein Atom an dem Bindemittel ein ungebundenes Elektronenpaar,
wie ein einsames Elektronenpaar, von einem Sauerstoff- oder Stickstoffatom
aufweisen, das zu einem leeren Orbital eines Akzeptoratoms in dem
Teilchen unter Bil dung einer koordinativen kovalenten Bindung gegeben
wird. Das freie Elektronenpaar an dem Sauerstoff oder Stickstoff
kann zu dem leeren p-, d- oder f-Orbital eines Teilchens (beispielsweise
ein Bor-enthaltendes Teilchen) gegeben werden, unter Bildung einer
koordinativen kovalenten Bindung, die an dem Teilchen zu dem Bindemittel
anhaftet. Die Fasern selbst enthalten normalerweise keine funktionellen
Gruppen, die als Elektronenakzeptoren bei der Bildung von koordinativen
kovalenten Bindungen mit dem Bindemittel wirken können, jedoch
erlauben die Wasserstoff-bindenden Wechselwirkungen dem Bindemittel,
an der Faser anzuhaften. Beispielsweise enthalten Cellulose- und
Synthesefasern Hydroxyl-, Carboxyl- und Estergruppen, die mit dem
Hydroxyl, der Carbonsäure,
dem Amid, Amin oder anderen Gruppen des Bindemittels Wasserstoff
binden werden. Nicht-Cellulose oder nicht-synthetische Fasern, die
diese Funktionalitäten
aufweisen, können
auch verwendet werden, beispielsweise Seide, die eine Amidbindung
aufweist. Folglich wird das Bindemittel an dem Teilchen mit einer
koordinativen kovalenten Bindung und die Faser mit einer Wasserstoffbindung
anhaften.
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In
einigen bevorzugten Ausführungsformen
ist das Bindemittel an sowohl die Fasern als auch die Teilchen durch
Wasserstoffbindungen gebunden. Ein Polyolbindemittel kann beispielsweise
zum Binden von Polyacrylathydrogelteilchen an Cellulosefasern verwendet
werden. Die Hydroxylgruppen an dem Polyolbindemittel nehmen an den
Wasserstoff-bindenden Wechselwirkungen mit den Hydroxylgruppen an
den Cellulosefasern und die Carboxylgruppen an dem Polyacrylathydrogel
teil. Folglich wird das Bindemittel an sowohl dem Teilchen als auch
der Faser mit Wasserstoffbindungen anhaften. Diese Wasserstoffbindungen
stellen ausgezeichnete Bindungswirksamkeit bereit und senken die
Ablösung
von gebundenen Teilchen von den Fasern.
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Eine
strukturelle Zeichnung wird nachstehend gezeigt, in der Zitronensäure, Vitamin
C und Harnstoff in Wasser unlösliche
SAP-Teilchen an Cellulose mit Wasserstoffbindungen oder in Wasser
lösliche
EDTA-Teilchen anheften. Einige der möglichen Wasserstoffbindungswechselwirkungen
werden als Strichlinien gezeigt. Es ist möglich, dass andere Moleküle (wie
Wassermoleküle)
auch in einigen von diesen Bindungen, beispielsweise als ein Zwischenzustand
zwischen dem Bindemittel und Teilchen oder der Faser, teilnehmen
können.
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Besonders
effiziente Wasserstoffbindungsbindemittel schließen jene mit Carboxylgruppen,
wie Ascorbinsäure,
oder Amidgruppen, wie Harnstoff, ein. Hydroxylgruppen sind auch
sehr wirksame Bindemittel. Amin- und Etherfunktionalitäten sind
weniger wirksame Bindemittel.
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Bindemittel
haben funktionelle Gruppen, die unabhängig oder in Kombination von
der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat, einem
Carbonyl, einem Hydroxyl, einer Sulfonsäure, einem Sulfonat, einer
Phosphorsäure,
einem Phosphat, einem Amid, einem Amin und Kombinationen davon,
ausgewählt werden.
Diese funktionellen Gruppen könnten
durch die nachstehenden, beispielhaften chemischen Verbindungen
be reitgestellt werden: eine Carboxylgruppe könnte durch Carbonsäuren, wie
Ascorbinsäure,
bereitgestellt werden; ein Carboxylat, das eine ionisierte Carbonsäure darstellt,
könnte
durch ein Material, wie Ascorbat, bereitgestellt werden; eine Carbonylgruppe
kann durch einen Aldehyd, wie ein Keton, bereitgestellt werden;
ein Hydroxyl, wie ein Alkohol oder ein Polyol, wie Glycerin, oder
ein Mono- oder Diglycerid, die Ester von Glycerin darstellen; ein
Amid, wie ein Peptid; und ein Amin, das durch ein Alkylamin bereitgestellt
werden kann, wie Ethylenimin, worin das Bindemittel mindestens zwei
von diesen funktionellen Gruppen aufweist, und jede der funktionellen
Gruppen gleich (beispielsweise ein Polyol, Polyaldehyd, Polycarbonsäure, Polyamin
oder Polyamid) oder verschieden (beispielsweise ein Aminoalkohol,
Hydroxyamid, Carboxyamid oder Aminosäure) sein kann. Funktionelle
Gruppen können
auch unabhängig
oder in Kombination aus der Gruppe, bestehend aus Carboxyl, einem
Alkohol, einem Amid und einem Amin, ausgewählt sein. Ein Aldehyd kann
gegebenenfalls ein Mitglied von jeder dieser Gruppen sein, insbesondere,
wenn er zu einer Carbonsäure
oxidiert wird.
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Kombinationen
der polymeren und nicht-polymeren Bindemittel sowie mit anderen
Bindemitteln können
auch verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie nicht-reaktiv sind.
Das heißt,
vorausgesetzt, dass die Bindemittel nicht in einer Weise reagieren,
die verhindert, dass die Bindemittel zum Binden gemäß der vorliegenden
Erfindung die erforderlichen funktionellen Gruppen besitzen.
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VIII. Verfahrensvorteile
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Bindemittel stellen auch
zahlreiche Verfahrensvorteile bereit. Das Binden von Teilchen an
die Fasern kann beispielsweise ohne äußere Anwendung von Wärme stattfinden.
Folglich kann, falls erwünscht,
Teilchenbinden bei Umgebungstemperatur stattfinden. Die vorliegende Erfindung
unterscheidet sich deshalb von den Vernetzungsverfahren des Standes
der Technik, in denen zum kovalenten Vernetzen von Cellulosegruppen
aneinander erhöhte
Temperaturen gefordert sind. Darüber
hinaus haben die Bindemittel der Erfindung den Vorteil, durch die
Zugabe eines Fluids aktivierbar zu sein, wie ein flüssiges Lösungsmittel
(manchmal hierin als ein Aktivierungsfluid bezeichnet; ein Beispiel
dafür ist
Wasser). Folglich kann man ein flüssiges Bindemittel (welches
eine Lösung
eines festen oder flüssigen
Bindemittels oder ein Bindemittel, das einen Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt
unter Raumtemperatur aufweist, einschließen würde) auf eine Cellulosematte
in Abwesenheit der zu bindenden Teilchen auftragen und das Bindemittel
trocknen lassen, beispielsweise, bis das Faserprodukt einen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt
mit der Feuchtigkeit in der umgebenden Luft erreicht. Die Bindemittel
können
dann zum Binden der Teilchen an dem Ort aktiviert werden. Einige
der Bindemittel (insbesondere die flüssigen Bindemittel) diffundieren
durch die Fasern zum Erreichen einer Gleichgewichtsverteilung des
Bindemittels. Alternativ kann das Bindemittel als ein Feststoff,
beispielsweise als Teilchen, oder als Pulver aufgetragen werden.
Bei einer späteren
Verarbeitungsstufe können Wasser
oder weiteres aktivierendes Fluid oder weitere Flüssigkeit
zu jenen Teilen der Matte gegeben werden, wo teilchenförmiges Binden
erwünscht
ist. Die Teilchen können
dann zu der Matte gegeben werden und an jenen Teilen der Matte anhaften,
die befeuchtet wurden. Alternativ können die Teilchen zu der Matte
vor oder gleichzeitig mit der Aktivierung des Bindemittels hinzugefügt werden.
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Die
Bindemittel können
bei Raumtemperatur Flüssigkeiten
(wie Glycerin) oder flüssige
Lösungen
von Bindemitteln, die bei Raumtemperatur Feststoffe darstellen (beispielsweise
eine wässerige
Lösung
von Glycin), oder flüssige
Heißschmelzen
von festen Bindemitteln sein. Feste Bindemittel können auf
die Fasern als supergesättigte
Lösung
aufgetragen werden, oder das feste Bindemittel kann über seinen
Schmelzpunkt erhitzt und auf die Fasern aufgetragen werden. Nach
Verfestigen wird das Bindemittel desaktiviert. Feste Bindemittel
können
zu Fasern in Teilchenform, beispielsweise durch Sprühen der
Bindemittelteilchen auf die Fasern, zugesetzt werden; vorausgesetzt,
sie werden durch die anschließende
Anwendung von Wärme
oder Flüssigkeit
fixiert.
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Die
Bindungsreaktion der vorliegenden Erfindung kann über einen
breiten Bereich des pH-Werts, ohne Erfordernis eines Katalysators,
auftreten. Ein geeigneter pH-Bereich, ohne einen Katalysator, ist
1–14,
jedoch sind bevorzugte Bereiche von 5–8 oder 6–8, weil solche neutralen pH-Bereiche
fibröse
Produkte erzeugen werden (wie Celluloseprodukte), die sich als weniger
geschädigt
durch Säurehydrolyse
erwiesen haben. Ein nicht-saurer pH-Wert (7 oder größer) wird
eine Umgebung bereitstellen, die die Bildung von Esterbindungen inhibiert,
und die Bildung von Wasserstoffbindungen oder koordinativen kovalenten
Bindungen, die an den Teilchen der vorliegenden Erfindung zu den
Fasern mit dem Bindemittel anhaften, fördert.
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Wenn
in Wasser unlösliche
Teilchen verwendet werden, ist der Feuchtigkeitsgehalt der Fasern
während
der Bindungsreaktion 0,5–50%,
geeigneterweise 5–40%
oder vorzugsweise 5-20%
Wasser, auf das Gewicht der Fasern, des Bindemittels und Teilchens.
Ein Feuchtigkeitsgehalt, größer als
20%, vorzugsweise 30%, oder im Bereich 20–50% oder 30–50%, kann
verwendet werden, selbst wenn solche hohen Feuchtigkeitsgehalte
bei der Zwischenprodukt-Anhydridbildung stören und die Bildung von kovalenten
Bindungen bei der Herstellung von vernetzten stark voluminösen Fasern
inhibieren. Wenn in Wasser lösliche
Teilchen verwendet werden, ist der Feuchtigkeitsgehalt der Fasern
während
der Bindungsreaktion 0,5–30%,
geeigneterweise 5–25%,
vorzugsweise 12–20%.
Die Teilchen können
zu den Fasern gegeben werden, wobei die Teilchen durch das fibröse Produkt
hindurch verteilt sind, ohne an die Oberfläche des Produkts gedrängt zu werden.
Die Teilchen können über die
Tiefe eines Faserprodukts, wie einer Matte oder eines Bahnmaterials,
verteilt sein.
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Das
Bindemittel liegt geeigneterweise in dem behandelten Produkt in
einer Menge von mindestens 1 Prozent und nicht mehr als 80 Prozent,
auf das Gewicht des fibrösen
Materials („Gewichtsprozent"), vor. In besonders
bevorzugten Ausführungsformen
liegt das Bindemittel in einer Menge von 1 bis 80, oder bevorzugter 1
bis 40 oder 1 bis 25 Gewichtsprozent des fibrösen Materials vor. Unter etwa
1 Prozent, falls auf der Faser angeordnet, liegt eine unzureichende
Menge an Bindemittel vor, um hinreichendes Binden zu erreichen.
Das Anwenden zu hoher Mengen an Bindemittel kann zu unerwünschten
Kosten bei dem Bindungsverfahren führen. Hohe Prozentsätze an Bindemittel
können
auch Verarbeitungsprobleme verursachen, weil das Bindemittelmaterial
auf die Ausrüstungsoberflächen übertragen
wird. Deshalb ist es häufig
bevorzugt, kein weiteres Bindemittel anzuwenden, das erforderlich
ist, um die Teilchen und Fasern zu binden.
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Thermoplastische
Bindemittel können
auch verwendet werden, um beim Binden von Fasern aneinander und
der Teilchen an Fasern zu helfen. Das Bindemittel, das die Wasserstoffbindenden
oder koordinativ kovalent bindenden Funktionalitäten selbst aufweist, kann thermoplastisch
sein. Die polymeren Bindemittel und einige nicht-polymere Bindemittel
der vorliegenden Erfindung haben den Vorteil, thermoplastische Feststoffe zu
sein. Folglich können
gemäß der vorliegenden
Erfindung behandelte Fasern durch Erhöhen der Fasertemperatur oberhalb
der Erweichungstemperatur des Bindemittels thermogebunden sein,
um das thermoplastische Bindemittel zu erweichen und Fasern aneinander
und die Fasern an die Teilchen thermoplastisch zu binden. Alternativ
kann ein Hilfsmittel oder zweites Bindemittel auf die Fasern als
ein Feststoff bei Raumtemperatur aufgetragen werden und die Temperatur
des zweiten Bindemittels über
seinen Erweichungspunkt erhöht werden,
um die Fasern und Teilchen thermisch zu binden. Das Hilfsbindemittel
kann auf die Fasern entweder vor oder nachdem das primäre Bindemittel
angewendet wird, angewendet werden, jedoch vor dem Thermobinden.
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Die
in der Erfindung verwendeten Bindemittel können mit Fasern verwendet werden,
die im Wesentlichen kovalentes Binden innerhalb der Fasern (wie
HBA, erhältlich
von Weyerhaeuser) oder Fasern aufweisen, die im Wesentlichen frei
von kovalentem Vernetzen innerhalb der Fasern sind. Beispiele für vereinzelte,
innerhalb der Fasern vernetzte Fasern sind in den Europäischen Patent-Anmeldungen
440 472 A1 und 427 317 A2 offenbart, die Produkte erzeugen, die
von solchen Publikationen im Wesentlichen frei von Zwischenfaserbindungen
be schrieben werden. Die Fasern der vorliegenden Erfindung müssen nicht
wie in jenen Europäischen Anmeldungen
zum Entfernen von Zwischenfaserbindungen verarbeitet werden. Die
Bindemittel der vorliegenden Erfindung können deshalb mit natürlichen
Fasern verwendet werden, die im Wesentlichen Zwischenfaserbinden
aufweisen, die als Fasern definiert sind, die nicht wie in den Europäischen Anmeldungen
440 472 A1 und 427 317 A2 verarbeitet wurden, um im Wesentlichen
die Zwischenfaserbindungen zu entfernen. Cellulosefasern, die nicht
so verarbeitet wurden, sind im Wesentlichen frei von Bindungen innerhalb
der Fasern.
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Das
fibröse
Produkt des vorliegenden Verfahrens (mit oder ohne Vernetzen innerhalb
der Fasern) kann durch äußere Anwendung
von Druck weiter verdichtet werden. Das verdichtete Produkt ist
kompakt und leicht transportierbar. Und wenn die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen
darstellen, hat das erhaltene fibröse Produkt überlegene Eigenschaften, verglichen
mit nicht verdichteten Produkten. Die Erfinder haben gefunden, dass
die Bindemittel der vorliegenden Erfindung ein Produkt herstellen,
das leicht verdichtet werden kann. Leichte Verdichtung ist mit den
Wasserstoffbindungen und koordinativen kovalenten Bindungen, die
zwischen dem Bindemittel und den Teilchen und Fasern gebildet werden,
verbunden. Die Fasern werden besonders leicht verdichtet, wenn mindestens
5 Gewichtsprozent der Fasern, Teilchen und des Bindemittels, bevorzugter
10%, SAP-Teilchen darstellen, die an den Fasern haften.
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Gemäß dieser
Erfindung werden die Bindemittel auf Fasern vor, anschließend oder
gleichzeitig mit der Zugabe der Teilchen aufgetragen. Gleichzeitige
Zugabe kann durch zwei getrennte Teilchen- und Bindemittelströme ausgeführt werden,
die gleichzeitig auf ein faserförmiges
Substrat gerichtet sind oder alternativ unmittelbar oder einige
Zeit vor dem Auftreffen auf das Substrat vermischt werden. Ohne
die Erfindung zu begrenzen, scheint es, dass die Zugabe von kleinen
Mengen Feuchtigkeit zu den Teilchen das Binden von Superabsorptionsmittelteilchen
und möglicherweise
von anderen Arten der Teilchen an die Fasern unterstützen kann. Beispielsweise wurde
gefunden, dass Aussetzen der Teilchen an Luft bei 65 Prozent Feuchtigkeit,
wenn sie an Bindemittel enthaltenden Fasern abgegeben wurden, das
Teilchenbinden verstärkt.
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Das
Binden kann unter Bedingungen ausgeführt werden, die die Bildung
von Wasserstoffbindungen oder koordinativen kovalenten Bindungen
begünstigen,
und die Bildung von kovalenten Bindungen abweisen. Bedingungen,
die kovalente Bindungen begünstigen,
sind jene, offenbart in US-Patent Nr. 4 412 036 und US-Patent Nr.
4 467 012, worin Teilchen und Bindemittel zwischen Gewebsschichten
unter hoher Temperatur und hohem Druck laminiert werden, unter Bildung
von laminierten Haftgewebsschichten. Das Patent lehrt, dass minimale
Anhaftung bei 200 pli auftritt (pounds per linear inch, wie in einer
Kalanderpresse), wenn keine äußere Wärme angewendet
wird, jedoch verbessert sich die Anhaftung, wenn die Reaktionstemperatur
ansteigt. Verbesserte Anhaftung der Gewebsschichten tritt aufgrund
verstärkt
kovalenten Bindens auf, wenn sich die Temperatur erhöht.
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Die
Bedingungen, die kovalente Bindungsbildung begünstigen, werden auch in den
Europäischen
Patent-Anmeldungen 440 472 A1, 427 317 A2, 427 316 A2 und 429 112
A2 gezeigt. Diese Europäischen
Veröffentlichungen
verwenden Polycarbonsäurevernetzer
und erfordern erhöhte
Temperaturen (beispielsweise über
145°C) und
saure Bedingungen (pH-Wert weniger als 7) zum Fördern der Bildung von kovalenten
Esterbindungen innerhalb der Fasern und Inhibieren der Umwandlung
der Esterbindungen. Die vorliegende Erfindung kann im Gegensatz
dazu Wasserstoff- oder koordinative kovalente Bindungen unter 145°C, unter
100°C und
sogar bei Raumtemperatur bilden. Die Bindemittel der vorliegenden
Erfindung können
auch Teilchen an Fasern unter neutralen oder alkalischen Bedingungen
binden; das heißt,
bei einem pH-Wert oberhalb 7, jedoch vorzugsweise bei einem pH-Wert
von 5–8
oder 7–8.
Fasern, die von kovalenten Vernetzungen innerhalb der Fasern hohe
Schüttdichte
aufweisen, werden durch Vereinzeln der Fasern (beispielsweise in
einem Zerfaserer) und Härten
derselben bei erhöhter
Temperatur (oberhalb 150°C)
hergestellt. Anfängliche
Auftragung des Bindemittels auf solche stark voluminösen Fasern
tritt vorzugsweise nach dem Härtungsschritt
auf, insbesondere, wenn das Bindemittel in der Lage ist, als ein
Vernetzungsmaterial zu wirken. Die speziellen Arten der hierin offenbarten
Bindemittel, die auch vernetzen können, sind Polyole, Polyaldehyde,
Polycarbonsäuren
und Polyamine (polymere oder nichtpolymere Bindemittel mit mehr
als einer Amingruppe). Wenn solche Bindemittel während des Härtens vorliegen, wird das Bindemittel
während
des Härtungsschritts
verbraucht, unter Bildung von kovalent vernetzten Bindungen. Wenn
dies auftritt, ist das Bindemittel nicht mehr zum Wasserstoffbinden
oder koordinativen kovalenten Binden verfügbar und das Teilchenbinden
an Fasern ist uneffektiv.
