DE10084747B4

DE10084747B4 - Aborbierender Artikel für die Körperhygiene, Nonwovenmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10084747B4
Application number: DE10084747T
Authority: DE
Inventors: Julia Tampa Carter; Darryl Franklin Clark; Bryan David Haynes; Matthew Boyd Lake; Caroline L. Miller; Kevin Edward Highlands Ranch Smith; Ty Jackson Stokes; Jeffrey Lawrence Mcmanus
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: AU5896700A; GB2368073A; KR100695848B1; DE10084747T1; WO2001000124A1; US6642429B1; GB2368073B; BR0011973A; MXPA02000385A; BR0011973B1; KR20020014824A; GB0201489D0

Abstract

Absorbierender Artikel für die Körperhygiene, welcher aufweist:
Ein Non-Woven-Material, das mehrere Polymerfasern aufweist, bei denen zumindest entweder ein flüssiges Fluid oder ein gasförmiges Fluid über zumindest einen Abschnitt des Inneren der Polymerfasern verteilt ist, wobei das Fluid zumindest 70% des Kernes der Fasern füllt und wobei die Fasern nicht porös sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft absorbierende Hygieneartikel, die Non-Woven-Materialien einsetzen, die, im Vergleich zu herkömmlichen Polymer-Feststofffasern mit entsprechenden Abmessungen, Polymerfasern mit einem verringerten Gehalt an Polymer enthalten. Genauer gesägt, betrifft die vorliegende Erfindung Polymerfasern, bei welchen während der Herstellung der Fasern ein gasförmiges oder flüssiges Fluid in den Kern oder das Zentrum der Fasern eingespritzt wird, wobei das flüssige oder gasförmige Fluid im Inneren der Fasern verbleibt, sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Polymerfasern. Polymerfasern, die Kerne mit hoher oder niedriger Dichte aufweisen, sowie Kerne mit eingefangener Flüssigkeit, können entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellt werden. Die verbesserten Eigenschaften derartiger Fasern umfassen eine elastischere Kräuselung und verbesserte Isoliereigenschaften. Non-Woven-Materialien, welche derartige Fasern enthalten, sind zum Einsatz in absorbierenden Artikeln für die Hygiene geeignet, bei Windeln, Inkontinenzkleidung, Trainingshosen, Erzeugnissen für die weibliche Hygiene wie Damenbinden, und dergleichen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Non-Woven-Materialien sind als Materialien definiert, die einen Aufbau mit einzelnen Fasern oder Fäden aufweisen, die ineinander verlaufen, jedoch nicht in regelmäßiger oder feststellbarer Art und Weise, wie dies bei Maschenware der Fall ist. Non-Wovens können durch zahlreiche Prozesse hergestellt werden, beispielsweise Schmelzblasprozesse, Spinnvliesprozesse, und Prozesse zur Herstellung eines gekrempelten Spinnvlieses. Typischerweise werden die Fasern, die man mit diesen Prozessen erhält, zur Ausbildung des Vlieses auf einem Herstellungsdraht oder -band abgelegt.
Non-Woven-Materialien und Laminate mit Non-Woven-Materialien werde in großem Umfang als Bestandteile absorbierender Artikel eingesetzt, beispielsweise Wegwerfwindeln, Erzeugnissen für die weibliche Hygiene einschließlich Damenbinden und Tampons, Inkontinenzkleidung, Wegwerfbekleidung für die Medizin und dergleichen, und es wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Wirksamkeit und die Funktionsweise dieser Artikel zu verbessern. Diese Artikel weisen im Wesentlichen ein Flüssigkeit absorbierendes Material auf, an dessen Rückseite sich eine flüssigkeitsundurchlässige Sperrschicht befindet. Zur Erhöhung des Tragekomforts weist das absorbierende Material eine Deckschicht aus einem Material auf, welches zumindest die dem Körper gegenüberliegende Oberfläche des Erzeugnisses abdeckt. Der Zweck dieses Abdeckungs- oder Futtermaterials besteht darin, baulich das absorbierende Material aufzunehmen, und den Träger gegen einen ständigen, direkten Kontakt mit Feuchtigkeit aus vorher benetztem, absorbierendem Material zu schützen. Das Abdeckmaterial ist typischerweise ein Vliesstoff mit relativ niedrigem Basisgewicht.