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Die
Verfahren zur Bildung von kovalenten Bindungen innerhalb der Fasern,
die in den vorstehenden Europäischen
Veröffentlichungen
beschrieben wurden, erfordern die Bildung eines Anhydrids, das mit
einer Hydroxygruppe an Cellulose reagiert, unter Bildung einer kovalenten
Esterbindung. Es wird angenommen, dass die Gegenwart von mehr als
20 Gew.-% Wasser in den Fasern bei der Bildung des Anhydrids stört und die
Bildung von kovalenten Bindungen hemmt. Folglich sollten in Verfahren,
die als Bindemittel in der vorliegenden Erfindung Polycarbonsäuren, Polyole
und Polyamine anwenden (die sowohl polymere als auch nichtpolymere
Amine mit mehr als einer Amingruppe einschließen) verwenden, die Fasern
mindestens 20% Wasser (oder 20–50%
Wasser), auf das Gewicht, enthalten, wenn die Teilchen und Bindemittel
in den Fasern vorliegen, wenn Härten
auftritt. Das Wasser inhibiert die Bildung kovalenter Bindungen
und verhindert, dass das gesamte Bindemittel unter Bildung von kovalenten
Vernetzungen innerhalb der Fasern verbraucht wird. Folglich bleibt
etwas Bindemittel zur Bildung von nicht-kovalenten Bindungen mit
den Teilchen und Erzeugen der leichten Verdichtung zu Faserprodukten
verfügbar,
die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wurden.
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Die
vorliegende Erfindung erzeugt im Gegensatz dazu ein Produkt unter
Bedingungen, die die Bildung von Wasserstoff- oder koordinativen
kovalenten Bindungen begünstigen.
Folglich können
die Teilchen in Abwesenheit der äußeren An wendung
von Wärme
oder Druck an Fasern gebunden sein. Teilchen können auch gebunden und das
erhaltene Faserprodukt verdichtet werden, beispielsweise bei weniger
als 200 pli (8000 psi) 55,16 × 106Pa mit SAP, oder weniger als 100 pli (4000
psi) 27,58 × 106Pa mit SAP, in Abwesenheit von äußerer Anwendung
von Wärme,
zur Erzeugung eines Produkts, in dem ein wesentlicher Anteil der
Teilchen durch nicht-kovalente Bindungen gebunden ist (Wasserstoff
oder koordinative kovalente Bindungen). Ein wesentlicher Anteil
von Teilchenbindung durch nicht-kovalente Bindungen bedeutet, mindestens
die Hälfte
der Bindungen, die die Teilchen an Fasern binden, sind von kovalenten
Bindungen, beispielsweise Wasserstoff oder koordinative kovalente
Bindungen, verschieden.
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In
weiteren Beispielen können
Teilchen in Abwesenheit einer äußeren Anwendung
von Druck, jedoch bei erhöhten
Temperaturen, gebunden werden.
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In
besonders bevorzugten Ausführungsformen
werden die Teilchen im Wesentlichen vollständig nicht-kovalent an die
Fasern gebunden.
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IX. Bindungsbeispiele
für polymere
Bindemittel und in Wasser unlösliche
Teilchen
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Verschiedene
Beispiele werden nachstehend zum Erläutern des Anwendens der polymeren
Bindemittel innerhalb der vorliegenden Erfindung bereitgestellt,
um Superabsorptionsmittelteilchen an gebleichten Southern-Kraft-Zellstoff
zu binden.
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BEISPIEL 1
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Eine
Menge von 321 Gramm NB-416 gebleichtem Southern-Kraft-Fluff, erhalten von Weyerhaeuser Company,
kann in einer mischerartigen Mischvorrichtung Air-entrained (mit
Luft eingespült)
werden, und 100 Gramm Poly(caprolacton)diol (mittleres Molekulargewicht
2000, bezogen von Aldrich Chemical Company, Milwaukee, Wisconsin),
gelöst
in 100 ml desionisiertem Wasser, wurden als Bindemittel auf den
Fluff gesprüht. Dann
können
435 Gramm Stärke-Pfropf-Polyacrylat-Hydrogelfeinstoffe (IM
1000 F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, Virginia) zugegeben
und gemischt werden. Das Produkt kann dann dem Mischer entnommen
werden und über
Nacht in einem Abzug zum Trocknen ausgebreitet werden. Das erhaltene
Produkt kann dann auf eine kleine Luftlegestraße von M & J Machines (von Horsens, Dänemark)
luftgelegt werden und bei 140°C
für eine
Minute thermogebunden werden, um eine Bahn, die 40% Superabsorptionsmittelteilchen (SAP),
gebunden an die einzelnen Fasern, enthält, zu erzeugen. Dieses Bindemittel
hat einen niedrigen Schmelzpunkt, und schmolz folglich bei Erhöhen der
Temperatur auf 140°C
das Bindemittel und konnte über die
Fasern und Teilchen zum Verstärken
von Wasserstoffbindungswechselwirkungen fließen, unter weiterem Binden
der Fasern und Teilchen. Dies ist ein Beispiel des Aktivierens eines
festen Bindemittels durch Erhitzen desselben, ohne Flüssigkeitszugabe.
Ein Polypropylenglycol/Polyethylenglycol-Copolymer-Bindemittel würde sich
auch in dieser Weise verhalten.
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BEISPIEL 2
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Eine
Menge von 321 Gramm Southern-Kraft-Fluff wurde in einer mischerähnlichen
Mischvorrichtung Air-entrained und 154 Gramm einer 65%igen Lösung von
Polyacrylsäure
(mittleres Molekulargewicht = 2000; bezogen von Aldrich Chemical
Company of Milwaukee, Wisconsin), verdünnt mit 100 ml desionisiertem
Wasser, wird auf den Fluff gesprüht.
Dann wurden 435 Gramm Polyacrylathydrogel (FAVOR 800, bezogen von Stockhausen,
Greensboro, North Carolina) zu der Mischvorrichtung gegeben und
mit dem Fluff und Polyacrylsäurebindemittel
vermischt. Das Produkt wurde entfernt und zum Trocknen ausgebreitet
und dann einer mit einem drei Achtel inch-Rundlochsieb ausgestatteten
Hammermühle
zugeführt
und zu einer kleinen Luftlegestrasse gelenkt, unter Erzeugung einer
40% SAP, gebunden an die einzelnen Fasern, enthaltenden Bahnmaterials.
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BEISPIEL 3
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Eine
Menge von 321 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Fluff wird in einer mischerartigen Mischvorrichtung
Airentrained und 100 Gramm Polyglycin (Molekulargewicht = 5 000 – 15 000;
bezogen als ein trockenes Pulver von Sigma Chemical Company, St.
Louis, Missouri), verdünnt
mit 100 ml desionisiertem Wasser, wird auf den Fluff gesprüht. Dann
werden 435 Gramm Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe
(IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, Virginia) zugegeben
und vermischt. Das Produkt wird entfernt und in einem Abzug über Nacht
zum Trocknen ausgebreitet. Das erhaltene Produkt wird einer mit
einem drei Achtel inch-Rundlochsieb ausgestattete Fitz-Hammermühle zugeführt und
zu einer kleinen M & J
Luftlegestrasse gelenkt, unter Erzeugung eines 40% SAP, gebunden
an die Fasern, enthaltenden Bahnmaterials.
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BEISPIEL 4
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Eine
Menge von 321 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Fluff wird in einer mischerartigen Mischvorrichtung
Airentrained und 200 Gramm einer 50%igen Lösung von Polyethylenimin (Molekulargewicht
= 50 000 – 100
000; bezogen von ICN Biomedicals, Inc., Costa Mesa, Kalifornien)
oder Polyvinylpyridin werden auf den Fluff gesprüht. Dann werden 435 Gramm Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe
(IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, Virginia) zugegeben
und gemischt. Das Produkt wird entfernt und in einem Abzug über Nacht
zum Trocknen ausgebreitet. Das erhaltene Produkt wird einer mit
einem drei Achtel inch-Rundlochsieb ausgestatteten Fitz-Hammermühle zugeführt und
zu einer kleinen M & J
Luftlegestrasse gelenkt, unter Erzeugung eines 40% SAP, gebunden
an die Fasern, enthaltenden Bahnmaterials.
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Die
Klassen von polymeren Bindemitteln, die jene in Beispielen 1–4 umfassen,
sind besonders bevorzugt gegenüber
anderen Polymeren mit Mehrfach-Wasserstoffbindungsfunktionalität aus einer
Vielzahl von Gründen.
Ein wichtiger Grund ist, dass ihre Funktionalitäten sehr starkes, wirksames
Wasserstoffbinden erzeugen. Andere wichtige Gründe schließen ihren relativen Mangel
an Aktivität
(wie verglichen mit Polyaldehyden oder Polyisocyanaten) und deren
niedrige Toxizität
(wiederum wie verglichen mit Polyaldehyden oder Polyisocyanaten)
ein.
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BEISPIEL 5
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Wie
vorstehend beschrieben, wurde durch Wiederholung einer Wasserstoff-bindenden
Gruppe an jeder wiederkehrenden Einheit eines Polymers gefunden,
dass es ein Bindemittel erzeugt, welches überlegenes Binden von Teilchen
an Fasern bereitstellt, verglichen mit polymeren Bindemitteln, in
denen die Wasserstoffbindungsfunktionalität nicht in allen wiederkehrenden
Einheiten vorliegt. Dieses Beispiel zeigt den Unterschied der Bindungswirksamkeit
zwischen einem 20% carboxylierten Polymer und einem 100% carboxylierten
Polymer. Eine gebundene Probe wurde wie in Beispiel 1, unter Verwendung
eines 20% carboxylierten Ethylen-Acrylsäure-Copolymers und eines 100
carboxylierten PAA, hergestellt. Eine Probe von jeder wurde der gleichen
mechanischen Bewegung (zum Simulieren des zum Herstellen eines Bahnmaterials
erforderlichen Maschinenverarbeitens) unterzogen, durch eine absteigende
Reihe von Sieben gesiebt, um nichtgebundenes SAP zu entfernen, und
einem Absorptionskapazitätstest
unterzogen (weniger gebundenes SAP würde eine geringere Absorptionsmittelkapazität ergeben).
Das Ergebnis des Tests wurde durch Wiegen der nichtabsorbierten
Flüssigkeit
(0,9% Salzlösung)
von einem standardisierten Ergebnis gemessen. Eine niedere Zahl
weist mehr absorbierte Flüssigkeit
aus, was einer höheren
Absorptionsmittelkapazität
entspricht.
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Eine
Probe des 20% carboxylierten Polymers (15% des Gesamtgemisches)
ergab ein Becherglastestergebnis von 19,5 Gramm. Eine ähnliche
Probe von Polypropylenglycol würde
ein Ergebnis von etwa 20,0 Gramm ergeben. Jedoch ist die Wasserstoffbindungsfunktionalität von PPG
nicht so wirksam wie die Carboxylfunktionalität von PAA. Eine ähnliche
Probe von Polyacrylsäure
(100% Carboxylfunktionalität
von PAA) ergab ein Ergebnis von 11,3 Gramm. Ein Vergleich der 20%
und 100% carboxylierten Polymere zeigte eine wesentliche Erhöhung der
SAP-Bindungswirksamkeit, wie durch eine Erhöhung der Absorptionskraft des
Produkts gemessen.
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X. Nicht-polymere Bindungsbeispiele
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Verschiedene
Beispiele werden nachstehend zum Erläutern der Verwendung von verschiedenen nicht-polymeren
organischen Bindemitteln, die in der vorliegenden Erfindung zum
Anhaften von Superabsorptionsmittelteilchen an gebleichtem Southern-Kraftzellstoff
eingesetzt werden, bereitgestellt. Verschiedene Beispiele der Bindemittelaktivierung
und Aktivierung werden auch bereitgestellt.
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BEISPIEL 6
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Eine
Menge von 3171 Gramm von gebleichtem Southern-Kraft-Fluff (ein Weichholzschliff) wurde
in einer Mischerähnlichen
Mischvorrichtung Air-entrained (mit Luft eingespült) und 1000 Gramm Glycerin
(96%, USP, bezogen von Dow Chemical Co. Midland, MI), verdünnt mit
300 ml desionisiertem Wasser, wurden auf den Fluff gesprüht. Anschließend wurden
4348 Gramm Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe
(IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) zu der
Mischvorrichtung gegeben und mit dem Fluff und Bindemittel vermischt.
Das Material wurde dann in einen Flashrohrtrockner bei 61,11°C (142°F) gelenkt,
in einen Zyklon geblasen und in eine Danweb-Luftlegemaschine gespeist,
unter Bildung eines Bahnmaterials, das gebundene 40% IM 1000F enthält, die
im Wesentlichen in dem Bahnmaterial nicht beweglich sind, weil die
Teilchen an die Fasern gebunden werden, anstatt durch die Matrix
mechanisch eingefangen zu werden. Glycerin ist vorteilhaft, weil
es in der Regel die Fasern durchdringt und dieselben zusätzlich zum
Binden der Teilchen an die Fasern weich macht. Im Fall, dass Glycerin/Fasermaterial
für längere Zeiträume bis
zur Verwendung beim Anhaften von Teilchen (beispielsweise wenn Aktivierung
für einige
Wochen oder mehr verzögert
ist) gelagert wird, steht jedoch über die Zeit weniger Glycerin
an der Oberfläche
der Fasern zur Verwendung beim Binden von Teilchen zur Verfügung. Dies
kann zum Teil durch Anwenden höherer
Prozentsätze
an Glycerin auf den Fasern kompensiert werden. Auch Monoglycerid-
und Diglyceridbindemittel dringen nicht leicht in die Fasern ein
und können
deshalb vor der Aktivierung zum Anhaften der Teilchen länger gelagert
werden.
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BEISPIEL 7
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Eine
Menge von 900 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Fluffzellstoffbogen wurde mit 50%iger
Glycinlösung
(bezogen als ein Trockenpulver von Aldrich, Milwaukee, WI) besprüht, sodass
der Feuchtigkeitsgehalt 17–21%
war, wenn der Bogen zu einer Fitz-Hammermühle geführt wurde, die mit einem drei
Achtel inch-Lochsieb ausgestattet war. Stärke-gepfropfte Polyacrylathydrogelfeinstoffe
(IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese,
Portsmouth, VA) wurden gleichzeitig durch eine Schneckenzuführungsvorrichtung
zu der Mühle
gegeben, mit dem Fluff gemischt, zu einer M & J-Luftlegebildungsmaschine gelenkt
und unter Bildung eines Bahnmaterials luftgelegt. Das sich dann
ergebende Bahnmaterial enthielt 20% SAP, gebunden an die Fasern,
die durch das Bahnmaterial im Wesentlichen ungleichförmig verlaufen,
ohne auf eine Oberfläche
des Bahnmaterials begrenzt zu sein.
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BEISPIEL 8
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Eine
Menge von 900 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Fluffzellstoffbogen wurde mit 50%iger
Pentaerythritlösung
(bezogen von Aldrich, Milwaukee, WI) besprüht, sodass der Feuchtigkeitsgehalt
17–21%
war, wenn der Bogen in eine Fitz-Hammermühle geführt wurde,
die mit einem drei Achtel inch-Lochsieb
ausgestattet war. Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe
(IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) wurden
gleichzeitig durch eine Schneckenzuführungsvorrichtung zu der Mühle gegeben,
mit dem Fluff gemischt, zu einer M & J-Luftlegeformmaschine gelenkt und
unter Bildung eines Bahnmaterials luftgelegt. Das sich dann ergebende
Bahnmaterial enthielt 20% SAP, gebunden an die Fasern.
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BEISPIEL 9
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Eine
Menge von 900 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Fluffzellstoffbogen wurde in eine mit
einem drei Achtel inch-Lochsieb
ausgestattete Fitz-Hammermühle
gespeist. Der Bogen wurde zerfasert, zu einer M & J-Luftlegestrasse gelenkt und zu
einem Bahnmaterial luftgelegt. Als das Bahnmaterial erschien, wurden
die Zielzonen des Bahnmaterials mit einer 50%igen Lactoselösung benebelt,
um den Feuchtigkeitsgehalt auf 17-21% zu erhöhen. Fünf Gramm aliquote Mengen der
Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe
(IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) wurden
anschließend
auf die Zielzonen gesiebt. Das sich ergebende Bahnmaterial enthielt
Zielzonen mit 5 Gramm SAP, gebunden an die Fasern von jeder Zielzone. Anteile
des Bahnmaterials, die nicht zur Lactoseauftragung gezielt waren,
hafteten an den Teilchen nicht gut. Dies ist ein Beispiel für das Anhaften
des Bindemittels an eine Zielzone, sodass SAP hauptsächlich an
den Zielflächen
anhaftet, wo das Bindemittel aufgetragen wurde. Die Zielzonenauftragung
von SAP kann vorteilhaft sein, weil es die Kosten des Produkts vermindert,
um nur SAP in Flächen
eines Produkts bereitzustellen, wo das SAP benötigt wird, beispielsweise die
Zwickelfläche
einer Windel. Die Anordnung von SAP in dem Bereich, wo die Flüssigkeit
anfällt,
vermindert erwartungsgemäß auch die
Notwendigkeit zum Wegsaugen von Flüssigkeit zu einem SAP-imprägnierten
Bereich. Dies ist ein Vorteil, weil die Notwendigkeit zum Wegsaugen
den Flüssigkeitsaustritt
in einem Absorptionsmittelprodukt, wie einer Windel, erhöhen kann.
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BEISPIEL 10
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Eine
Menge von 321 Gramm gebleichtem Southern-Kraftfluff wurde in eine Mischer-ähnliche
Mischvorrichtung Air-entrained und 100 Gramm Glycerin (96%, USP;
bezogen von Dow of Midland, MI), verdünnt mit 30 ml desionisiertem
Wasser, wurden auf den Fluff gesprüht. 71 Gramm Abscents (ein
Geruch absorbierender Zeolith, bezogen von UOP, Tarrytown, NY) wurden
dann zugegeben und in der Mischvorrichtung mit den Fasern und Glycerin
für 15
Sekunden vermischt, bis ein homogenes Gemisch erreicht wurde. Das
Material wurde dann in einem Abzug über Nacht zum Trocknen ausgebreitet,
zu einem Bahnmaterial luftgelegt und auf teilchenförmige Reststoffe
durch einen Aschetest getestet. Die so hergestellte Lage ent hielt
7% teilchenförmige
Stoffe. Die ursprünglich
zugegebene Menge sollte 15% Hergestelltes aufweisen; folglich wurden
50% Teilchenretention beobachtet. Dies entspricht vorteilhaft der
Teilchenretention mit Latexbindemitteln unter ähnlichen Bedingungen, in denen
nur 3% der Teilchen zurückgehalten
werden.
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XI. Bindungsbeispiele
für in
Wasser lösliche
Teilchen
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Verschiedene
Beispiele werden nachstehend zum Erläutern unter Verwendung von
Bindemitteln der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, um in Wasser
lösliche
Teilchen an gebleichtem Southern-Kraftzellstoff anzuheften.
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BEISPIEL 11
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Eine
Menge von 321 Gramm NB-416 gebleichtem Southern-Kraftfluff, erhalten von Weyerhaeuser Company
(Tacoma, Washington), wurde in eine Mischer-ähnliche Mischvorrichtung Air-entrained
und 50 Gramm Glycerin (bezogen von Dow Chemicals of Midland, Michigan)
wurden auf den Fluff gesprüht.
Anschließend
wurden 288 Gramm Dinatriumethylendiamintetraessigsäure (EDTA)
(bezogen von Mallinkrodt Chemical Works of St. Louis, Missouri)
zugegeben und in der Vorrichtung vermischt. Der Mischer wurde gestoppt,
das Produkt wurde vom Vakuum befreit und über Nacht in einem Abzug ausgebreitet.
Das erhaltene Produkt wurde durch ein Raster-Elektronenmikroskop
untersucht und bestätigte
Dinatrium-EDTA-Teilchen, die an Fasern gebunden sind.
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BEISPIEL 12
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Eine
Menge von 321 Gramm HBA-Zellstoff (eine vernetzte Faser hoher Schüttdichte,
erhältlich
von Weyerhaeuser Company, Tacoma, Washington), wurde in eine Mischer-ähnliche
Mischvorrichtung Air-entrained und 50 Gramm Glycerin (bezogen von
Dow Chemicals of Midland, Michigan) wurden auf den Fluff gesprüht. Anschließend wurden
288 Gramm Natriumbicarbonat (bezogen von J.T. Baker Chemical Co.,
Phillipsburg, New Jersey) zugegeben und in der Vorrichtung vermischt.
Der Mischer wurde gestoppt, das Produkt wurde abgezogen und in einem
Ab zug zum Trocknen über
Nacht ausgebreitet. Das erhaltene Produkt wurde durch ein Raster-Elektronenmikroskop
(SEM) geprüft
und lieferte Fasern mit gebundenen Natriumbicarbonatteilchen.
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BEISPIEL 13
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Ein
Zellstoffbogen NB-416 (gebleichter Southern-Kraft, erhältlich von Weyerhaeuser Company,
Tacoma, Washington), wurde mit Glycerin auf einem Walzenbeschichter
behandelt, sodass das Produkt 10% Glycerin, auf das Gewicht, enthielt.
Der Zellstoffbogen wurde in eine Hammermühle gespeist und vermahlen,
unter gleichzeitigem Zuführen
von Polyacrylathydrogel (IM 3900, bezogen von Hoechst Celanese,
Portsmouth, Virgina) und Ethylendiamintetraessigsäure zu der
Mühle mit
einer solchen Geschwindigkeit, dass das Produkt 54% behandelte Faser,
42% IM 3900 und 4% EDTA enthielt. Das Gemisch wurde zu einer Luftlegevorrichtung von
M & J Machines
(Horsens, Dänemark)
gelenkt und zu einem kontinuierlichen Bahnmaterial luftgelegt. Das erhaltene
Produkt wurde durch ein Raster-Elektronenmikroskop geprüft und lieferte
Fasern mit gebundenen Polyacrylathydrogel- und EDTA-Teilchen.
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BEISPIEL 14
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Ein
Verfahren, ähnlich
zu jenem, beschrieben in Beispiel 13, wurde unter Verwendung von
KittyHawk-Zellstoff (ein thermobindbares Gemisch von gebleichtem
Southern-Kraft und Polyethylenfasern, erhältlich von Weyerhaeuser Company,
Tacoma, Washington) ausgeführt.
Das erhaltene Produkt wurde mittels Durchleiten des Bahnmaterials
durch einen Umluftofen bei 140°C
für 0,5
Minuten thermogebunden. Das erhaltene Produkt wurde durch ein Raster-Elektronenmikroskop
geprüft
und lieferte Fasern mit gebundenen Polyacrylathydrogel- und EDTA-Teilchen.
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BEISPIEL 15
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In
diesem Beispiel wird Oxalsäure
an die Fasern durch die erfindungsgemäßen Bindemittel gebunden. Ein
Zellstoffbogen mit 10% Bindemittel wurde wie in Beispiel 13 hergestellt.
Der Zellstoffbogen wurde bei 90% relativer Feuchtigkeit für 4 Stunden
konditioniert, dann wurde der Bogen in einem Waring-Mischer zerfasert. Die
Teilchen von Oxalsäure
wurden dann zu dem Mischer gegeben und das Mischen fortgesetzt.
Das Produkt wurde getrocknet und ein SEM erhalten, welches in 14 gezeigt wird. Das federige
Teilchen von Oxalsäure wird
nahe der Mitte der Photographie, gebunden an die Cellulosefaser
durch das Glycerin, gezeigt.
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BEISPIEL 16
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Die
Fasern wurden wie in Beispiel 15 hergestellt, mit der Ausnahme,
dass Aluminiumsulfat (Alaun) gegen Oxalsäure ersetzt wurde. Das SEM
von Alaun, gebunden an die Fasern, wird in 15 gezeigt.
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BEISPIEL 17
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Ein
Gemisch der Bindemittel kann auch verwendet werden, um Teilchen
an die Fasern zu binden. Die Fasern können wie in Beispiel 11 bezogen
werden, jedoch wurden 50 Gramm Glycerin gegen ein Gemisch von Harnstoff
und Glycerin ausgetauscht. Ein 40/60-Gemisch (auf das Gewicht) von
Harnstoff und Glycerin wird zum Auflösen von Harnstoff in dem Glycerin
vermischt und die Lösung
auf 70–80°C erhitzt.
Das erhitzte Bindemittelgemisch wird dann zum Binden der Teilchen
auf die Fasern wie in Beispiel 11 aufgetragen. Das Harnstoff/Glycerin-Gemisch
stellt verschiedene Vorteile gegenüber der Verwendung von Glycerin
allein bereit. Harnstoff senkt die Kosten des Bindemittels, während Glycerin
die Fasern erweicht. Das Gemisch stellt auch Herstellungsvorteile
bereit.
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In
weiteren Ausführungsformen
kann Harnstoff allein sowie andere Bindemittel des in der vorangehenden
Beschreibung der Erfindung und Kombinationen davon im Einzelnen
ausgewiesenen Typs als das Bindemittel verwendet werden.
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XII. Produkt-Eigenschaften
-
Die
nachstehenden Beispiele erläutern,
wie SAP-Retention,
Lagenintegrität,
Benetzbarkeit, Dichte und Flüssigkeitsretention
durch das Glycerinbindemittel der vorliegenden Erfindung beeinflusst
werden.
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BEISPIEL 18
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Superabsorptionsmittelteilchen
wurden an Cellulosefasern mit einem Glycerinbindemittel, wie vorstehend
in Beispiel 6 beschrieben, gebunden. Zum Zweck des Vergleichs wurden
Superabsorptionsmittelteilchen an eine getrennte Probe von Cellulosefasern,
unter Verwendung eines Polyvinylacetat-(PVAc)-Bindemittels, das 3% carboxyliert
war; das heißt,
nur 3% der PVA-Monomere wurden carboxyliert, gebunden. Das Binden wurde
wie in Beispiel 6 ausgeführt,
jedoch wurde PVAc gegen Glycerin ausgetauscht. Eine Probe von 100 Gramm
Glycerin- und PVAc-behandeltem Fluff mit gebundenem SAP wurde in
ein Gebläse
gespeist, das mit einem Schlauch an einem kleinen Zyklon, montiert
auf das Obere eines Stoffsilos, verbunden war. Dies wurde in der
Bemühung
ausgeführt,
um Kräfte
beim mechanischen Rühren
des Fluff zu simulieren, denen man während des Luftlegeverfahrens
begegnen würde.
Nach Sammeln in der Material enthaltenden Vorrichtung wurde Faser
mit gebundenem SAP entfernt und gewogen. Eine Probe von fünf Gramm
der Faser mit gebundenem SAP wurde dann in einer Säule von
Sieben mit sinkenden Maschengrößen angeordnet
und einer Schüttel-
und Hammerwirkung für
zehn Minuten unterzogen zum weiteren Entfernen von beliebigem, schlecht
gebundenem SAP. Nichtgebundenes oder schlecht gebundenes SAP siebt
sich durch die Siebe mit einem Bereich von 4–0,250 mm (5–60 Mesh),
während
die Faser mit gut gebundenem SAP auf dem 4 mm (5-Mesh-Sieb) verbleibt.
-
Eine
Probe von 2,00 Gramm der Faser, die nahe der Spitze der Siebsäule verblieb,
wurde dann in einer 75-ml-Probe
von 0,9%iger Salzlösung
für exakt
eine Minute angeordnet. Nach der Minute wurde die Flüssigkeit,
die nicht absorbiert wurde, in ein gesondertes, tariertes Becherglas
gegossen und gewogen. Die relativen Mengen an absorbierter Flüssigkeit
weisen auf die Mengen an an die Faser gebundenem SAP hin. Fasern,
die größere Mengen
SAP enthalten, führen
in der Regel zum Absorbieren von mehr Flüssigkeit und ergeben eine kleinere
Menge an Flüssigkeit,
die nicht absorbiert wurde.
-
Diese
Ergebnisse werden in Tabelle III gezeigt: TABELLE
III Glycerin-Bindemittel Vergleich
von SAP-Retention mit Glycerin und PVAc-Bindemitteln
-
Tabelle
III erläutert,
dass das Glycerinbindemittel ein Produkt bereitstellt, das eine
Absorptionserhöhung
von 400%, verglichen mit dem PVAc-Bindemittel, aufweist. Ein wesentlicher
Anteil dieser Verbesserung wird aufgrund der besseren Anhaftung
zwischen den Fasern und SAP angenommen, sodass die Teilchen nicht von
den Fasern gelöst
sind.
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BEISPIEL 19
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Die
Integrität
der Lage wurde in faserförmigen
Produkten verglichen, welche ohne Bindemittel und mit einem Glycerinbindemittel
bei 7% und 11 Gewichtsprozent verwendet werden. Jedes von diesen
Bindemitteln wurde verwendet, um SAP an Fasern, wie in Beispiel
6, zu binden, und die Eigenschaften der Lage wurden gemessen und
werden in Tabelle IV gezeigt: TABELLE
IV Zug-Ergebnisse Integrität der Lage
(niedere Dichte):
Integrität der Lage
(hohe Dichte):
-
Das
Glycerinbindemittel in diesem Beispiel erzeugte ein Produkt, das
einen höheren
Zugindex hatte als ein unbehandeltes Produkt. Die erhöhte Zugfestigkeit
wurde besonders in dem verdichteten (hohe Dichte) Produkt erhöht und insbesondere,
wenn mindestens 11% des Bindemittels verwendet wurden.
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BEISPIEL 20
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Die
Wirkung von Bindemitteln auf die Benetzbarkeit und Voluminösität der Fasern
wurde unter Verwendung der nachstehenden Fasern getestet: NB-316
(ein gebleichter Standard-Southern-Kraftzellstoff,
ohne Bindemittel); GNB, wie hierin verwendet, ist ein NB-Zellstoff
(ein gebleichter Standard-Southern-Kraftzellstoff) mit
25% Glycerin (abgezogen und gesprüht); HBA-Zellstoff (eine hochdichte,
innerhalb der Fasern vernetzte Faser, erhältlich von der Weyerhaeuser
Company, die kovalente Vernetzungen innerhalb der Fasern enthält), und
GHBA, wie hierin verwendet, ist HBA-Fasern, behandelt mit einem
Glycerinbindemittel in Mengen von 12,5 und 25 Gewichtsprozent. Die
Ergebnisse werden in Tabellen V und VI angegeben.
-
Die
FAQ-Zeit wurde durch Luftlegen einer ausgewiesenen Menge (4,00 Gramm)
des zu testenden Fluffs in einem durchsichtigen Kunststoffrohr,
das mit einem Sieb an einem Ende ausgestattet wurde, bestimmt. Der
Fluff und das Rohr wurden dann in eine Vertiefung in der Testvorrichtung
gegeben und ein Metallkolben wurde auf den Fluff gesenkt und die
Lagendichte berechnet. Wasser wurde dann unterhalb der Lage ge spült, durch
das Sieb geleitet und durch die Lage aufgenommen. Die Absorptionszeit
davon wurde gemessen, wenn die Flüssigkeit Kontakt mit dem Bodensieb
hat, bis das Wasser einen elektrischen Kreis durch Inkontaktbringen
des Bodens des Kolbens, der auf dem Oberen der Lage ruht, schließt. Niedere
Absorptionszeiten weisen bessere Absorptionsfähigkeit aus. Da die Absorption
der Flüssigkeit
durch die Lage von einigem Zusammenfallen der Lagenstruktur begleitet
wurde, wurde die Dichte der Lage anschließend erneut berechnet. Die
Menge an absorbierter Flüssigkeit
wurde dann gemessen und eine Gramm-pro-Gramm-Kapazität für das Material wurde berechnet.
-
Tabelle
V gibt FAQ-Zeit als ein Maß der
Benetzbarkeit an. Eine niedrigere FAQ-Zeit weist ein Produkt aus,
das absorptionsfähiger
ist und schneller aufsaugt. Tabelle VI gibt Feuchtdichte der Fasern
und die eingestellte Dichte der Fasern an. Die eingestellte Dichte
wird als eine Zahl berechnet, erhalten durch Teilen der Voluminösität durch
die tatsächlichen
Prozent des Zellstoffs in der Probe. TABELLE
V Benetzbarkeit
TABELLE
VI Dichte
-
Die
niedrigen FAQ-Zeiten (Tabelle V) in den Glycerinbehandelten Fasern
(GNB, GHBA) zeigen, dass Benetzbarkeit so gut ist wie bei der unbehandelten
Faser (NB-316). Die GHBA 25% hatte wesentlich bessere Benetzbarkeit
als unbehandelter HBA-Zellstoff. Die Voluminösität von Glycerin-behandelten
Fasern (Tabelle VI) wurde bei allen Anteilen an Glycerinbindemittel
auf einer Faser-zu-Faser-Vergleichsgrundlage nicht wesentlich vermindert
oder verändert.
-
BEISPIEL 21
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Die
Flüssigkeitszurückhaltung
von gebundenen Fasern wurde bestimmt und mit Fasern verglichen,
in denen kein Bindemittel zugegeben wurde. NB-316 ist ein Zellstoffbogen,
der von Weyerhaeuser Company erhältlich
ist, in dem kein Bindemittel verwendet wird. HBA-Zellstoff wird
in Beispiel 20 beschrieben. HBA/Gly-SAP war eine HBA-Zellstofffaser,
die mit Glycerin gebunden war (12% Bindemittel, 48% Faser) und die
40% SAP-Teilchen enthielt. NB-316/Gly-SAP ist NB-316-Fasern, an
die Glycerin und SAP-Fasern gebunden waren.
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Das
Verfahren zum Bestimmen von Flüssigkeitszurückhaltung
bestand aus Wägen
von dreifachen kleinen Portionen (nahezu 0,2 Gramm) von Proben mit
einer Genauigkeit von 0,0001 Gramm und dann Wärmeversiegeln der kleinen Portionen
in einem Umschlag eines wärmeversiegelbaren
Vlies-Teebeutels. Die Proben wurden dann in einen Überschuss
von 0,9%iger Salzlösung
für dreißig Minuten
getaucht, dann durch Hängen
derselben an einer Klammer für
fünfzehn
Minuten ablaufen lassen. Die Proben wurden zum Bestimmen der Menge
an absorbierter Flüssigkeit
gewogen. Die Gramm absorbierter Flüssigkeit pro Gramm Probe wurden
berechnet und die Proben wurden in einer Zentrifuge für eine Minute
versponnen. Die Proben wurden dann erneut gewogen und eine prozentuale
Flüssigkeitszurückhaltung
wurde berechnet.
-
Die
Ergebnisse werden in der nachstehenden Tabelle VII gezeigt: TABELLE
VII Flüssigkeitszurückhaltung
(nach Zentrifuge)
-
Die
Ergebnisse in Tabelle VII erläutern,
dass Fasern, die SAP, gebunden an dieselben, aufweisen, Flüssigkeit
gut zurückhalten,
während
Fasern ohne SAP die Flüssigkeit
schlecht zurückhalten.
Die Glycerinbindemittel lieferten ausgezeichnetes Anhaften von SAP
an den Fasern.
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XIII. Hilfsbindemittel
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Wie
vorstehend beschrieben, kann ein Hilfsbindemittel oder zusätzliches
Bindemittel zusätzlich
zu den nicht-polymeren oder polymeren Bindemitteln oder Kombinationen
davon gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. Jedoch wird/werden das/die zusätzliche/n
Bindemittel ausgewählt,
um nicht mit dem Bindemittel oder der Bindemittelkombination der
vorliegenden Erfindung in einer Weise zu reagieren, die verhindert,
dass das letztere Bindemittel die geforderte Funktionalität aufweist.
Somit sind die bevorzugten Hilfsbindemittel auf diese Weise nicht-reaktiv.
Zusätzlich
können
die polymeren und nichtpolymeren Bindemittel der Erfindung mit einem
weiteren und mit anderen Bindemitteln kombiniert werden, solange
sie nicht unter Blockieren der gewünschten Funktionalität reagieren.
-
BEISPIEL 22
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Eine
Menge von 321 Gramm gebleichter Southern-Kraftfaser (NB-416, bezogen
von Weyerhaeuser) wurde in einer Mischer-ähnlichen Mischvorrichtung Air-entrained
und mit 212,8 Gramm Polyvinylacetatlatex (PN-3666H, bezogen von
H.B. Fuller, Minneapolis, Minnesota) besprüht. Unter noch Vermischen wurden
438 Gramm eines in Wasser quellfähigen
Polyacry lathydrogels (Favorsab 800, bezogen von Stockhausen, Greensboro,
NC) zugegeben und das erhaltene Gemisch wurde dann mit 100 Gramm
einer 50%igen Glycerinlösung
(bezogen von Dow of Midland, Michigan) besprüht. Der Mischer wurde dann
gestoppt und das Gemisch wurde aus dem Mischer gesogen und zum Lufttrocknen über Nacht
in einem Abzug angeordnet. Das getrocknete Produkt wurde dann in
eine 6" Durchmesser
Lage in einem Laboratorium-Lagenformer luftgelegt, zu einer Dichte
von ungefähr
0,077 g/cm3 verpresst und bei 140°C für dreißig Sekunden
thermogebunden. Die erhaltenen Lagen hatten 40% gebundenes SAP und
verbesserte Zugfestigkeit, verglichen mit nichtbehandeltem Fluff
mit SAP und auch verglichen mit dem Bindemittel-behandelten Fluff
mit SAP, ohne das Hilfsbindemittel.
-
Die
Zugfestigkeit war die höchste
mit Polyvinylacetat allein, gefolgt von einer Kombination von Polyvinylacetat
und Glycerin, dann Glycerin allein. Die niedrigste Zugfestigkeit
wurde ohne jegliches Bindemittel beobachtet.
-
BEISPIEL 23
-
Die
erfindungsgemäßen Bindemittel
können
zum Binden von Teilchen an Cellulosefasern, die synthetische, thermobindende
Fasern enthalten, verwendet werden. In diesem Beispiel ist KittyHawk-Zellstoff
(erhältlich
von Weyerhaeuser Company) ein Gemisch von NB316 gebleichtem Southern-Kraft
und 22% Polyethylen-thermoplastischen Bindemittelfasern. Der KittyHawk-Zellstoff wird verwendet,
um ein Zellstoffbahnmaterial mit SAP, gebunden an die Fasern, wie
in Beispiel 3 beschrieben, herzustellen. Das Bahnmaterial mit anhaftendem
SAP wird dann durch einen Thermobonder zum Erweichen der Polyethylenfasern
und miteinander Verbinden (fusionieren) der Fasern des Bahnmaterials,
zur Erhöhung
der Bahnmaterialfestigkeit, geleitet.
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XIV. Spektroskopische
Bewertungen
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Spektroskopische
Messungen wurden von den gemäß der Erfindung
hergestellten Faserprodukten ausgeführt. Die Ergebnisse der NMR-
und IR-Untersuchungen werden nachstehend gezeigt.
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A. NMR-Analyse
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BEISPIEL 24
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13C-NMR-Spektren von fester Probe wurden
auf Cellulosefasern, behandelt mit Ascorbinsäure, erhalten, um SAP an die
Fasern zu binden. Ein NMR-Spektrum wurde auch auf L-Ascorbinsäure erhalten.
In beiden Fällen
wurden getrennte Spektren erfasst, unter Anwenden von Aufnahmeverzögerungen
von 1 s und 5 s zwischen den Erfassungen.
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Die
Peaks in dem Faser-behandelten Spektrum wurden leicht den Komponenten
zugeordnet: SAP Polyacrylatcarboxyl (185 ppm) und Gerüst-Kohlenstoffe
(50–30
ppm); Cellulose (106, 90, 84, 76, 73 und 66 ppm) und Ascorbinsäure-Ringkohlenstoffe
C-1, C-2 und C-3 (175, 119 bzw. 156/153 ppm); die anderen Ascorbinsäurekohlenstoffatome
sind in dem Cellulosebereich; zwei von ihnen sind bei 69 und 61
ppm aufgetrennt. Die chemischen Verschiebungen von Ascorbinsäurekohlenstoff
in diesem ternären
Gemisch waren im Wesentlichen identisch (± 0,2 ppm) mit ihren Werten
in reiner Ascorbinsäure.
Dies wies aus, dass die Ascorbinsäure in den behandelten Fasern
keine großen
strukturellen Veränderungen
einging, wie die Gesamtneutralisation, Oxidation oder Ringöffnung.