Verbesserte Eigenschaften des Erzeugnisses wurden bei diesen Erzeugnissen dadurch erzielt, dass ein Material zum Abfangen plötzlicher Belastungen vorgesehen wurde, das zwischen dem Abdeckmaterial und dem absorbierenden Material angeordnet ist (vgl. US 5,429,629 A ). Das Material zum Abfangen stoßweiser Belastungen wird aus einem Vliesmaterial mit relativ hohem Basisgewicht und geringer Dichte hergestellt, welches dick ist. Das Abdeckmaterial muss daher für Flüssigkeiten auf der Seite des Erzeugnisses durchlässig sein, die an den Körper angelegt wird, und aktiv die sofortige Übertragung jeder einwirkenden Flüssigkeit durch das Material zum Abfangen stoßweiser Belastungen fördern, und den Transport in die absorbierende Binde. Es ist ebenfalls erforderlich, dass das Material zum Abfangen stoßweiser Belastungen zunächst die Flüssigkeit festhält, die durch das Abdeckmaterial hindurchgegangen ist, und dann die Flüssigkeit an das absorbierende Material abgibt.
Eine Eigenschaft eines Futtermaterials, welche die Fluidaufnahmeeigenschaften des Materials beeinflusst, ist das Ausmaß an Leerraumvolumen innerhalb des Materials. Insbesondere werden durch Erhöhung des Ausmaßes des Leerraumvolumens die Fluidaufnahmeeigenschaften verbessert, also die Fähigkeit des Futtermaterials, seine Fluidaufnahme einzuleiten. Für Non-Woven-Futterstoffe wird das Leerraumvolumen, oder die Porengröße, typischerweise dadurch erhöht, dass der Faserdurchmesser erhöht wird, was wiederum zu einer höheren Menge an Polymer pro Längeneinheit der Fasern führt, welche das Futtermaterial bilden.
Zusätzlich zu den Vorteilen, die sich wie voranstehend erläutert bei einer Vergrößerung des Faserdurchmessers ergeben, gibt es auch Vorteile, die infolge der Erhöhung der Oberflächen der Fasern entstehen, die ein Vliesmaterial bilden. So ermöglicht beispielsweise eine Vergrößerung der Oberflächen der Fasern den Einsatz einer größeren Menge örtlicher Tenside bei den fasern, wodurch wiederum die Fluidaufnahmefähigkeit des Vlieses erhöht werden kann. Um die Oberflächen einer Feststofffaser auf herkömmliche Weise zu erhöhen, ist es typischerweise erforderlich, wie im Falle der Erhöhung des Faserdurchmessers, die Polymermenge pro Längeneinheit der Faser zu erhöhen.
Aus der US 5,766,760 A ist eine poröse Faser bekannt, welche ein charakteristisches Muster an Poren aufweist, um vorteilhafte Niveaus an Benetzbarkeit, Flüssigkeitseindringvermögen und mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Die Faser weist einen Denierwert von nicht mehr als 50 sowie eine Bruchdehnung von nicht mehr als etwa 30% auf. Die Faser kann auch eine Reißfestigkeit von nicht weniger als etwa 200 MPa aufweisen.
Die US 4,753,762 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung geschäumter Fasern. Das Verfahren umfasst die Schritte der Bildung einer Polymerschmelze mit einem faserbildenden Molekulargewicht, in welche ein Treibmittel sowie ein geschlossene Poren bildendes Additiv gemischt ist, des Extrudierens der Schmelze durch eine Spinndüse, des Abschreckens der Schmelze stromabwärts der Spinndüse unter Bedingungen, bei denen sich in der Schmelze Blasen bilden, sowie das Ziehen der Schmelze wenn sie abgeschreckt wird, um eine geschäumte Faser herzustellen, die feine Blasen enthält. Die hergestellten Fasern können im Wesentlichen nur geschlossene Zellen und/oder im Wesentlichen Zellen mit gleichförmigem Querschnitt enthalten.
Die DE 195 20 188 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Polymerhohlfadenmembranen, bei dem ein Polymer zur Hohlfadenmembran durch eine Extrusionseinrichtung geführt wird. Das Polymer wird unter Druck vor Eintritt in ein die Schmelze formendes Extrusionswerkzeug der Extrusionseinrichtung mit Gas beladen, wobei sich in Folge eines beim Austritt des Polymers aus der Extrusionseinrichtung in vorbestimmbarem Maße erfolgenden Druckabfalls und der damit einhergehenden Expansion des Gases im Polymer eine poröse Hohlfadenmembran bildet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines Vliesmaterials, welches Fasern mit verringertem Polymergewicht pro Längeneinheit der Fasern aufweist, verglichen mit herkömmlich hergestellten Feststofffasern, die entsprechende Abmessungen haben.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines absorbierenden Hygieneartikels, welcher derartige Vliesstoffe verwendet.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Erhöhung der Abmessungseigenschaften, beispielsweise Durchmesser und Oberflächen von Fasern, einer Polymerfaser, die zum Einsatz bei Vliesmaterialien geeignet ist, ohne die Menge an Polymer zu erhöhen, die pro Längeneinheit der Faser eingesetzt wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Verbesserung der Abmessungseigenschaften, beispielsweise Durchmesser und Oberflächen der Fasern, einer Polymerfaser, die zum Einsatz bei Vliesstoffen geeignet ist, wobei die Menge an eingesetztem Polymer pro Längeneinheit der Fasern verringert wird, verglichen mit Fasern, die auf herkömmliche Weise erzeugt wurden, und entsprechende Abmessungseigenschaften aufweisen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung von Vliesmaterialien, die ein verbesserte, elastischere Kräuselung aufweisen, sowie verbesserte Isoliereigenschaften, verglichen mit herkömmlichen Vliesmaterialien.