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Die
Signal-Akkumulationsraten, die bei zwei verschiedenen Recovery-Verzögerungszeiten
beobachtet wurden, zeigten, dass die Protonenspins in reiner Ascorbinsäure nach
Anregung viel langsamer relaxierten als sie dies in dem ternären Gemisch
taten. Wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt, ergibt langsame
Relaxation höhere
Signalstärke
bei der langen Recovery-Verzögerung,
bezogen auf die kurze. Die schnelle Protonenspin-Gitter-Relaxation
in den beschichteten Fasern zeigt an, dass die Ascorbinsäure in diesem
System fester am Ort gehalten wird (das heißt, ist weniger beweglich)
als in der Bulk-Säure.
Die Ascorbinsäure
wird scheinbar fest an einer oder beiden der anderen zwei Komponenten,
Cellulose und SAP und nicht durch andere Ascorbinsäuremoleküle gehalten.
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Wenn
das Binden nur rein ionisch war, unter Einbeziehen von Ascorbation
und einer Acrylsäureeinheit in
dem SAP, dann würde
das NMR der behandelten Fasern die Ascorbinsäure in der Salzform zeigen.
Die NMR-Bezugsspektren wurden von der Säure und ihrem Salz in wässeriger
Lösung
gefunden und C-3 wird nach Ionisierung von ihrer OH-Gruppe als stark
verschoben beobachtet: 156 ppm in der Säure bis 176 ppm in dem Salz.
Da somit das NMR-Spektrum des ternären Gemisches die Peaks bei
rund 156 ppm enthält,
ist die Ascorbinsäure
in diesem System nicht ionisiert.
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Bezüglich der
Aciditäten
haben Ascorbinsäure
und Polyacrylsäure
nahezu identische pKa-Werte (4,2 gegen bzw.
5). Sie sind beide typisch starke organische Säuren mit schwachen Konjugatbasen.
Somit gibt es keinen zwingenden Grund für eine von diesen Säuren, durch
die Konjugatbase der anderen Säure
neutralisiert (ionisiert) zu werden. Eher sollte es eine starke
Tendenz für
eine Ascorbinsäure
und ein Acrylation geben, ein Wasserstoffion zwischen ihnen zu teilen,
was eine lange Wasserstoffbindung zwischen teilweise ionischen Ascorbinsäure- und
Acrylsäureeinheiten
ergibt. Dieses Teilen von Wasserstoffionen würde sich bestimmt in dem IR-Spektrum
niederschlagen, jedoch genügen
die NMR-Daten obschon vollständige
Ionisation von Ascorbinsäure
nicht vorliegt.
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Die
spektroskopischen Daten stimmten vollständig mit den Wasserstoffbindungsmechanismen
zwischen Ascorbinsäure
und einer Acrylateinheit in dem Superabsorptionsmittel überein. Acrylsäure-NMR-Amplituden-Verhältnisse
bei verschiedenen Recovery-Verzögerungszeiten.
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8. Infrarot-Analyse
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BEISPIEL 25
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Fasern mit Superabsorptionsmittel
und Ascorbinsäure
-
Infrarot-Transmissionsspektren
des unbehandelten NB316-Zellstoffs, des behandelten NB316-Zellstoffs,
Ascorbinsäure
und des Superabsorptionsmittels IM 100F wurden herge stellt. Dann
wurde ein Subtraktionsspektrum erhalten, das den behandelten Zellstoff
minus unbehandelte Kontrolle wiedergibt.
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Die
Prüfung
jenes Subtraktionsspektrums zeigt verschiedene Infrarotbanden, die
gewöhnlich
mit der Ascorbinsäure
verbunden sind. Sie wurden bei 1755, 1690 (etwas von 1660-1670 verschoben),
868, 821 und 756 Wellenzahlen (cm–1)
deutlich. Jedoch waren verschiedene andere Banden, die in dem Ascorbinsäurespektrum
vorherrschend waren, in dem Subtraktionsspektrum abwesend. Sie schlossen
die Nachstehenden ein: 3525, 3410, 3318, 1319, 1119 und 1026 cm–1.
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Die
höheren
Frequenzbanden (3300–3600
cm–1)
bei Ascorbinsäure
weisen auf gebundene OH-Gruppen hin. Die Infrarotbanden bei 1319,
1119 und 1026 cm–1 können auch mit OH-Vibrationen verbunden
sein. Folglich lässt
das IR vermuten, dass das Subtraktionsspektrum hauptsächlich einen
Verlust der OH-Gruppen reflektiert, die direkt an den Ring gebunden
waren. Eine wahrscheinliche Möglichkeit
besteht darin, dass die OH-Gruppen gegen Natrium ausgetauscht wurden.
Die einzige andere Hauptbande in dem Subtraktionsspektrum ist bei
1589 cm–1 angeordnet.
Dies war wahrscheinlich deshalb, weil das Superabsorptionsmittel
C=O zu einer etwas höheren
Frequenz (von 1562 cm–1) verschoben war.
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Die
Infrarotspektren weisen auf eine deutliche Spaltung der Struktur
der Ring-OH-Gruppen, verglichen mit reiner Ascorbinsäure mit
den behandelten Fasern ein, wobei die Ascorbinsäure in dem Gemisch, den Ascorbatsalzen ähnelt, indem
ihr einige der OH-Stretching-Banden fehlen.
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XV. Aktivierung
-
Die
Bindemittel der vorliegenden Erfindung haben den Vorteil eines inaktiven
Zustands auf den Fasern durch Zufuhr von Flüssigkeit, Wärme oder durch kinetische Energie,
welche durch mechanisches Rühren, Druck
oder Ultraschall zugeführt
werden kann, aktivierbar zu sein. Folglich kann ein flüssiges Bindemittel
auf Cellulosefasern locker oder in anderer Form, wie eine Cellulosematte,
in Abwesenheit der zu bindenden Teilchen, aufgetragen werden. Das
Bindemittel wird dann ge trocknet oder trocknen lassen, beispielsweise
bis das Bindemittel und die Faser einen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt
mit umgebender Luft erreicht. Alternativ kann das Bindemittel auf
einen Feststoff aufgetragen werden, beispielsweise Teilchen, die
auf eine Fasermatte gesprüht
werden. Bei einer späteren
Verarbeitungsstufe wird eine Flüssigkeit,
wie Wasser, zu den Fasern gegeben, was eine Aktivierung des Bindemittels
ergibt. Die teilchenförmigen
Stoffe werden dann zugegeben und das Bindemittel fixiert die teilchenförmigen Stoffe
an den Fasern. Dieses anschließende
Verarbeiten der Fasern zum Binden der Teilchen kann beispielsweise
an einem getrennten Ort von dem Ort, wo das Bindemittel auf die
Fasern aufgetragen wurde, stattfinden. Deshalb können die Hersteller von Produkten
teilchenförmige Stoffe
von Interesse (beispielsweise Superabsorptionsmittelteilchen oder
Fasern; antimikrobielle Teilchen, usw.) am Ort der Herstellung der
Endprodukte, die die behandelten Fasern einbeziehen, zusetzen. Auch
kann mehr als eine Art von teilchenförmigem Material (einschließlich in
Wasser lösliche,
als auch in Wasser unlösliche
Teilchen), falls erwünscht,
zusetzen. Die Teilchen ohne die erforderliche Funktionalität würden nicht
in der gleichen Weise gebunden werden.
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Es
wurde auch gefunden, dass einige der Bindemittel der vorliegenden
Erfindung durch mechanisches Rühren
(die Anwendung von kinetischer Energie) aktiviert werden können. Beispielsweise
kann Glycerinbindemittel auf fibröse Cellulose aufgetragen werden.
Das Glycerinbindemittel kann man trocknen lassen und die Fasern
werden dann mechanisch in Gegenwart von Superabsorptionsmittelteilchen
und/oder anderen Teilchen zum Aktivieren des Glycerinbindemittels
und zum Binden der Teilchen an die Fasern gerührt. Mechanisches Rühren kann
stattfinden, beispielsweise in einem Zerfaserer, wenn ein Bogen
oder eine Matte von mit Glycerin behandelten Cellulosefasern unter
innigem Mischen mit SAP, das an die Fasern durch das mechanische
Rühren
gebunden wird, zerfasert wird.
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XVI. Bindemittel-Aktivierungsbeispiele
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Die
Bindemittelaktivierung in der vorliegenden Erfindung erlaubt es
dem Bindemittel, den Fasern zugesetzt zu werden, bevor oder nachdem
die Teilchen zu den Fasern gegeben werden. Das Bindemittel wird anschließend durch
Zugabe von Flüssigkeit,
Wärme oder
kinetischer Energie, die sich aus dem Rühren ergibt, aktiviert und
die Teilchen werden an die Fasern gebunden. Die Teilchen können zu
den Fasern entweder vor der Bindemittelaktivierung, nach der Bindemittelaktivierung
oder gleichzeitig mit der Aktivierung zugesetzt werden. Wenn SAP
und/oder andere Teilchen den Cellulosefasern zuzugeben sind, kann
das Bindemittel beispielsweise auf einen Zellstoffbogen, der anschließend zerfasert
wird, aufgetragen werden. Eine Flüssigkeit, wie Wasser, kann
dem Zellstoff vor oder nach der Zerfaserung zugesetzt werden, und
SAP kann vor oder nach der Wasserzugabe oder gleichzeitig mit dem
Wasser zugesetzt werden. Wenn SAP nach der Wasserzugabe zugegeben
wird, sollte das SAP auf die Fasern vor der vollständigen Verdampfung
des zugegebenen Wassers aus den Fasern aufgetragen werden. Das Wasser
kann auch auf anderen Wegen zugesetzt werden, wie durch sehr feuchte
Luft, einen Nebel oder Dunst, oder als Dampf.
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Die
Aktivierung kann für
alle Fasern oder nur Teile der Fasern, wie Zielzonen, oder Teile
der Matte, wo Teilchenbinden erwünscht
ist, vorliegen. Die Teilchen können
dann zu der Matte gegeben werden und an den Zielzonen der Matte,
die aktiviert wurden, anhaften. In einigen Ausführungsformen wird das Bindemittel
als ein Feststoff aufgetragen und während der letzten Verarbeitungsstufe
zum Aktivieren des Bindemittels durch Erweichen desselben erhitzt,
sodass es an die Teilchen der Fasern bindet. Die Teilchen können in
Mustern, entsprechend einer gewünschten
Verteilung (beispielsweise eine nicht-homogene Verteilung) von Teilchen
in dem fibrösen
Material zugesetzt werden. Besonders üblich jedoch wird Aktivierung
durch Verwendung eines Bindemittellösungsmittels zum Befeuchten
des Zielbereichs des Produkts, in dem ein inaktives (trockenes oder
getrocknetes) Bindemittel bereits eingeführt wurde, ausgeführt.
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In
anderen Ausführungsformen
wird das Bindemittel außerdem
auf die Fasern aufgetragen und dann durch Anwenden kinetischer Energie
auf die Fasern aktiviert. Unverdünntes
Polypropylenglycol (MW 2000)-Bindemittel kann beispielsweise auf
Fasern gesprüht
werden und trocknen lassen. Die gewünschten Teilchen werden dann
zu den Fasern gegeben, wenn die Fasern mechanisch in einem Mischer
oder Zerfaserer zum kinetischen Aktivieren des Bindemittels und
Binden der Teilchen an die Fasern mechanisch gerührt werden. Zur kinetischen
Aktivierung kann das Bindemittel als eine Flüssigkeit oder ein Feststoff
zu den Fasern gegeben werden. In dem Fall der Flüssigkeitszugabe wird die Flüssigkeit
trocknen lassen und dann durch mechanisches Rühren der Fasern und des Bindemittels
aktiviert. Im Fall der Feststoffbindemittelzugabe wird das Bindemittel
als ein Feststoff aufgetragen und dann befeuchtet (beispielsweise
zu einem Gesamtfaserfeuchtigkeitsgehalt von etwa 7%) und dann mechanisch
gerührt.
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Die
Aktivierung des Bindemittels kann vor dem Zugeben der Teilchen,
anschließend
an das Zugeben der Teilchen oder gleichzeitig mit der Zugabe der
Teilchen, durchgeführt
werden. Ist einmal das Bindemittel aktiviert, haftet es zu einem
wesentlichen Teil an den Teilchen der Fasern, wobei „ein wesentlicher
Teil" sich auf etwa
die Hälfte
der hinzugefügten
Teilchen bezieht, mindestens, worin die Teilchen nicht im Überschuss
zugegeben werden. Von den Teilchen, die anhaften, werden mindestens
die Hälfte
davon (und typischerweise im Wesentlichen alle von ihnen; beispielsweise über 80%)
an den Fasern anhaften.
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In
Ausführungsformen,
in denen das Bindemittel auf die Fasern als Feststoff aufgetragen
wird, kann der Aktivierungsschritt Auftragen einer Flüssigkeit
auf die Fasern, nachdem das Bindemittel auf die Fasern aufgetragen
wurde, umfassen; kurz bevor das Bindemittel auf die Fasern oder
gleichzeitig mit der Auftragung des Bindemittels auf die Fasern
aufgetragen wird.
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Der
Aktivierungsschritt kann, nachdem der Härtungsschritt vollständig ist,
ausgeführt
werden, wenn ein Härtungsschritt
auszuführen
ist.
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Das
nachstehende Beispiel wird einige spezielle Anwendungen des Aktivierungsverfahrens
erläutern und
ist nicht zur Begrenzung der Erfindung auf die offenbarten Verfahren
vorgesehen.
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BEISPIEL 26
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Das
Verfahren von vorstehendem Beispiel 1 könnte derart modifiziert werden,
dass das SAP nicht zugegeben wird, bis das Bahnmaterial auf 140°C erhitzt
ist. Ein festes Polyethylenglycol/Polypropylenglycol-Copolymer könnte gegen
das Bindemittel von Beispiel 1 ausgetauscht werden, und es würde unter
140°C gut schmelzen
und in seiner flüssigen
Form das SAP an die Fasern binden. Das SAP könnte statistisch über das erhitzte
Produkt oder speziell auf eine Zielzone des Produkts, wo erhöhte Absorptionskraft
besonders erwünscht
ist, aufgetragen werden.
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BEISPIEL 27
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Ein
Southern-Kraft-Zellstoffbogen wurde in 154 Gramm einer 65%igen Lösung von
mit 100 ml desionisiertem Wasser verdünnter Polyacrylsäure eingetaucht
oder damit besprüht.
Der Bogen wird dann über Nacht
trocknen lassen, in einem Ofen für
dreißig
Minuten auf 80°C
erhitzt und in einer Kammer mit 50% relativer Luftfeuchtigkeit über Nacht
konditioniert. Der Bogen wird dann mit Wasser benebelt zur Erhöhung seines Feuchtigkeitsgehalts
auf 17–20%,
wie er in eine mit einem 0,95 cm (drei Achtel inch)-Lochsieb gefüllten Fitz-Hammermühle gespeist
wird. Polyacrylathydrogelteilchen von FAVOR 800, bezogen
von Stockhausen, würden
gleichzeitig zu der Mühle
durch eine Schneckenzuführungsvorrichtung
gegeben, mit dem Fluff gemischt, zu einer M & J Luftlegestrasse gelenkt und Luft-gelegt,
unter Bildung eines Bahnmaterials, das gebundenes SAP durch das
Bahnmaterial enthält;
das heißt,
ohne auf eine Oberfläche
des Bahnmaterials beschränkt
zu sein. Das Mischen von SAP durch den Fluff hilft, ein Produkt
herzustellen, in dem SAP homogen oder statistisch verteilt ist,
das die Probleme von Gelblockieren minimiert.
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BEISPIEL 28
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900
Gramm KittyHawk-Zellstoffbogen (von der Weyerhaeuser Co., enthaltend
22% synthetische Faser) wird in eine 10-gewichtsprozentige Lösung von
Polyglycin für
dreißig
Minuten getaucht. Der 12,7 cm (5 inch) breite Bogen wird dann auf
einer Laborbank zum Trocknen über
Nacht entrollt, in einem Ofen für
dreißig Minuten
auf 80°C
erhitzt und in einer 50% relativen Luftfeuchtigkeitskammer über Nacht
konditioniert. Der Bogen wird in eine mit einem drei Achtel inch-Lochsieb-ausgestattete
Fitz-Hammermühle
gespeist, zerfasert, zu einer M & J
Luftlegestrasse gelenkt und zu einem Bahnmaterial luftgelegt. Wenn
das Bahnmaterial herauskommt, werden kreisförmige Zielzonen des Bahnmaterials
mit Wasser aus einer Sprühflasche
befeuchtet, um den Feuchtigkeitsgehalt auf 17-21% in der Zielzone zu erhöhen. Fünf Gramm
aliquote Mengen von Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogel-Feinstoffen
(IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) werden
anschließend
auf die Zielzonen verschoben, um ein Bahnmaterial mit SAP, gebunden
in Zielzonen, zu ergeben. Das SAP bildet keine zusammenfließende Schicht,
sondern liegt anstatt dessen in teilchenförmiger Form, auf und unter
der Oberfläche
des Bahnmaterials, vor.
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BEISPIEL 29
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Eine
Menge von 900 Gramm eines gebleichten Southern-Kraftzellstoffbogens wurde in eine 2%ige Bulk-Lösung von
Ascorbinsäure
(bezogen als ein Trockenpulver von Aldrich Chemical Co. of Milwaukee,
WI) für
dreißig
Minuten getaucht. Der 5 inch breite Bogen wurde dann unaufgewickelt
auf einer Laborbank über Nacht
trocknen lassen, in einem Ofen für
dreißig
Minuten auf 80°C
erhitzt und in einer Kammer mit relativer Feuchtigkeit über Nacht
konditioniert. Der Bogen wurde dann mit 7 Gewichtsprozent Ascorbinsäure gravimetrisch
bestimmt. Der Bogen wurde mit Wasser benebelt, um seinen Feuchtigkeitsgehalt
auf 17–20%,
wenn er einer mit 0,95 cm (drei Achtel inch)-Lochsieb ausgestatteten
Fitz-Hammermühle
zugeführt
wird, zu erhöhen. Das
Benebeln mit Wasser aktivierte das Bindemittel vor der Zugabe der
Superabsorptionsmittelteilchen (SAP). Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe
(IM 1000F, bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) wurden
als SAP zu der Hammermühle
durch eine Schneckenzuführungsvorrichtung
gegeben, mit dem Fluff vermischt und zu einer M & J-Luftlegemaschine (von Horsens,
Dänemark)
gelenkt und unter Bildung eines Bahnmaterials luftgelegt. Das sich
ergebende Bahnmaterial enthielt 20% SAP, gebunden an die Fasern
des Bindemittels.
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BEISPIEL 30
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Eine
Menge von 900 Gramm KittyHawk-Zellstoffbogen (von der Weyerhaeuser
Co., enthaltend 22% synthetische Fasern) wurde in eine 10 gewichtsprozentige
Lösung
Harnstoff (bezogen von Aldrich, Milwaukee, WI) dreißig Minuten
getaucht. Ein 12,7 cm (5 inch) breiter Bogen wurde dann zum Trocknen über Nacht
unaufgewickelt auf eine Laborbank gelegt, in einem Ofen für dreißig Minuten
auf 80°C
erhitzt und in einer Klimakammer bei 50% relativer Feuchtigkeit über Nacht
konditioniert. Der Bogen wurde dann mit 30 Gewichtsprozent Harnstoff
gravimetrisch bestimmt. Der Bogen wurde in eine mit drei Achtel
inch-Lochsieb ausgestattete Fitz-Hammermühle gespeist, zerfasert, zu
einer M & J-Luftlegestrasse
gelenkt und in ein Bahnmaterial luftgelegt. Als das Bahnmaterial
erschien, wurde das Bindemittel in dem getrockneten Bahnmaterial
durch Benebeln der Zielzonen des Bahnmaterials in einem kreisförmigen Muster
mit desionisiertem Wasser aus einer Sprühflasche zur Erhöhung des
Feuchtigkeitsgehalts des Bahnmaterials oder der Zielzonen auf 17–21% aktiviert. Fünf Gramm
aliquote Mengen Polyacrylathydrogel (FAVOR 800, bezogen von Stockhausen,
Greensboro, North Carolina) wurden anschließend auf jede aktivierte Zielzone
gesiebt. Das sich dann ergebende Bahnmaterial enthielt Zielzonen
mit 5 Gramm SAP, gebunden an die Fasern in jeder Zielzone. Alternierende
Sprühmuster
konnten durch Auswählen
von Sprühköpfen oder
verschiedenen Steuerungsvorrichtungen, die verschiedene Muster benebeln,
bereitgestellt werden.
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XVII. Thermoplastische
Bindemittel
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Ein
Hilfsbindemittel kann auch verwendet werden, um das Binden von Fasern
aneinander oberhalb des Schmelzpunktes des Hilfsbindemittels zu
unterstützen.
Das Hilfsbindemittel kann ein festes thermoplastisches Material
sein, das auf die Fasern aufgetragen wird und durch Erhöhen der
Temperatur während
des Bindungsschritts auf oberhalb der Erweichungstemperatur des
Hilfsbindemittels erweicht. Das Hilfsbindemittel wird dadurch temporär erweicht,
was es flüssiger
macht (was aus Gründen
der Bequemlichkeit auch als Hilfsbindemittelschmelzen bezeichnet
werden kann), und anschließend,
wenn die Temperatur abkühlt,
erneut verfestigt wird, was thermoplastisch die Fasern aneinander
und die Teilchen an die Fasern bindet. Das Hilfsbindemittel kann
auch eine Wasserstoffbindungsfunktionalität enthalten, sodass Wasserstoff
die Teilchen an die Faser bindet. Beispiele für Hilfsbindemittel, die thermoplastisch
sind und auch Wasserstoff-bindende Gruppen enthalten, schließen Ethylenvinylalkohol,
Polyvinylacetat, Acrylate, Polycarbonate, Pohyester und Polyamide ein.
Weitere Information über
die Verwendung solcher Hilfsbindemittel findet man in US-Patent
Nr. 5 057 166.
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Das
Hilfs- oder zweite Bindemittel kann zu den Fasern entweder vor oder
nach einem ersten Bindemittel zum Unterstützen des Bindens der Fasern
aneinander und Bereitstellen von zusätzlichem Binden zwischen den
Fasern und Teilchen zugegeben werden. Ein geeignetes zweites Bindemittel
würde ein
thermoplastisches oder wärmehärtbares
Bindemittel sein. Im Fall von thermoplastischen Polymeren können die
Polymere ein Material sein, das permanent thermoplastisch bleibt.
Alternativ können
solche Polymere ein Material sein, das mit oder ohne einen äußeren Katalysator,
zu einem Polymer vom wärmehärtbaren
Typ teilweise oder vollständig
vernetzbar ist. Als einige spezielle Beispiele können geeignete thermoplastische
Bindemittel aus den nachstehenden Materialien hergestellt werden:
Ethylenvinylalkohol, Polyvinylacetat, Acrylsäure, Polyvinylacetatacrylat,
Acrylate, Polyvinyldichlorid, Ethylenvinylacetat, Ethylenvinylchlorid,
Polyvinylchlorid, Styrol, Styrolacrylat, Styrol/Butadien, Styrol/Acrylnitril,
Butadien/ Acrylnitril, Acrylnitril/Butadien/Styrol, Ethylenacrylsäure, Polyethylen,
Urethane, Polycarbonat, Oxid, Polypropylen, Polyester und Polyimide.
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Zusätzlich schließen einige
spezielle Beispiele der wärmehärtbaren
Bindemittel jene, hergestellt aus den nachstehenden Materialien,
ein: Epoxy, phenolische Stoffe, Bismaleimid, Polyimid, Melamin/Formaldehyd,
Polyester, Urethane, Harnstoff und Harnstoff/Formaldehyd.
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Mehr
als eines von diesen Materialien kann zum Behandeln der Fasern verwendet
werden. Beispielsweise kann eine erste Beschichtung oder Ummanteln
eines wärmehärtbaren
Materials verwendet werden, gefolgt von einem zweiten Beschichten
eines thermoplastischen Materials. Die Superabsorptionsmittelteilchen oder
andere Teilchen werden dann typischerweise an dem äußeren Bindemittelmaterial
anhaften. Während der
anschließenden
Verwendung der Fasern zur Herstellung von Produkten kann das thermoplastische
Material auf seine Erweichungs- oder Klebrigkeitstemperatur, ohne
Erhöhen
des wärmehärtbaren
Materials auf seine Härtungstemperatur,
erhitzt werden. Das verbleibende wärmehärtbare Material erlaubt anschließendes Erhitzen
der Fasern zum Härten
des wärmehärtbaren
Materials während
weiterem Verarbeiten. Alternativ kann das wärmehärtbare Material zur gleichen
Zeit, wenn das thermoplastische Material durch Erhitzen der Fasern auf
die Härtungstemperatur
des Wärmehärtens mit
dem thermoplastischen Material erhitzt wird, auch auf seine Klebrigkeitstemperatur
erhitzt werden.
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Bestimmte
Arten von Bindemitteln erhöhen
die Feuerfestigkeit der behandelten Fasern und erzeugen dabei Produkte,
die aus diesen Fasern hergestellt werden. Beispielsweise sind Polyvinylchlorid,
Polyvinyldichlorid, Ethylenvinylchlorid und phenolische Stoffe flammverzögernd.
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Tenside
können
auch, falls erwünscht,
in das flüssige
Bindemittel eingeschlossen sein. Andere Materialien können auch
mit dem flüssigen
Bindemittel zum Verleihen gewünschter
Eigenschaften der behandelten Fasern vermischt werden. Beispielsweise
kann teilchenförmiges
Material, wie Pigmente, auch in das Bindemittel zur Auftragung auf
die Fasern eingeschlossen sein.
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BEISPIEL 31
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Wie
vorstehend beschrieben, kann ein Hilfsbindemittel, zusätzlich zu
den polymeren Bindemitteln der vorliegenden Erfindung, verwendet
werden. Eine Menge von 3210 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Bindemittel
(NB-416, bezogen von Weyerhaeuser Company), wird in einer mischerartigen
Mischvorrichtung Air-entrained und mit 2128 Gramm eines Polyvinylacetatlatex
(PN-3666H, bezogen von H.B. Fuller, Minneapolis, Minnesota) besprüht. Noch
während
des Mischens werden 4073 Gramm eines in Wasser quellbaren Polyacrylathydrogels
(IM 1000–60,
bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, Virginia) zugegeben und
das erhaltene Gemisch wird dann mit 1160 Gramm einer 50%igen Lösung von
Polypropylenglycol (bezogen von Union Carbide, Danbury, Connecticut)
besprüht.
Der Mischer wird gestoppt und das Gemisch wird zu einem flachen Rohrtrockner
gelenkt. Das getrocknete Produkt wird dann als ein 40,64 cm (16
inch) breites Bahnmaterial auf einer Danweb-airlay-Maschine luftgelegt,
auf eine Dichte von ungefähr
0,15 g/cm3 gepresst, und bei 140°C für dreißig Sekunden
thermogebunden. Das erhaltene Bahnmaterial würde 40% gebundenes SAP und
verbesserte Zugfestigkeit aufweisen (verglichen mit unbehandeltem
Fluff mit SAP).
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Alternativ
können
189 Gramm EDTA gegen 4073 Gramm Polyacrylathydrogel ausgetauscht
werden.
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XVIII. Auftragung des
Bindemittels
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Die
in der Erfindung verwendeten Bindemittel können auf die Fasern in beliebiger
geeigneter Weise aufgetragen werden. Ein solches Verfahren besteht
darin, das Bindemittel oder die Bindemittel auf ein Bahnmaterial
der Fasern zu versprühen,
das an einem Sprüher
auf einem Förderband
vorbeigeführt
wird. Alternativ können
lockere Fasern an einem Sprüher
vorbeifallen lassen oder lockere Fasern können auf einem Förderband
an einem Sprüher
vorbeibewegt werden. Die lockeren Fasern können auch mit einem Bindemittel
aufgeschlämmt
oder darin eingetaucht werden. Es ist auch bevorzugt, die Bindemittel
mit Walzen auf das Bahnmaterial aufzutragen, insbesondere, wenn
das Bindemittel viskos ist. Für
feste Bindemittel kann das Vermischen der Faser und Bindemittel
ausgeführt
werden oder das Bindemittel kann einfach darauf gesprüht werden
oder anders mit den Fasern vermengt werden, gefolgt von einem Fixierungsschritt,
wie Zufuhr von Wärme
oder Flüssigkeit.
Die Fasern können
auch mit dem Bindemittel besprüht
oder darin eingetaucht werden, oder Bindemittelteilchen können darauf
aufgetragen werden. Diese Fasern können, während noch feucht, in dem Fall eines
flüssigen
Bindemittels oder nach Aktivierung einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs,
mit den Teilchen vereinigt werden.
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Die
Fasern können
auch zur späteren
Aktivierung mit einem Aktivierungsfluid trocknen lassen, wie eine
Aktivierungsflüssigkeit,
und mit den Teilchen zu der Zeit vereinigt werden. Ein Beispiel
dafür,
wenn es erwünscht
ist, das Bindemittel auf die Fasern aufzutragen und anschließend das
Bindemittel in Gegenwart von Teilchen zu aktivieren, ist, wenn die
Teilchen an einer entfernten Stelle zugegeben werden. Beispielsweise kann
das Bindemittel aus einem inaktiven Zustand bei einem zweiten Ort
aktiviert werden, der vom ersten Ort entfernt ist, wo das Bindemittel
auf die Fasern aufgetragen wird. Ein zweiter Ort kann beispielsweise
ein Ort sein, wo ein Hersteller Fasern und Teilchen zu Gegenständen, wie
Absorptionsmittelgegenstände,
vereinigt. Teilchen können
aus herkömmlichen
volumetrischen Zuführern
in eine Hammermühle
oder aus Einspritzern von einer Papierherstellungsleitung zugeführt werden.
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Ein
Verfahren zur gleichförmigen
Beschichtung der Fasern mit einem Bindemittel und Zugeben der Teilchen
wird in US-Patent Nr. 5 064 689 gezeigt. Jedoch ist die Erfindung
nicht auf irgendwelche spezielle Mechanismen zum Vereinigen der
Faser, des Bindemittels und der Teilchen begrenzt.
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XIX. Herstellung von hochdichten
Fasern
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Die
Herstellung von hochdichten Fasern mit Vernetzungen innerhalb der
Fasern ist auf dem Fachgebiet bekannt. Ver fahren zur Herstellung
solcher Fasern werden in
EP
440 472 A1 ,
EP
427 317 A2 ,
EP
427 316 A2 und
EP
429 112 A2 sowie in der US-Patent-Anmeldung Seriennummer
07/607 268, eingereicht am 31. Oktober 1990, und ihrem veröffentlichten
Europäischen
Gegenstück,
beschrieben. Diese hochdichten Fasern können in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, wobei Teilchen an dieselben durch die hierin offenbarten
Bindemittel gebunden sind. Da Verfahren der Herstellung von hochdichten
Fasern bekannt sind, wird nachstehend nur eine kurze Beschreibung
eines solchen Verfahrens gegeben.
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A. Gesamtsystem
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Die
Vorrichtung 110 (3)
umfasst die in der vorliegenden Erfindung verwendete Transportvorrichtung 112 zum
Transportieren einer Matte 114 von Cellulosefasern oder
anderen Fasern durch eine Faserbehandlungszone 116; ein
Applikator 118 zum Auftragen der Behandlungssubstanz, wie
eine vernetzende Substanz aus einer Quelle 119 davon, zur
Matte 114 bei der Faserbehandlungszone 116; ein
Zerfaserer 120 zum vollständigen Trennen der einzelnen
Cellulosefasern, umfassend die Matte 114, unter Bildung
eines Faserausstoßes,
umfasst von im Wesentlichen ungebrochenen Cellulosefasern, im Wesentlichen
ohne Verknüpfungen oder
Knoten; und einen Trockner 122, gekoppelt mit dem Zerfaserer
zum Flashverdampfen von restlicher Feuchtigkeit aus dem Faserausstoß und zum
Härten
der vernetzenden Substanz, unter dabei Bilden von getrockneten und
gehärteten
Cellulosefasern.
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Die
Matte 114 von Cellulosefasern ist vorzugsweise in einer
ausgedehnten Bogenform, gelagert in Form von einer Rolle 124,
bis zur Verwendung. Es ist normalerweise nicht notwendig, dass die
Cellulosefasern die Matte 114 vollständig getrocknet umfassen. Da
Cellulose eine hydrophile Substanz ist, werden Moleküle davon
typischerweise einen bestimmten Anteil an restlicher Feuchtigkeit
auch nach Trocknen aufweisen. Der Anteil an restlicher Feuchtigkeit
ist im Allgemeinen 10% Gewicht/Gewicht oder weniger, was nicht nachweisbar ist
als „Feuchtigkeit". 3 zeigt auch mehr als eine Zuführung, wie
Mehrfachwalzen 124 von Matte 114 aus Cellulosefa sern
gleichzeitig unter Verwendung der vorliegenden Erfindung verarbeitet
werden können.
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An
der Faserbehandlungszone 116 tragen Sprüher oder andere Applikatoren 118 Chemikalien,
wie Vernetzungsmittel, auf die Matte auf. Typische Chemikalien werden
gleichförmig
auf beide Seiten der Matte aufgetragen. Die befeuchtete Matte gelangt
zwischen ein Paar von Walzen 128, die das Verteilen der
Chemikalien gleichförmig über die
Matte unterstützen.
Andere Applikatoren können
natürlich
auch verwendet werden.
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Die
vernetzende Substanz ist eine flüssige
Lösung
einer Vielzahl von vernetzenden, gelösten Stoffen, die auf dem Fachgebiet
bekannt sind. Falls erforderlich, kann die vernetzende Substanz
einen Katalysator zum Beschleunigen der Bindungsreaktionen zwischen
Molekülen
der vernetzenden Substanz und Cellulosemolekülen einschließen. Jedoch
viele, wenn nicht die meisten, vernetzenden Substanzen erfordern
keinen Katalysator.
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Bevorzugte
Arten von vernetzenden Substanzen sind ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus Harnstoffderivaten, wie methyloliertem Harnstoff, methylolierten
cyclischen Harnstoffen, methylolierten Niederalkyl-substituierten
cyclischen Harnstoffen, methylolierten cyclischen Dihydroxy-Harnstoffen,
und Gemischen davon. Eine speziell bevorzugte vernetzende Substanz
würde Dimethyloldihydroxyethylenharnstoff (DMDHEU)
sein. Zusätzlich
können
vernetzende Substanzen Polycarbonsäuren, wie Zitronensäure, sein.
Vernetzende Materialien sind auf dem Fachgebiet bekannt, wie jene,
beschrieben vorstehend erwähnt
in dem Chung-Patent, US-Patent Nr. 4 935 022, Lash et al., US-Patent
Nr. 4 889 595, Herron et al., US-Patent Nr. 3 819 470, Shaw et al.,
US-Patent Nr. 3 658 613, Steijer et al., US-Patent Nr. 4 822 453,
Dean et al. und US-Patent Nr. 4 853 086 Graef et al.
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Geeignete
Katalysatoren schließen
saure Salze ein, die verwendbar sein können, wenn auf Harnstoff basierende
vernetzende Substanzen verwendet werden. Solche Salze schließen Ammoniumchlorid,
Ammoniumsulfat, Aluminiumchlorid, Magnesiumchlorid oder Gemische
dieser oder anderer ähnlicher
Ver bindungen ein. Alkalimetallsalze von Phosphor-enthaltenden Säuren können auch
verwendet werden.
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In 3 wird die vernetzende
Substanz, die auf die Matte 114 aufgetragen wurde, aus
einer Zuführung 119 davon,
wie einem Behälter
oder analogem Gefäß, erhalten.
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Vernetzte
Cellulosefasern sind einzelne Fasern, jeweils umfasst von Mehrfach-Cellulosemolekülen, wobei
mindestens ein Teil der Hydroxylgruppen auf den Cellulosemolekülen an Hydroxylgruppen
von benachbarten Cellulosemolekülen
in der gleichen Faser über
vernetzende Reaktionen mit äußerlich
zugegebenen chemischen Reagenzien, genannt „vernetzende Substanzen" oder „Vernetzungsmittel", kovalent gebunden sind.
Geeignete Vernetzungsmittel sind im Allgemeinen vom bifunktionellen
Typ, die kovalent gebundene „Brücken" zwischen den benachbarten
Hydroxylgruppen erzeugen.
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B. Transportvorrichtung
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Bezugnehmend
weiterhin auf 3 wird
jede Matte 114 der Cellulosefasern durch eine Transportvorrichtung 112,
die die Matten durch die Faserbehandlungszone 116 trägt, transportiert. 3 zeigt auch einen weiteren
Teil von einem Typ von Transportvorrichtung, umfasst von einem ersten
Paar Walzen 126 und einem zweiten Paar Walzen 128 für jede Matte 114.
Das erste und zweite Paar Walzen 126, 128 sind
besonders wirksam zum Vorwärtsbringen
der entsprechenden Matte bei einer im Wesentlichen konstanten und
gesteuerten Geschwindigkeit.
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C. Faserbehandlungszone
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Jede
Matte 114 wird durch das erste und zweite Paar Walzen 126, 128 durch
die Faserbehandlungszone 116, wo die Matte 114 mit
einer flüssigen,
vernetzenden Substanz imprägniert
ist, vorwärtsgetrieben.
Die vernetzende Substanz wird vorzugsweise auf eine oder beide Oberfläche(n) der
Matte, unter Verwendung einer beliebigen Vielzahl von auf dem Fachgebiet
bekannten Verfahren, die für
einen solchen Zweck verwendbar sind, wie Sprühen, Walzen, Tauchen, oder
ein ana loges Verfahren angewendet. Kombinationen von Sprüh- und Walzen-applikatoren
können
auch angewendet werden.
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Die
vernetzende Substanz wird typischerweise in einer Menge im Bereich
von 2 kg bis 200 kg Chemikalie pro Tonne Cellulosefaser und vorzugsweise
etwa 20 kg bis 100 kg Chemikalie pro Tonne Cellulosefaser aufgetragen.
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D. Zerfaserer
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Das
nächste
Untersystem, das der Faserbehandlungszone folgt, ist ein Zerfaserer 120,
der zum Zerkleinern von einer oder mehreren Matten 130,
die mit der vernetzenden Substanz imprägniert ist/sind, in einzelne,
im Wesentlichen unzerbrochene Cellulosefasern, umfassend einen Faserausstoß, dient.
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Bezugnehmend
weiterhin auf 3 kann
ein erster Transportventilator 260 von herkömmlichem
Aufbau zum Vorwärtstreiben
der Fasern aus dem Auslass 162 der Verreibevorrichtung 132 durch
eine Leitung 262 angewendet werden.
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Eine
wahlweise Komponente des Zerfaserers 120 ist ein erster
Zyklon 264 oder eine ähnliche,
auf dem Fachgebiet bekannte Vorrichtung, die in herkömmlicher
Weise zum Konzentrieren der Fasern, die durch den Auslass 162 der
Zerreibevorrichtung 132 gelangen, verwendet wird. Der erste
Zyklon 264 nimmt die Fasern durch die Leitung 262,
die daran gekoppelt ist, auf.
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Überschüssige Luft
kann am Oberen 266 des ersten Zyklons 264 wieder
gewonnen werden und, falls erforderlich, durch eine Leitung 268 zu
einem Ort stromaufwärts
des ersten Transportventilators 260 (falls verwendet) zurückgeführt werden.
Solche zusätzliche
Luft kann zum Erleichtern der Übertragung
der Fasern durch den ersten Transportventilator 260 hilfreich
sein.
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Ein
Scheibenraffinator 268 ist eine weitere wahlweise Komponente
des Zerfaserers 120, der zum Bewirken von zusätzlicher
Trennung der Fasern (Entfernung von Knoten), falls erforderlich,
angewendet werden kann. Der Scheibenraffinator 268 ist
von einem Typ, der auf dem Fachgebiet bekannt ist und umfasst einen Scheibenraffinatoreinlass 270 und
einen Scheibenraffinatorauslass 272. Ein repräsentativer
Scheibenraffi nator 268 ist der Typ DM36, hergestellt von
Sprout-Bauer, Incorporated of Muncie, Pennsylvania. Wenn der Scheibenraffinator 268 verwendet
wird, wird der Einlass 270 davon über eine Leitung 274 an
einem Auslass 276 des ersten Zyklons 264 gekoppelt.