Diese und weitere Vorteile werden durch einen absorbierenden Artikel für die Hygiene erzielt, der ein Vliesmaterial enthält, das zahlreiche Polymerfasern aufweist, die ein Faserinneres aufweisen, das zumindest entweder ein flüssiges Fluid oder ein gasförmiges Fluid enthält, wobei das Fluid zumindest 70% des Kerns der Fasern füllt und wobei die Fasern nicht porös sind. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das gasförmige und/oder flüssige Fluid, beispielsweise als viele kleine Bläschen, durch zumindest einen Abschnitt des Faserinneren verteilt. Die Polymerfasern können Spinnvliesfasern sein, Schmelzblasfasern, Bikomponentenfasern, Bikonstituentenfasern, gekrempelte Spinnvliesfasern und Kombinationen daraus. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein Teil der Polymerfasern gekräuselt. Absorbierende Artikel für die Körperhygiene, in denen diese Fasern verwendet werden können, umfassen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt, Wegwerfwindeln, Inkontinenzkleidung, Trainingshosen, Erzeugnisse für die weibliche Hygiene einschließlich Damenbinden und Tampons, Wischtücher Operationskittel und Wundpflaster.
Polymerfasern zur Verwendung in Vliesmaterialien für absorbierende Artikel für die Körperhygiene gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch ein Verfahren hergestellt, welches folgende Schritte aufweist: Eingeben zumindest eines Polymers, das zur Herstellung von Polymerfasern geeignet ist, in einen Extruder, und Erhitzen des Polymers auf eine Extrusionstemperatur, Ausbildung eines geschmolzenen Polymers, Einführen eines Blasmittels in Form eines flüssigen und/oder gasförmigen Fluids in das geschmolzene Polymer, und Extrudieren des Polymers, was zur Ausbildung mehrerer Polymehrfasern führt, die eine verringerte Menge an Polymer pro Längeneinheit der Faser aufweisen, verglichen mit herkömmlichen Feststoff-Polymerfasern, welche entsprechende Abmessungseigenschaften aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Blasmittel in das zumindest eine Polymer vor dem Extrudieren eingegeben, was dazu führt, dass das Blasmittel zumindest innerhalb eines Anteils der extrudierten Polymerfasern dispergiert ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die extrudierten Polymerfasern Monokomponenten- oder Bikomponentenfasern, bei denen das Blasmittel im Wesentlichen nur in einen der Polymerströme eingeführt wird, welche die extrudierten Bikomponentenfaser bilden. Beispielsweise bei einer Bikomponentenfaser mit einer Mantel-Kernanordnung kann das Blasmittel im Wesentlichen nur in dem Kernabschnitt der Bikomponentenfaser angeordnet sein. Alternativ kann jede Komponente der Bikomponentenfaser ein unterschiedliches Blasmittel aufweisen, das durch die Komponente verteilt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Polymerfasern Bikonstituentenfasern, bei denen das Blasmittel innerhalb einer Polymerkomponente der Bikonstituentenfasern dispergiert ist.
Fachleuten auf diesem Gebiet wird auffallen, dass die Polymerfasern gemäß der vorliegenden Erfindung zwar nicht notwendigerweise ein verringertes Gewicht pro Einheit des Faservolumens oder der Länge aufweisen (wobei das Gewicht teilweise von dem verwendeten Blasmittel abhängt), jedoch. eine verringerte Menge an Polymer pro Volumeneinheit enthalten, verglichen mit Polymerfasern mit vergleichbaren Abmessungen ohne irgendein Blasmittel. Dies liegt an der Verdrängung eines Teils des im Übrigen aus Polymer bestehenden Volumens der Fasern durch das Blasmittel.