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Ein
zweiter Transportventilator 278 kann gegebenenfalls angewendet
werden, um zwangsweise die Fasern durch eine Leitung 180 stromabwärts des
Scheibenraffinators 268 voranzubringen. Überschüssige Luft kann
aus dem Oberen 266 des ersten Zyklons 264 gewonnen
werden und über
eine Leitung 281 zu einem T-förmigen Gegenstand 282,
gerade stromaufwärts
des zweiten Förderventilators 278,
geführt
werden.
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Eine
weitere wahlweise Komponente des Zerfaserers 120 ist ein
Fluffgenerator 290, der die Fasern von dem wahlweisen zweiten
Transportventilator 278 durch eine Leitung 284 aufnimmt.
Der Fluffgenerator wird nachstehend im Einzelnen und in der ebenfalls
anhängigen
US-Patent-Anmeldung Serien-Nummer 07/607 157 beschrieben.
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E. Trockner
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Bezugnehmend
weiterhin auf 3 schließt eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Vorrichtung 110 einen Trockner 122 ein,
der verwendet wird, um zwei aufeinanderfolgende Funktionen auszuführen: Entfernen
von restlicher Feuchtigkeit aus den Fasern und Härten des Vernetzungsmittels.
Vorzugsweise umfasst der Trockner 122 eine Trocknungszone 373 zum
Aufnehmen von Fasern, beispielsweise aus dem Fluffgeneratorauslass 304,
und zum Entfernen von restlicher Feuchtigkeit aus den Fasern über ein „Flashtrocknungs"-verfahren, und eine zweite Trocknungszone 360, 362 zum
Härten
des Vernetzungsmittels. In 3 beginnt
das Härten
in Zone 360 und setzt sich durch Zone 362 fort.
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Die
Ausführungsform
in 1 zeigt, dass Zone 373 an
den Fluffgeneratorauslass durch eine Leitung 372 und zu
einer Quelle 374 von Heißluft gekoppelt ist; typischerweise
hergestellt durch Verbrennung einer Zuführung von Erdgas 376 und
frischer Luft 378. Die Temperatur der Heißluft wird
zum Halten der Temperatur der Trocknungszone 373 innerhalb
eines Bereichs von 200°C
bis 315°C
reguliert. Wenn der Faserauslass in die Trocknungszone 373 gelangt,
werden die feuchten Fasern, umfassend den Faserausstoß, im Wesentlichen
unverzüglich
in dieser Zone der hohen Temperatur ausgesetzt. Solches schnelles
Aussetzen hoher Temperatur verleiht den Fasern einen „flashtrocknenden" Effekt, unter dabei
Verursachen von schnellem und sorgfältigem Trocknen und Trennen
der Fasern. Die Durchgangszeit durch die Trocknungszone 373 ist
vorzugsweise weniger als eine Sekunde.
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Die
Ausführungsform
von 3 zeigt, dass die
erste Zone 360 einen ersten Turm 364 umfasst,
der einen Körperteil 366,
einen Einlass 368 und einen ersten Turmauslass 370 umfasst.
Die Trocknungszone 373 wird über eine Leitung 372 an
den Auslass des Fluffgenerators 290 gekoppelt.
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In 3 wird der erste Turm 364 gezeigt,
der vorzugsweise über
eine Leitung 380 ein Abwärtsrohr 382 gekoppelt
ist, welches über
eine Leitung 384 an einen dritten Transportventilator 386 gekoppelt
ist, der am Einlass 388 des zweiten Turms 390 angeordnet
ist. Der dritte Transportventilator 386 transportiert die
Fasern durch den Trockner, die dabei in den zweiten Turm 390 gelangen.
Da die Fasern durch den zweiten Turm 390 gelockert werden,
werden sie noch einer Härtungstemperatur
innerhalb des Bereichs von 140°C
bis 180°C ausgesetzt,
was zum Bewirken von Härten
des Vernetzungsmittels ausreichend ist, ohne die trockenen Fasern auszudörren. Das
Lockerhalten hält
die Fasern getrennt, bis die Vernetzungsreaktion vollständig ist.
Die Härtungstemperatur
hängt von
der Art des zum Behandeln der Fasern verwendeten Vernetzungsmaterials
ab und wird auch zu einem Anteil eingestellt, sodass die Fasern
während
des Härtens
nicht verdörren.
Es sollte angemerkt werden, dass auch Ein-Stufen-Trockner verwendet
werden können.
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Die
getrockneten und gehärteten
Fasern, die am Trocknerauslass von Turm 390 vorliegen,
haben einen extrem niedrigen Anteil von Verknüpfungen und haben tatsächlich keine
Knoten. Weiterhin sind sie nicht durch Ausdörren und dergleichen entfärbt und
haben eine mittlere Faserlänge,
im We sentlichen unverändert von
der mittleren Länge
der Fasern, die die Matte 14 umfassen.
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3 zeigt auch einen zweiten
Zyklon 400 von herkömmlichem
Aufbau, gekoppelt über
eine Leitung 402 an den Auslass von Turm 390,
der zum Konzentrieren der Fasern, die bei der Herstellung der Sammlung hindurch
gelangen, dient. Die erhaltenen konzentrierten Fasern werden unter
Verwendung einer beliebigen Anzahl von Sammelvorrichtungen 408,
die auf dem Fachgebiet bekannt sind, wie Faserabfüllvorrichtungen, gesammelt.
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BEISPIEL 32
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In
diesem Beispiel wurden Vliesfasermatten, imprägniert mit einem Vernetzungsmittel,
zerfasert, getrocknet und gehärtet,
unter Verwendung der Vorrichtung, wie in 3 schematisch diagrammartig angegeben.
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Zwei
132, 08 cm (52 inch) breite Matten aus Southern-Kraftholz-Cellulosefasern (NB316 von
Weyerhaeuser Company) und mit einem Basisgewicht von 680 g/m2 wurden der Vorrichtung zugeführt. Die
Matten wurden unter Verwendung von Dimethyloldihydroxyethylenharnstoff
bei einer Konzentration von 5% imprägniert, auf beide Seiten von
jeder Matte unter Verwendung einer Kombination von Sprühdüsen und
Imprägnierungswalzen
aufgetragen. Der Auftragungsanteil an Vernetzungsmittel war etwa
4,5% Gewicht/Gewicht.
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Die
behandelten Fasermatten wurden bei einer Geschwindigkeit von 8 Metern/Minute
zu der Zerreibevorrichtung 32 gespeist. Die spezielle,
in diesem Beispiel verwendete Zerreibevorrichtung war mit sechs Matteneinlässen und
einem Rotor mit 16 Reihen von Hämmern;
wie vorstehend beschrieben, um den Umfang des Rotors ausgestattet.
Der Rotor hatte einen Durchmesser von 76,2 cm (30 inch) und wurde
bei einer Winkelgeschwindigkeit von 1200 U/min durch einen Elektromotor
rotieren lassen. Andere U/min-Geschwindigkeiten wurden auch getestet
und haben sich als befriedigend erwiesen, einschließlich extrem
hohe U/min-Geschwindigkeiten.
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Statistische
Proben der Fasern wurden aus der Ausstoß-Zerreibevorrichtung erhalten
und auf Verknüpfungen
un tersucht. Diese Proben waren 2,6 Gramm und wurden konsistent beobachtet,
um weniger als drei Verknüpfungen
im Durchschnitt zu haben, wobei die meisten Proben keine Verknüpfungen
hatten. Die Zerreibevorrichtung wurde zu Reinigungszwecken einmal
alle sechzehn Stunden mit Wasser gespült.
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Ein
Scheibenraffinierer wurde stromabwärts der Zerreibevorrichtung
angewendet. Dieser spezielle Scheibenraffinierer war ein DM36-Raffinierer,
wie vorstehend erwähnt.
Ein Fluffgenerator, wie in 7–9 beschrieben, wurde auch
in diesem stromabwärts
des Scheibenraffinators angewendet. Die Temperatur am Trocknereinlass
in diesem Beispiel lag innerhalb des Bereichs von 200°C bis 315°C. Die Temperatur
an dem zweiten Turmauslass war innerhalb des Bereichs von 140°C bis 180°C. Vernetzen
der Faser am Auslass des Trockners wurde mit einer Geschwindigkeit
von 2,5 t (5000 pounds) pro Stunde hergestellt. Das teilchenförmige Bindemittel
und die Teilchen, die gemäß der vorliegenden
Erfindung zu verwenden sind, können
vor, nach oder gleichzeitig mit dem Härten zugegeben werden. Der
Begriff „Härten in
Gegenwart des Bindemittels" bedeutet,
dass das Bindemittel vor oder gleichzeitig mit dem Härten zugegeben
wird. Das Härten
in Gegenwart des Bindemittels ist gewöhnlich kein Problem, weil das
Bindemittel nicht immer an der Vernetzungsreaktion innerhalb der
Fasern teilnehmen kann und das Bindemittel durch den Härtungsschritt
nicht beeinflusst wird. In bestimmten Situationen jedoch kann das
Bindemittel auch kovalente Vernetzungen innerhalb der Fasern bilden.
Polycarbonsäuren
(wie Zitronensäure),
Polyole (wie Dipropylenglycol) und Polyamine (wie Ethylendiamin)
können
als Vernetzungsmittel wirken und werden während des Härtungsschritts bei der Bildung
von kovalenten Vernetzungen verbraucht. Folglich sollten in dem
begrenzten Fall, in dem das Vernetzungsmittel auch ein Bindemittelmaterial
darstellt, Schritte unternommen werden, um zu verhindern, dass das
Bindemittel als ein Vernetzer in dem Härtungsschritt verbraucht wird.
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Die
Bildung der kovalenten Esterbindungen innerhalb der Fasern erfordert
ein Anhydrid-Zwischenprodukt. Die Bildung des Anhydrid-Zwischenprodukts
kann durch das Vorliegen von Wasser inhibiert werden. Die Autoren
der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass etwa 20% Wasser
(bevorzugter mindestens 30% Wasser), auf das Gewicht der Fasern,
das Härten
ausreichend verzögert,
sodass hinreichend funktionelle Bindemittelgruppen für die Fasern
zum Binden der Teilchen an die Fasern verfügbar bleiben. Folglich sollten
beim Härten
des vernetzenden Materials in Gegenwart eines Bindemittels, das
auch ein vernetzendes Material darstellt, die Fasern mindestens
etwa 20% Wasser, auf das Gewicht der Fasern, wenn das Härten beginnt,
enthalten. Beim Härten
des vernetzenden Materials in Gegenwart eines Bindemittels, das
nicht auch ein vernetzendes Material darstellt, sind Schritte zum
Verhindern der Bildung kovalenter Bindungen gewöhnlich nicht erforderlich.
Wenn das vernetzende Material in Gegenwart des Bindemittels nicht
gehärtet
wird; das heißt,
wenn das Bindemittel nach Härten
aufgetragen wird, müssen
keine Schritte zum Inhibieren der Bildung kovalenter Bindungen unternommen
werden.
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XX. Verbund-Absorptionsmittelprodukt
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
Absorptionsmittelstrukturen oder Gegenstände aus Fasern mit Bindemittel
und daran anhaftenden Teilchen hergestellt werden. Diese Gegenstände können Verbundstrukturen
(beispielsweise hergestellt aus einer Vielzahl von Materialien)
sein. Beispielsweise können
die Gegenstände
einen Kern von mehreren Arten von Fasern oder Faserschichten, mit
oder ohne bedeckende Materialien, aufweisen. Diese Produkte sind
in der Lage, wesentliche Mengen Wasser und andere Fluids, wie Harn
und andere Körperfluids,
zu absorbieren. Solche Produkte schließen ein, sind jedoch nicht
begrenzt auf wegwerfbare Windeln, Sanitärvorlagen, Inkontinenzeinlagen,
Handtücher
und dergleichen.
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4–5 erläutern eine
Absorptionsmittellagenstruktur, die aus Fasern der vorliegenden
Erfindung gebildet werden kann, ob mit anderen Fasern vermischt
oder nicht. 4 und 5 geben eine Absorptionsmittellage 410 mit
einem wärmegeprägten Siebmuster 412 wieder.
Die Lagen ohne Muster können
auch verwendet werden. Eine Lage mit einer Deckfolie 414 und
einer Rückfolie 416 kann
beispielsweise durch Anordnen eines quadratischen Faserstücks, geschnitten
aus der Folie, auf einer entsprechend vorgeschnittenen Rückfolie
gebildet werden. Eine entsprechend vorgeschnittene Deckfolie wird über das
Obere der Faser 418 auf der Rückfolie gelegt. Diese Anordnung
kann dann anhaftend um einen kontinuierlichen Rand 420 gebunden
werden.
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Mit
Bezug auf 6–7 wird eine Absorptionsmittelstruktur
in Form eines Verbands gezeigt. Ein Verband 430 zum Auflegen auf
eine Wunde zum Absorbieren von Blut und anderen Körperfluids
wird gezeigt. Eine Absorptionsmittellage 440 wird fest
an einer äußeren oder
Lagenbefestigungsoberfläche 434 eines
Rückstreifens 436 befestigt.
Fasern 441 sind in Lage 440 enthalten und Teilchen
sind an den Fasern 441 gemäß der vorliegenden Erfindung
angebracht. Beliebiges geeignetes Anbringen oder Sicherheitsmittel
können
verwendet werden, um Lage 440 auf der Oberfläche 434 des
Streifens 436 zu befestigen. Jedoch ist es für Oberfläche 434 bevorzugt,
mit einer Anhaftung beschichtet zu werden, sodass die Lage 440 klebend
an der Stelle angebracht werden kann. Ein beispielhafter Klebstoff
ist Ethylenvinylacetatklebstoff. Es ist auch erwünscht, dass die Gesamtoberfläche 438 des
Rückstreifens 436 mit
einem herkömmlichen
Klebstoff beschichtet ist. Oberfläche 438 ist die Oberfläche, die
an der Fläche
der die Haut umgebenden Wunde angebracht ist. Herkömmliche „peel-back"-Tabs können zum
Schützen
der klebenden Beschichtung und Lage 440 verwendet werden,
bis der Verband aufzutragen ist. Diese Art von Rückstreifen ist auf dem Fachgebiet
bekannt.
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Der
Rückstreifen 436 kann
aus beliebigem bekanntem biegsamem Material sein, das zur Auftragung auf
die Haut geeignet ist. Es ist bevorzugt, dass der Streifen 416 ein
Material ist, das für
den Durchgang von Flüssigkeit
nicht durchlässig
ist, sodass Fluid aus einer Wunde durch den Verband enthalten ist.
Jedoch kann der Streifen 436 mit Öffnungen versehen sein oder
anders zu belüften
sein, damit Luft die Wunde erreichen und den Heilungsprozess fördern kann.
Ein spezielles Beispiel eines geeigneten Rückstreifens 436 ist
ein Polyethylenfilm.
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Wie
in anderen Strukturen beschrieben, kann eine Vielzahl von Kombinationen
antimikrobieller Mittel und anderer Teilchen in den Fasern 441 für einen
solchen Verband verwendet werden. Wiederum jedoch werden die Teilchen
sicher an der Stelle anhaften, wenn die Teilchen ein Wasserstoffbinden
oder eine koordinative kovalente Bindefunktionalität aufweisen,
wobei die Fasern, die an diese Teilchen gebunden sind, eine Wasserstoffbindungsfunktionalität aufweisen,
wobei das Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus einem Polypropylenglycol,
einem Polypropylenglycol/Polyethylenglycol-Copolymer, einer Polycarbonsäure, wie
Polyacrylsäure,
einem Poly(lacton)diol, wie Poly(capronlacton)diol, einem Polyamid,
einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, einem Polysulfonat, Polycarboxylat
und Kombinationen davon, ausgewählt
ist. Das polymere Bindemittel weist eine Wasserstoffbindung oder
eine koordinierte kovalente Bindung, die die Funktionalität bildet,
auf. Nicht-polymere Bindemittel würden organische Bindemittel,
wie Glycerin, Monoglyceride, Diglyceride, Ascorbinsäure, Harnstoff,
Glycin, Pentaerythrit, ein Monosaccharid oder ein Disaccharid, Zitronensäure, Weinsäure, Taurin,
Dipropylenglycol und Harnstoffderivate, wie DMDHEU, einschließen. Geeignete
Saccharide schließen Glucose,
Saccharose, Lactose, Ribose, Fructose, Mannose, Arabinose und Erythrose
ein. Zwei verschiedene Teilchen, wie verschiedene antimikrobielle
Mittel in Teilchenform, können
an der gleichen Faser anhaften. In der Alternative kann jede verschiedene
Art von antimikrobiellen Teilchen oder anderen Teilchen getrennt
an verschiedenen Fasern anhaften. Auch Gemische von Fasern können in
die Absorptionsmittelstrukturen, wie Lage 366, eingeschlossen
sein. Beispielsweise können
diese Gemische Fasern mit anhaftenden antimikrobiellen Teilchen
(ein oder mehrere antimikrobielle Mittel) und anhaftende Superabsorptionsmittelteilchen,
Fasern mit einem oder mehreren antimikrobiellen Teilchen, ohne Superabsorptionsmittelteilchen,
gebunden mit Fasern mit anhaftenden Superabsorptionsmittelteilchen,
mit oder ohne antimikrobielle Teilchen, und Kombinationen von solchen
Fasern mit unbehandelten Fasern und/oder Bindemittelbeschichteten
Fasern, ohne Superabsorptionsmittelteilchen oder antimikrobiellen
Teilchen, einschließen.
Zusätzlich
können
andere Teilchen, wie Antikoagulantien oder Hämostatika, an den Fasern gebunden
sein.
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Die
Absorptionsmittellage von Verband 430 kann auch eine Deckfolie
einschließen,
die typischerweise aus beliebigem geeignetem Material hergestellt
wurde, die den Durchgang von Flüssigkeit
durch die Deckfolie an die Fasern 441, wie Vliesfaserbahnmaterial
von Fasern, wie beispielsweise Rayon, Nylon, Polyester, Propylen
und Gemische davon, leicht erlaubt. Ein besonders bevorzugtes Deckfolienmaterial
ist ein 70%iges Rayon-/30%iges Polyester-Gemisch mit einem Basisgewicht
von 18 g/m2 von Scott Paper Company.
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8 und 9 erläutern eine herkömmliche
Wegwerfwindel 550 mit einem Kern 552, welcher
Fasern der vorliegenden Erfindung mit anhaftenden teilchenförmigen Superabsorptionsmittel-Materialien
umfasst. Diese teilchenförmigen
Materialien können
auf eine Zielzone (beispielsweise den Vorder- oder Zwickelteil einer Windel, ausgewiesen
bei 556) oder von einer stärkeren
Konzentrierung in der Zielzone begrenzt sein. Dies kann durch luftgelegte
Fasern der vorliegenden Erfindung in einer solchen Zone erfolgen.
Auch der Kern kann durch Schmelzen des Bindemittels oder Befeuchten
der Zielzone mit Wasser aktiviert werden. Die Superabsorptionsmittelteilchen
können
aufgesprüht
oder anderweitig auf diese befeuchtete Zone aufgetragen werden.
Wenn die Zone trocknet, werden die Teilchen an der Stelle anhaften.
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XXI. Verdichtung
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Die
so vorstehend beschriebenen Produkte sowie die erfindungsgemäß zu verwendenden
Bahnmaterialien der Fasern der vorliegenden Erfindung können auch
durch äußere Anwendung
von Druck auf das Bahnmaterial verdichtet werden. Das Bahnmaterial
könnte
mittels Durchleiten desselben durch eine Reihe von Kalanderwalzen,
eingestellt bei 10, 5 × 103 und 3, 8 × 103 N/m
(60 und 90 pli) (pounds per linear inch, wie in einer Kalanderpresse),
bzw. unter Gewinnung von Folien mit erhöhten Dichten, verdichtet werden.
Die Verdichtung kann alternativ durch Verdichtungswalzen oder -pressen
bereitgestellt werden.
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Die
Erfinder haben gefunden, dass Verdichtung in SAP-enthaltenden Produkten, die mit Bindemitteln der
vorliegenden Erfindung behandelt wurden, erleichtert wird, wenn
die Verdichtung mit dem Bindemittel in einem aktiven Zustand stattfindet.
Produkte, die mit diesen Bindemitteln behandelt werden, erfordern
weniger Wärme
und Druck als unbehandelte Fasern zum Verdichten einer gegebenen
Dichte. Die Verdichtung wird vorzugsweise ausgeführt, um ein Produkt herzustellen,
das eine Dichte von 0,05 bis 0,7 g/cm3,
bevorzugter 0,1 bis 0,3 g/cm3, aufweist.
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Ein
Beispiel für
Verdichtung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Bindemittel werden nachstehend
angegeben:
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BEISPIEL 33
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Die
erfindungsgemäßen Produkte
können
in 550 Gramm/Quadratmeter-Folien, sechs inch im Durchmesser, in
einem Laboratorium-Lagenformer gebildet werden. Jene Lagen werden
dann durch eine Reihe von Kalanderwalzen bei 10,5 × 103 und 15,8 × 103 N/m
(60 und 90 pli), entsprechend unter Gewinnung von Folien mit Dichten
von 0,3 und 0,5 g/cm3, geleitet.
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BEISPIEL 34
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Eine
Menge von 50 Gramm Polypropylenglycol wird mit 50 Gramm desionisiertem
Wasser verdünnt. Die
erhaltene Lösung
wird auf 321 Gramm Intrafaser-vernetztem Cellulosefluff (HBA-Zellstoff von Weyerhaeuser
Company, Tacoma, WA) gesprüht,
in einem Mischer, wie eine Mischvorrichtung, Air-entrained. Während die
HBA-Faser noch feucht, werden 438 Gramm IM 1000F (bezogen von Hoechst-Celanese,
Portsmouth, Virginia) zu dem Gemisch gegeben. Das erhaltene Gemisch
wird dann von dem Mischer unter Vakuum gesetzt und auf einem Counter
zum Trocknen über
Nacht besprüht.
Dann werden 550 Gramm/Quadratmeter Handbögen, sechs Inch im Durchmesser,
in einem Laborlagenformer hergestellt. Jene Lagen werden dann bei
13,78 × 106 und 20,68 × 106 Pa
(2000 und 3000 psi) (bzw. 60 und 90 pli in einer Kalanderwalze)
verpresst, unter Gewinnung von Bögen
mit Dichten von 0,3 und 0,5 g/cm3. Alternativ
würden
Lagen von unbehandeltem HBA-Zellstoff mit 45% IM 1000F Erhitzen
auf 100°C
und Drücke
zwischen 55,16 × 106 und 75,85 × 106 Pa
(8 000 und 11 000 psi) erfordern, um Lagen ähnlicher Dichten herzustellen.
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BEISPIEL 35
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HBA-Zellstoff
mit 40% IM1000F und HBA-Zellstoff mit 12% Glycerin und 40% IM1000F
wurden in sechs-inch-Lagen in dem Lagenformer gebildet und dann
bei 44,82 × 106 Pa (6500 psi) 15 Sekunden verpresst. HBA-Zellstoff
ohne Glycerinbindemittel erreichte eine Dichte von 0,4 g/cm3 und HBA-Zellstoff mit Glycerin-gebundenen
Teilchen erreichte eine Dichte von 0,57 g/cm3.
Dieses Beispiel erläutert,
dass die Fasern, behandelt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, eine größere Dichte
erreichen als unbehandelte Fasern bei dem gleichen Verdichtungsdruck.
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XXII. Wasserzugabe
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In
einigen Ausführungsformen
der Erfindung wird vernetzendes Material zu den Fasern gegeben und gehärtet, unter
Bildung von kovalenten Bindungen innerhalb der Fasern, die hochdichte
Fasern erzeugen. Wenn das vernetzende Material und Bindemittel gleich
(beispielsweise eine Polycarbonsäure)
oder beide unterschiedlich sind, jedoch zum Vernetzen innerhalb
der Fasern in der Lage sind, und das Bindemittel, bevor Härten stattfindet,
zugegeben wird, wird im Wesentlichen das gesamte vernetzende Material/Bindemittel
in der kovalenten Vernetzungsreaktion verwendet, sodass für anschließendes Binden
der Teilchen an die Fasern mit Wasserstoffbindungen und koordinativen
kovalenten Bindungen nichts verfügbar
sein wird. In diesem besonderen Fall (wenn das vernetzende Material
und Bindemittel beide zum Vernetzen und vor dem Härten zugegeben
werden können)
kann Wasser zu den Fasern vor dem Härten gegeben werden, um den
Beginn des Härtungsschritts
zu verzögern
und zu sichern, dass ein Teil der Funktionalität des Bindemittels nicht in
der Vernetzungsreaktion verbraucht wird. Mindestens 20 Gew.-% Wasser
in den Fasern verzögert
ausreichend die Bildung kovalenter Bindungen innerhalb der Fasern,
damit restliche Polycarbonsäure
auf den Fasern die Teilchen an die Fasern binden kann. Das nachstehende
Beispiel erläutert
dieses Verfahren.
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BEISPIEL 36
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Ein
Zellstoffbogen von 100 Gramm wurde mit 44,5% Vernetzungsmaterial
innerhalb der Fasern besprüht,
und der Zellstoffbogen wurde delaminiert und in kleinen Stücken in
einen Lagenformer gespeist, unter gleichzeitigem Zuführen von
Superabsorptionsmittelteilchen zu dem delaminierten Zellstoffbogen.
Das Material wurde ein zweites Mal durch den Lagenformer zum Fluffen
desselben laufen lassen und das Material wurde anschließend 20
Minuten in einem Ofen bei 150°C
gehärtet.
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In
einem ersten Versuch war das vernetzende Material ein modifizierter
Ethylenharnstoff und Zitronensäure,
während
das teilchenförmige
Material IM1000F war. Zu 100 g Zellstoffbogen wurden 63,9 Gramm
Ethylenharnstoff, 16,76 Gramm Zitronensäure und 70 Gramm IM1000F für einen
Endvernetzergehalt von 35,2% Ethylenharnstoff und 9,3% Zitronensäure, auf
das Gewicht, gegeben. Kein Wasser wurde in diesem Versuch zugesetzt.
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In
einem zweiten Versuch wurden die 100 Gramm Zellstoffbogen mit 30,83
Gramm Polyaldehyd (Glyoxal), 5,03 Gramm Glycol, 0,2 Gramm Alaun,
0,2 Gramm Zitronensäure
und 15 Gramm destilliertem Wasser vernetzt. Das Härten wurde,
nachdem 70 Gramm IM1000F SAP zu der Lage gegeben wurden, ausgeführt.
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Das
Binden der Teilchen an die Lage war in beiden von diesen Versuchen
schlecht.
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Jeder
von diesen Versuchen wurde dann wiederholt, mit der Ausnahme, dass
50 Gramm destilliertes Wasser vor dem Härten zugegeben wurden. Folglich
gab es 50 g Wasser im ersten Versuch und 65 g Wasser im zweiten
Versuch. Teilchenförmiges
Binden an die Fasern wurde stark verbessert.
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Elektronenmikroskopische
Prüfung
der Fasern von diesen Durchläufen
zeigte, dass Teilchenbinden nicht in Abwesenheit der 50 g Wasserzugabe
stattfand. In Gegenwart von 50 Gramm destilliertem Wasser zeigten
die elektronenmikroskopischen Daten jedoch tatsächliches Binden der Teilchen
an die Fasern.
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XXIII. Teilchen-Binden
-
10 zeigt eine isolierte,
vergrößerte Cellulosefaser 600 mit
SAP-Teilchen 602, die durch ein Bindemittel der vorliegenden
Erfindung daran gebunden wurden. Diese Zeichnung erläutert ein
Beispiel des SAP, das seine diskrete Teilchenform nach Binden an
die Fasern bereithält.
Eine gewisse Teilchen-zu-Teilchenverschmelzung kann gemäß dieser
Erfindung stattfinden, jedoch schließt das Beibehalten einer diskreten
Teilchenform die Bildung eines vollständig zusammenlaufenden Films,
in dem die Teilchen ihre teilchenförmige Identität verlieren,
aus. Ein solcher zusammenlaufender Film erzeugt Gel-Blockieren,
das mit wirksamer Flüssigkeitsabsorption
in den Fasern in Wechselwirkung tritt.
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Die
gezeigte Faser 600 ist vergrößert und hat ein Aspektverhältnis (Verhältnis von
Länge-zu-Breite) von
10:1 bis 5:1, vorzugsweise 10:1.
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11 zeigt die Teilchen 602,
im Wesentlichen gleichförmig über eine
Tiefe von 604 einer Lage 606 verteilt. Die Teilchen
werden auch anhaftend an die gesamte Oberfläche der Lage gezeigt. Teilchen
können durch
beliebige gewünschte
Muster durch die Lage gemäß dieser
Erfindung verteilt sein und müssen
nicht notwendigerweise an allen Oberflächen anhaften oder durch das
Volumen der Matte verteilt sein oder gleichförmig verteilt sein.
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Es
kann aus 10–11 (und 12–15, nachstehend erörtert) ersichtlich
werden, dass die Teilchen nicht durch Bindemittel eingekapselt sind.
Die Teilchen und Fasern der vorliegenden Erfindung sind nicht mit dem
Bindemittel eingekapselt. Darüber
hinaus agglomeriert das Bindemittel nicht die Fasern zusammen und in
vielen Ausführungsformen
binden die Fasern nicht aneinander. Diskrete einzelne Teilchen behalten
ihre Identität
auf der Oberfläche
der Fasern, anstelle in einer thermoplastischen Einkapselung um
die Fasern und Teilchen eingeschlossen zu sein.
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XXIV. Elektronen-Photomikrographie
-
Eine
Elektronen-Photomikrographie von Superabsorptionsmittelteilchen
(SAP), gebunden an Cellulosefasern mit ei nem Ascorbinsäurebindemittel,
wird in 12 gezeigt.
Das SAP wird am Rande der Photographie belassen und wird an die
Faser gebunden, die den zentralen Teil der Photomikrographie einnimmt.
Das Teilchen wird als an die Faser gebunden betrachtet, und die
Faser unterliegt der gleichen Schädigung durch Scherwirkung,
die sich beim Bruch der Faser ergibt. Es ist wesentlich, dass die
Faser Schädigung
durch Scherwirkung erfahren hat, während das Teilchen an die Faser
gebunden verbleibt, weil dies ein Hinweis ist, dass die Teilchen-Faser-Bindung, die durch
Ascorbinsäure
gebildet wurde, sehr stark und federnd ist, wobei mechanischem Zerreißen widerstanden
wird.
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13A, 13B, 13C und 13D zeigen verschiedene
Elektronen-Photomikrographien, die einzelne Teilchen erläutern, die
an Fasern mit einem Lactosebindemittel gebunden sind. 13C zeigt beispielsweise, dass
SAP in seiner individuellen Teilchenform verbleibt, wenn an die
Faser mit einem Lactosebindemittel angeheftet. Die Teilchen bilden
keine verbundene zusammenlaufende Masse, ohne teilchenförmige Identität.
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BEISPIEL 37
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Eine
Elektronen-Photomikrographie von Oxalsäureteilchen, gebunden an Cellulosefasern
mit einem Glycerinbindemittel, wird in 14 gezeigt. Die gebundene Oxalsäure ist
nahe der Mitte der Photographie und wird als an die Faser ohne mechanische
Einkapselung der Faser und des Teilchens durch ein einkapselndes Bindemittel
gebunden betrachtet.
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15 ist eine SEM, die ein
Teilchen von Aluminiumsulfat (Alaun), gebunden an eine Cellulosefaser mit
einem Glycerinbindemittel, veranschaulicht. Das Alaunteilchen wird
an der Mitte der Photographie ersichtlich, und das Teilchen verbleibt
in seiner individuellen Teilchenform, wenn es an der Faser anhaftet.
Die Teilchen bilden keine zusammenlaufende Masse, der es an teilchenförmiger Identität mangelt.
Darüber
hinaus sind die Teilchen nicht durch ein Material, das mechanisch
das Teilchen in Kontakt mit der Faser hält, eingekapselt.
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XXV. Fasergemische
-
Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Fasern, wie Faser 600,
können
mit anderen Arten von Fasern vermischt werden, wie jene, offenbart
in US-Patent Nr. 5 057 166. Die Latex-beschichteten Fasern jenes
Patents können
mit den in der vorliegenden Erfindung verwendeten Fasern vermischt
werden, unter Herstellung eines Absorptionsmittelproduktes, das
die Eigenschaften von beiden Faserarten aufweist.
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XXVI. Zusätzliche
Bindemitteleigenschaften
-
US-Patent
Nr. 3 903 889 offenbart ein Verfahren zum Anheften von Absorptionsmittelteilchen
an Zellstofffasern, unter Verwendung von Sirup, Honig und anderen
Polysacchariden, wie Dextrinen. Ein wesentliches Erfordernis dieser
Klebemittel besteht darin, dass sie die Eigenschaft besitzen müssen, permanent
abziehbar zu sein und nicht zu einem brüchigen Film zu versteifen.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Bindemittel sind im
Gegensatz dazu in der Lage, nach dem Verfestigen zu einem steifen,
kristallinen Material als Bindemittel zu wirken. Auch die Bindemittel
der vorliegenden Erfindung, die nicht zu einem Feststoff versteifen
(wie Glycerin und PPG), sind sehr hygroskopisch und können auf
den Fasern mit einem Gesamtwassergehalt von nicht mehr als 15% oder
auch 12% vorliegen. Dies steht im Gegensatz zu den Klebstoffen, wie
Honig oder Maissirup, offenbart in US-Patent Nr. 3 903 889, die nicht hygroskopisch
sind. Polysaccharide (wie Maissirup, Honig und Dextrine) sind als
Bindemittel von einigen Ausführungsformen
der Erfindung ausgeschlossen, weil sie nach dem Trocknen klebrig
bleiben. Klebrige Bindemittel machen Verarbeiten der mit Bindemittel
beschichteten Fasern schwierig. Die Polysaccharidpolymere sind auch
von nichtpolymeren Ausführungsformen
des Bindemittels der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen. Den
nichtpolymeren Sacchariden, wie Monosaccharide und Disaccharide,
mangelt es außerdem
an den Hochviskositäts-
und Klebrigkeitsanhaftenden physikalischen Eigenschaften von Polysacchariden,
wie Maissirup und Honig. Die erfindungsgemäß zu verwendenden nicht-polymeren
Saccharide können
Feststoffe sein, die die Viskositäts- und Handhabungsprobleme,
die mit den Polymeren verbunden sind, vermeiden.
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Wie
in dieser Anmeldung verwendet, wird sich ein Teilchen, das in Wasser
löslich
ist, vollständig
mindestens mit 10 g der Teilchen in 300 ml Wasser bei 25°C lösen. Ein
Teilchen, das in dem Bindemittel schlecht löslich ist, wird vollständig nicht
mehr als etwa 5 g des Teilchens in 300 ml des Bindemittels bei 25°C lösen.
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Einige
der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Bindemittel sind auch
in Wasser löslich.
Ein Bindemittel, das in Wasser löslich
ist, wird mindestens 10 g des Bindemittels in 300 ml Wasser bei
25°C vollständig lösen.
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Nachdem
die Prinzipien der Erfindung in vielen bevorzugten Ausführungsformen
erläutert
und beschrieben wurden, sollte es für den Fachmann klar sein, dass
die Erfindung in der Anordnung und im Detail, ohne von solchen Prinzipien
abzuweichen, modifiziert werden kann. Wir beanspruchen alle Modifizierungen, die
in den Umfang der nachstehenden Ansprüche fallen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Binden
von Teilchen an Fasern mit einem Bindemittel, umfassend die Schritte
von:
- Bereitstellen von faserförmigem Material mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität;
- Bereitstellen von Teilchen mit einer eine Wasserstoffbindung
oder eine koordinative kovalente Bindung bildenden Funktionalität;
- Auswählen
eines Bindemittels aus der Gruppe, bestehend aus einem polymeren
Bindemittel, einem nichtpolymeren organischen Bindemittel und nicht-reaktiven
Kombinationen davon miteinander oder mit anderen Bindemitteln, wobei
die Bindemittel Bindemittelmoleküle
umfassen, wobei die Bindemittelmoleküle mindestens eine funktionelle
Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente
Bindung mit den Teilchen bilden kann, und mindestens eine funktionelle
Gruppe, die eine Wasserstoffbindung mit dem faserförmigen Material
bilden kann, aufweisen,
- wobei das polymere Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus
einem Polyglycol, einer Polycarbonsäure, einem Polycarboxylat,
einem Poly(lacton)polyol, einem Polyamid, einem Polyamin, einer
Polysulfonsäure,
einem Polysulfonat und Kombinationen davon ausgewählt ist,
- worin das nichtpolymere organische Bindemittel eine Flüchtigkeit
von weniger als Wasser aufweist; und
- Aussetzen der Teilchen ausreichender Mengen des Bindemittels
in Gegenwart von faserförmigem
Material, unter Bedingungen, die die Bildung von nicht-kovalenten
Bindungen bevorzugen, um die Teilchen an das faserförmige Material
zu binden.
-
Vorzugsweise
sind die funktionellen Gruppen jeweils in der Lage, Wasserstoffbindungen
zu bilden.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein faserförmiges Produkt,
das durch das vorstehende Verfahren hergestellt wurde.
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Vorzugsweise
ist das Bindemittel ein polymeres Bindemittel.
-
Vorzugsweise
ist das Bindemittel ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus einem Polyamin, einer Polycarbonsäure und
einem Polyamid.
-
Vorzugsweise
ist das Bindemittel ein Polypeptid. Vorzugsweise ist das Bindemittel
ein nicht-polymeres organisches Bindemittel.
-
Vorzugsweise
hat das nichtpolymere organische Bindemittel funktionelle Gruppen,
die ausgewählt sind
aus der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat,
einem Carbonyl, einer Sulfonsäure, einem
Sulfonat, einem Hydroxyl, einer Phosphorsäure, einem Phosphat, einem
Amid, einem Amin und Kombinationen davon.
-
Vorzugsweise
ist das nicht-polymere organische Bindemittel ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem
Glycerindiester, Glyoxal, Ascorbinsäure, Harnstoff, Glycin, Pentaerythrit,
einem Monosaccharid, einem Disaccharid, Zitronensäure, Taurin,
Weinsäure,
Dipropylenglycol, einem Harnstoffderivat und Kombinationen davon.
-
Vorzugsweise
ist das nichtpolymere organische Bindemittel ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem
Glycerindiester, einem Polyglycerinoligomer, Harnstoff und Kombinationen
davon.
-
Das
Bindemittel liegt in einer Menge von 1 bis 80 Prozent, auf das Gesamtgewicht,
des faserförmigen Materials
vor und die Teilchen liegen in einer Menge von 0,05 bis 80 Prozent,
auf das Gesamtgewicht, des faserförmigen Materials und der Teilchen
vor.
-
Vorzugsweise
sind die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen, die in einer Menge
von 3 bis 70 Prozent des Gesamtgewichts des faserförmigen Materials
und der Teilchen vorliegen.
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Vorzugsweise
umfasst der Schritt des Aussetzens der Teilchen dem Bindemittel
in Gegenwart von dem faserförmigen
Material Bereitstellen des Bindemittels auf dem faserförmigen Material
in Abwesenheit der Teilchen, unter erreichen lassen des Bindemittels
eines inaktiven Zustands, dann später Aktivieren des Bindemittels
aus einem inaktiven Zustand in Gegenwart der Teilchen und dem faserförmigen Material
durch bereitgestellte Wärme,
ein aktivierendes Fluid oder durch Anwenden kinetischer Energie
auf das faserförmige
Material und inaktivem Bindemittel.
-
Vorzugsweise
umfasst der Schritt des Aussetzens der Teilchen dem Bindemittel
in Gegenwart des faserförmigen
Materials den Schritt der späteren
Aktivierung des Bindemittels aus einem inaktiven Zustand an einem
zweiten Ort, der von einem ersten Ort entfernt ist, wo der Schritt
des Bereitstellens des Bindemittels auf dem faserförmigen Material
durchgeführt
wird, damit die an dem faserförmigen
Material anhaftenden Teilchen nicht zwischen dem ersten und zweiten
Ort transportiert werden müssen.
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Vorzugsweise
schließt
das nicht-polymere Bindemittel eine Funktionalität, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus einem Carboxyl, einem Carboxylat, einem Carbonyl, einer Sulfonsäure, einem
Sulfonat, einem Phosphat, einer Phosphorsäure, einem Hydroxyl, einem
Amin, einem Amid und Kombinationen davon, ein.
-
Vorzugsweise
gibt es mindestens zwei Funktionalitäten an dem Molekül, ausgewählt aus
dieser Gruppe, und die zwei Funktionalitäten die gleichen oder verschiedene
sind.
-
Vorzugsweise
ist das Bindemittel ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus einem Polypropylenglycol, einem Poly(lacton)polyol,
einer Polycarbonsäure,
einem Polyamid, einem Polyamin und Copolymeren davon.
-
Vorzugsweise
sind die Fasern Holzzellstofffasern, die sich in einer Nasslegefaserbogen-
oder -bahnfertigungsstrasse befinden, und das Bindemittel auf die
Fasern aufgetragen wird, während
sich die Fasern auf der Nasslegebogen- oder -bahnfertigungsstrasse
befinden.
-
Vorzugsweise
umfasst der Schritt des Aussetzens von Teilchen dem Bindemittel
in Gegenwart des faserförmigen
Materials Bereitstellen des Bindemittels auf dem faserförmigen Material
in Abwesenheit der Teilchen, unter erreichen lassen des Bindemittels
eines inaktiven Zustands, dann später Aktivieren des Bindemittels
aus einem inaktiven Zustand durch Zugeben eines aktivierenden Fluids
vor, gleichzeitig mit oder nach Aussetzen der Teilchen dem Bindemittel
in Gegenwart des faserförmigen
Materials.
-
Vorzugsweise
umfasst das aktivierende Fluid Wasser in Form einer Flüssigkeit,
Dampf oder feuchtem Gas.
-
Vorzugsweise
ist das Bindemittel ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus einem Poly(lacton)polyol, einer Polycarbonsäure, einem
Polyamid, einem Polyamin und Copolymeren davon.
-
Vorzugsweise
umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte von:
- Bereitstellen
vereinzelter Cellulosefasern, die Wasserstoffbindungsfunktionalitätsstellen
aufweisen, wobei die vereinzelten Fasern in Gegenwart eines Vernetzungsmaterials
gehärtet
werden, zur Herstellung stark voluminöser Fasern mit kovalenten Vernetzungen
innerhalb der Fasern, unter Hinterlassen von funktionellen Wasserstoffbindungsstellen,
die für
die gehärteten
Fasern zur Wasserstoffbindung verfügbar sind und die Fasern zerfasert
werden, zur Verminderung des Zwischenfaserbindens zwischen den gehärteten Fasern:
- Zugeben der Teilchen zu den Fasern vor, während oder nachdem die Fasern
gehärtet
sind; und
- Auftragen des Bindemittels auf die Fasern vor, während oder
nachdem die Fasern gehärtet
oder zerfasert werden; anschließend
Binden der Teilchen an die Fasern, wobei die Teilchen ihre individuelle
Teilchenform auf der Oberfläche
der Faser beibehalten.
-
Vorzugsweise
umfasst der Härtungsschritt:
- a) Anwenden eines Vernetzungsmaterials und
Härten
des Vernetzungsmaterials vor dem Auftragen des Bindemittels; oder
- b) Härten
des Vernetzungsmaterials in Gegenwart des Bindemittels, wobei das
Bindemittel kein Vernetzungsmaterial darstellt; oder
- c) Härten
des Vernetzungsmaterials in Gegenwart des Bindemittels, wobei das
Bindemittel auch ein Vernetzungsmaterial darstellt, und die Fasern
ausreichend Wasser enthalten, wenn der Härtungsschritt beginnt, um das
Härten
so zu verzögern,
dass hinreichend funktionelle Bindemittelgruppen zum Binden der Teilchen
an die Fasern zurückbleiben
werden.
-
Vorzugsweise
stellt das Bindemittel auch ein Vernetzungsmaterial dar, und das
nicht-polymere organische Bindemittel aus der Gruppe, bestehend
aus einer Polycarbonsäure,
einem Polyol, einem Polyaldehyd und einem Polyamin, ausgewählt ist
und wobei die Fasern ausreichend Wasser enthalten, wenn der Härtungsschritt
beginnt, um das Härten
so zu verzögern,
dass hinreichend funktionelle Bindemittelgruppen zum Binden der
Teilchen an die Fasern zurückbleiben
werden.
-
Vorzugsweise
umfasst der Härtungsschritt
Härten
des Vernetzungsmaterials in Gegenwart des nicht-polymeren organischen
Bindemittels, wobei mindestens einer von dem nichtpolymeren organischen
Bindemittel und Vernetzungsmaterial aus der Gruppe, bestehend aus
einer Polycarbonsäure,
einem Polyaldehyd, einem Polyol und einem Polyamin, ausgewählt sind
und die Fasern mindestens 20% Wasser, auf das Gewicht der Fasern,
enthalten, wenn der Härtungsschritt
beginnt.
-
Vorzugsweise
umfassen die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen, die ihre Teilchenform,
wenn an die Fasern gebunden, beibehalten.
-
Vorzugsweise
schließt
das erfindungsgemäße Verfahren
den Schritt des Verdichtens der Fasern und der gebundenen Teilchen
durch Anwenden eines äußeren Drucks
auf die Fasern ein.
-
Vorzugsweise
stellen die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen dar.
-
Vorzugsweise
findet der Schritt des Verdichtens mit dem Bindemittel in einem
aktiven Zustand statt.
-
Vorzugsweise
sind die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen und der Schritt
des Verdichtens findet mit dem Bindemittel in einem aktiven Zustand
statt.
-
Vorzugsweise
schließt
das erfindungsgemäße Verfahren
den Schritt des Formens der Fasern zu einer Bahn oder einem Bogen
vor dem Verdichtungsschritt, sodass die Bahn oder der Bogen durch
Anwenden äußeren Drucks
auf die Bahn oder den Bogen verdichtet wird, ein.
-
Vorzugsweise
umfasst der Schritt des Auswählens
eines nicht-polymeren organischen Bindemittels den Schritt des Auswählens eines
Vernetzungsmaterials zum Auftragen auf das faserförmige Material,
wobei das Vernetzungsmaterial härtbar
ist., zur Herstellung innerlich vernetzter stark voluminöser Fasern,
wobei das Verfahren weiterhin Härten
des Vernetzungsmaterials und Fasern zur Herstellung von stark voluminösen Fasern,
die innerlich vernetzt sind, während
sie Wasserstoff- oder
koordinative kovalente funktionelle Bindungsstellen hinterlassen,
die an dem Vernetzungsmaterial verfügbar sind, sodass während des
Schritts des Bereitstellens der Teilchen die Teilchen gebunden werden.
-
Vorzugsweise
schließt
das Verfahren weiterhin den Schritt des Verdichtens der Fasern und
der gebundenen Teilchen durch Anwenden äußeren Drucks auf die Fasern
ein.
-
Vorzugsweise
stellen die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen dar.
-
Vorzugsweise
umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt des Formens der Fasern
zu einer Bahn oder zu einem Bogen vor dem Verdichtungsschritt, sodass
die Bahn oder der Bogen durch Anwenden äußeren Drucks auf die Bahn oder
den Bogen verdichtet wird.
-
Vorzugsweise
umfasst der Verdichtungsschritt Verdichten der Fasern und anhaftenden
Teilchen unter Umgebungstemperaturbedingungen.
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Vorzugsweise
umfasst der Verdichtungsschritt Anwenden von Druck auf die Bahn
oder den Bogen, um ein Produkt mit einer Dichte von 0,05 g/cm3 bis 0,7 g/cm3 herzustellen.
-
Vorzugsweise
sind die Teilchen in Wasser löslich
und in dem Bindemittel schlecht löslich.
-
Vorzugsweise
weisen die Teilchen eine Löslichkeit
in Wasser von mindestens 10 g in 300 ml Wasser bei 25°C auf und
weisen eine Löslichkeit
in dem Bindemittel von nicht mehr als etwa 5 g in 300 ml des Bindemittels
bei 25°C
auf.
-
Vorzugsweise
stellen die Teilchen Nicht-Wasser-Absorptionsmittelteilchen dar und die
Teilchen sind in Wasser löslich
und in dem Bindemittel kaum löslich.
-
Vorzugsweise
kann das Bindemittel nach dem Trocknen einen Feststoff bilden.
-
Vorzugsweise
umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt des Aktivierens des
Bindemittels auf den Fasern aus einem inaktiven Zustand, durch Bereitstellen
von Wärme,
einem Aktivierungsfluid, oder durch Anwenden von kinetischer Energie
auf das faserförmige
Material und Bindemittel.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein faserförmiges Produkt,
umfassend:
- Faserförmiges
Material, umfassend eine Faser mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität;
- Teilchen mit einer eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative
kovalente Bindung bildende Funktionalität;
- ein Bindemittel, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus einem polymeren Bindemittel, einem
nichtpolymeren organischen Bindemittel und nicht-reaktiven Kombinationen
davon miteinander oder mit anderen Bindemitteln, wobei das Bindemittel
Bindemittelmoleküle
umfasst, die Bindemittelmoleküle
mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung
oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teil chen und mindestens
eine Wasserstoffbindung mit dem faserförmigen Material bilden kann,
aufweist,
- wobei das polymere Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus
Polypropylenglycol, einer Polycarbonsäure, einem Polycarboxylat,
einem Poly(lacton)polyol, einem Polyamid, einem Polyamin, einer
Polysulfonsäure,
einem Polysulfonat und Kombinationen davon, ausgewählt ist
und
- wobei das nichtpolymere organische Bindemittel eine Flüchtigkeit
geringer als Wasser aufweist; und
- die Teilchen an das faserförmige
Material gebunden sind.
-
Vorzugsweise
ist das Bindemittel ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus einem Polyamin, einer Polycarbonsäure und
einem Polyamid.
-
Vorzugsweise
hat das nichtpolymere organische Bindemittel funktionelle Gruppen,
die ausgewählt sind
aus der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat,
einem Carbonyl, einer Sulfonsäure, einem
Sulfonat, einem Hydroxyl, einer Phosphorsäure, einem Phosphat, einem
Amid, einem Amin und Kombinationen davon.
-
Vorzugsweise
ist das nicht-polymere organische Bindemittel ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem
Glycerindiester, Glyoxal, Ascorbinsäure, Harnstoff, Glycin, Pentaerythrit,
einem Monosaccharid, einem Disaccharid, Zitronensäure, Taurin,
Weinsäure,
Dipropylenglycol, einem Harnstoffderivat und Kombinationen davon.
-
Vorzugsweise
ist das nichtpolymere organische Bindemittel ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem
Glycerindiester, einem Polyglycerinoligomer, Harnstoff und Kombinationen
davon.
-
Vorzugsweise
ist das Bindemittel ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus einem Polypropylenglycol, einem Poly(lacton)polyol,
einer Polycarbonsäure,
einem Polyamid, einem Polyamin und Copolymeren davon.
-
Vorzugsweise
sind die Teilchen in Wasser löslich
und sind schlecht in dem Bindemittel löslich.
-
Vorzugsweise
sind die Teilchen Nicht-Wasser-Absorptionsmittelteilchen.
-
Vorzugsweise
kann das Bindemittel einen Feststoff nach Trocknen bilden.
-
Vorzugsweise
umfassen die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen.
-
Vorzugsweise
liegt das Produkt in Form eines Bahnmaterials mit einer Dichte von
0,05 bis 0,7 g/cm3 vor.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein faserförmiges Produkt
wie vorstehend, umfassend:
- vereinzelte, Hochbulkfasern bzw.
Hochbauschfasern mit kovalenten Intrafaserbindungen, worin die Fasern Wasserstoffbindungsfunktionalitäten aufweisen;
- gebundene Teilchen, die an die Fasern in Gegenwart eines Bindemittels
gebunden sind, worin die Teilchen eine Wasserstoffbindungs- oder
koordinative kovalente Bindungsfunktionalität aufweisen und das Bindemittel Bindemittelmoleküle umfasst,
worin die Bindemittelmoleküle
mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisen, die eine Wasserstoffbindung
oder eine koordinative kovalente Bindung bilden kann, und mindestens
eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung bilden kann,
worin das Produkt 0,05–80
Prozent der gebundenen Teilchen umfasst.
-
Vorzugsweise
sind die Teilchen Absorptionsmittelteilchen.
-
Vorzugsweise
hat das vorstehende Produkt eine Dichte von 0, 05 g/cm3 bis
0, 7 g/cm3.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Binden
von Teilchen an Fasern mit einem Bindemittel, umfassend die Schritte
von:
- Bereitstellen von faserförmigem Material, umfassend
eine Faser mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität;
- Bereitstellen von Teilchen mit einer Wasserstoffbindungs- oder
eine koordinative kovalente Bindung bildenden Funktionalität;
- Auswählen
eines Bindemittels aus der Gruppe, bestehend aus einem polymeren
Bindemittel, einem nichtpolymeren organischen Bindemittel und nicht-reaktiven
Kombinationen da von miteinander oder mit anderen Bindemitteln, wobei
das Bindemittel Bindemittelmoleküle
umfasst, die Bindemittelmoleküle
mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung
oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen bilden kann,
und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung
mit dem faserförmigen
Material bilden kann, aufweisen,
- wobei das polymere Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus
einem Polyglycol, einer Polycarbonsäure, einem Polycarboxylat,
einem Poly(lacton)polyal, einem Polyamid, einem Polyamin, einer
Polysulfonsäure,
Polysulfonat und Kombinationen davon, ausgewählt ist und
- worin das nichtpolymere organische Bindemittel eine Flüchtigkeit
von weniger als Wasser aufweist; und
- Aussetzen der Teilchen ausreichenden Mengen des Bindemittels
in Gegenwart des faserförmigen
Materials, unter Bedingungen, die die Bildung von nicht-kovalenten
Bindungen bevorzugen, um die Teilchen an das faserförmige Material
zu binden; und
- worin der Schritt des Aussetzens der Teilchen dem Bindemittel
in Gegenwart des faserförmigen
Materials Bereitstellen des Bindemittels auf dem faserförmigen Material
in Abwesenheit der Teilchen, Erlauben dem Bindemittel, einen inaktiven
Zustand anzunehmen, dann später
Aktivieren des Bindemittels aus einem inaktiven Zustand in Gegenwart
von Teilchen und faserförmigem
Material durch Bereitstellen von Wärme, einem aktivierenden Fluid
oder durch Anwenden kinetischer Energie auf das faserförmige Material
und inaktives Bindemittel, umfasst.
-
Vorzugsweise
wird der Schritt des Aktivierens des Bindemittels durch ein aktivierendes
Fluid ausgeführt.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren des Bindens
von Teilchen an Fasern mit einem Bindemittel, umfassend die Schritte
von:
- Bereitstellen von faserförmigem Material, umfassend
eine Faser mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität;
- Bereitstellen von Teilchen mit einer Wasserstoffbindungs- oder
eine koordinative kovalente Bindung bildenden Funktionalität;
- Auswählen
eines Bindemittels aus der Gruppe, bestehend aus einem polymeren
Bindemittel, einem nichtpolymeren organischen Bindemittel und nicht-reaktiven
Kombinationen davon miteinander oder mit anderen Bindemitteln, wobei
das Bindemittel Bindemittelmoleküle
umfasst, die Bindemittelmoleküle
mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung
oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen bilden kann,
und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung
mit dem faserförmigen
Material bilden kann, aufweisen,
- wobei das polymere Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus
einem Polyglycol, einer Polycarbonsäure, einem Polycarboxylat,
einem Poly(lacton)polyol, einem Polyamid, einem Polyamin, einer
Polysulfonsäure,
Polysulfonat und Kombinationen davon, ausgewählt ist und
- worin das nichtpolymere organische Bindemittel Flüchtigkeit
weniger als Wasser aufweist; und
- Aussetzen der Teilchen ausreichenden Mengen des Bindemittels
in Gegenwart des faserförmigen
Materials, unter Bedingungen, die die Bildung von nicht-kovalenten
Bindungen bevorzugen, um die Teilchen an das faserförmige Material
zu binden;
- den Schritt des Bereitstellens von faserförmigem Material, umfassend
den Schritt von Bereitstellen vereinzelter Cellulosefasern, die
Wasserstoffbindungsfunktionalitätsstellen
aufweisen, wobei die vereinzelten Fasern in Gegenwart eines Vernetzungsmaterials
gehärtet
werden, zur Herstellung stark voluminöser Fasern mit kovalenten Vernetzungen
innerhalb der Fasern, unter Hinterlassen von funktionellen Wasserstoffbindungsstellen, die
für die
gehärteten
Fasern zur Wasserstoffbindung verfügbar sind und die Fasern zerfasert
werden, zur Verminderung des Zwischenfaserbindens zwischen den gehärteten Fasern;
- den Schritt des Bereitstellens von Teilchen, umfassend Zugeben
der Teilchen zu den Fasern vor, während oder nachdem die Fasern
gehärtet
wurden; und
- den Schritt des Aussetzens der Teilchen, umfassend Auftragen
des Bindemittels auf die Fasern vor, während oder nachdem die Fasern
gehärtet
oder zerfasert werden; anschließend
Binden der Teilchen an die Fasern, wobei die Teilchen ihre individuelle
Teilchenform auf der Oberfläche
der Faser beibehalten.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein faserförmiges Produkt,
umfassend: faserförmiges
Material, umfassend eine Faser mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität; und ein
Bindemittel, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus einem Monoglycerid, einem Diglycerid
und Kombinationen davon, wobei das Bindemittel eine Flüchtigkeit
geringer als Wasser aufweist, und das Bindemittel eine funktionelle
Gruppe aufweist, die Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente
Bindungen mit den Teilchen bilden kann, und eine funktionelle Gruppe,
die Wasserstoffbindungen mit dem faserförmigen Material bilden kann.
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Vorzugsweise
umfassen in dem vorstehend genannten Verfahren die Teilchen mehr
als eine Art von Teilchen, und mindestens eine Art von Teilchen
ist ein Super-Absorptionsmittelteilchen.
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Vorzugsweise
ist eine Art von Teilchen ein Nicht-Superabsorptionsmittelteilchen, das
in einer Menge von 0,05 Prozent bis 10,0 Prozent des Gesamtgewichts
des faserförmigen
Materials und der Teilchen vorliegt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Produkt, umfassend:
- Holzzellstoff mit Wasserstoffbindungsfunktionalitäten; und
ein Bindemittel, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester,
einem Glycerindiester, einem Polyglycerinoligomer, Harnstoff und
Kombinationen davon.
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Vorzugsweise
ist das Bindemittel Glycerin.
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Vorzugsweise
liegt das Bindemittel in einer Menge von 2 Prozent bis 30 Prozent,
bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts, vor.
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Vorzugsweise
ist das Bindemittel Glycerin und Harnstoff.
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Vorzugsweise
liegt das Bindemittel in einer Menge von 2 Prozent bis 30 Prozent,
bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts, vor.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein faserförmiges Produkt,
umfassend: Faserförmiges
Material, umfassend eine Faser mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität; und ein
Bindemittel, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester,
einem Glycerindiester, Harnstoff und Kombinationen davon, wobei
das Bindemittel eine Flüchtigkeit
von weniger als Wasser aufweist, das Bindemittel Bindemittelmoleküle umfasst,
worin die Bindemittelmoleküle
mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisen, die eine Wasserstoffbindung
oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen bilden
kann, und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung
mit dem faserförmigen
Material bilden kann, aufweisen, wobei eine wirksame Menge des Bindemittels
auf den Fasern vorliegt, um die Teilchen und die Fasern zu binden.
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Vorzugsweise
umfasst in dem erfindungsgemäßen Verfahren
das polymere Bindemittel wiederkehrende Einheiten und jede wiederkehrende
Einheit hat mindestens eine funktionelle Gruppe, die mit dem faserförmigen Material
eine Wasserstoffbindung bilden kann und mindestens eine funktionelle
Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente
Bindung mit den Teilchen bilden kann.
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Weiterhin
betrifft die vorliegende Erfindung ein durch das erfindungsgemäße Verfahren
hergestelltes, faserförmiges
Produkt.
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Weiterhin
betrifft die vorliegende Erfindung einen Absorptionsmittelgegenstand,
der das erfindungsgemäße faserförmige Produkt
umfasst.