Fachleuten wird weiterhin auffallen, dass die Art des Blasmittels oder der Blasmittel, die verwendet werden, sowie die Art und Weise ihrer Eingabe in die Faser die Fasereigenschaften des Enderzeugnisses beeinflussen. Daher kann die Art des verwendeten Blasmittels so ausgewählt werden, dass die Fasern eine bestimmte Eigenschaft aufweisen, um die Anforderungen des absorbierenden Artikels für die Körperhygiene zu erfüllen, in denen sie verwendet werden. Eine im Zentrum gefüllte Faser kann so hergestellt werden, dass sie Kerne mit hoher oder niedriger Dichte aufweist, Kerne mit eingefangener Flüssigkeit, eine verbesserte, elastischere Kräuselung, und verbesserte Isoliereigenschaften. Dies wiederum beeinflusst die Eigenschaften von Vliesmaterialien, die unter Verwendung dieser Fasern erzeugt werden, beispielsweise das Basisgewicht, das Leerraumvolumen, usw. Geeignete Blasmittel sind gasförmige oder flüssige Fluide, die nicht mit dem Polymer der Faser reagieren. Gasförmige Fluide, beispielsweise Luft und Stickstoff unter hohem Druck, werden vorgezogen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden, detaillierten Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen noch deutlicher. Es zeigt:
1A eine Querschnittansicht eines Abschnitts einer Spinnplatte, die zur Erzeugung der mit Fluid gefüllten Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
1B eine Querschnittsansicht eines Kapillaraustritts einer der Kapillaren, welche die Spinnplatte von 1A bilden;
2 eine Darstellung von Einzelheiten der Bolzen, die in der Spinnplatte von 1 zum Einspritzen des flüssigen oder gasförmigen Fluids in die Polymerfasern gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden; und
3 eine Querschnittsansicht eines Kapillaraustritts einer Spinnplatte, die zur Erzeugung fluidhaltiger Fasern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
DEFINITIONEN
Der hier verwendete Begriff ”Non-Woven-Material” oder ”Vliesmaterial” bezeichnet ein Material, das einen Aufbau aus einzelnen Fasern oder Fäden hat, die ineinandergelegt sind, jedoch nicht auf identifizierbare Weise wie bei Maschenware.
Non-Woven-Materialien oder Vliese wurden durch zahlreiche Prozesse hergestellt, beispielsweise Spinnvliesprozesse, Schmelzblasprozesse, und Prozesse zur Herstellung gekrempelten Spinnvlieses. Das Basisgewicht von Non-Woven-Materialien wird normalerweise in Gramm pro Quadratmeter (gsm) ausgedrückt, und die Faserdurchmesser werden normalerweise in Mikrometer angegeben.
Der hier verwendete Begriff ”Spinnvliesfasern” betrifft Fasern mit kleinem Durchmesser, die durch Extrudieren geschmolzenen thermoplastischen Materials als Filamente aus mehreren feinen, normalerweise kreisförmigen Kapillaren einer Spinndüse hergestellt werden, wobei der Durchmesser der Extrudierten Filamente dann schnell abnimmt, wie beispielsweise in US 4,340,563 A von Appel et al, in US 3,692,618 A von Dorschner et al, in US 3,802,817 A von Matsuki et al, in US 3,338,992 A und US 3,341,394 A von Kinney, in US 3,502,763 A von Hartmann und in US 3,542,615 A von Dobo et al beschrieben. Spinnvliesfasern sind normalerweise nicht klebrig, wenn sie auf einer Sammeloberfläche abgelagert werden. Spinnvliesfasern sind im Allgemeinen durchgehend, und weisen mittlere Durchmesser (aus einer Probe unter zumindest 10) von mehr als 7 Mikrometer auf, insbesondere zwischen etwa 10 und 50 Mikrometer. Die Fasern können auch derartige Formen aufweisen, wie sie in US 5,277,967 A von Hogle et al beschrieben werden, US 5,466,410 A von Hills, und in US 5,069,970 A und US 5,057,368 A von Largman et al, welche Hybride mit ungewöhnlichen Formen beschreiben. Ein Non-Woven-Material aus Spinnvliesfasern, die durch Schmelzspinnen erzeugt werden, wird als ”Spinnvlies” bezeichnet.
Der hier verwendete Begriff ”Schmelzblasfasern” bezeichnet Fasern, die durch Extrudieren eines geschmolzenen, thermoplastischen Materials durch mehrere feine, üblicherweise kreisförmige, Formkapillaren extrudiert werden, als geschmolzene Fäden oder Filamente, in zusammenlaufende, eine hohe Geschwindigkeit aufweisende, und normalerweise heiße Gasströme (beispielsweise Luft), welche die Filamente aus geschmolzenem thermoplastischen Material so verkleinern, dass deren Durchmesser verringert wird, der bis zum Mikrofaserdurchmesser reichen kann. Danach werden die schmelzgeblasenen Fasern durch den Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit transportiert, und auf einer Sammeloberfläche abgelagert, um ein Material aus statistisch verteilten Schmelzblasfasern auszubilden. in derartiger Prozess wird beispielsweise in US 3,849,241 A von Butin et al beschrieben. Schmelzblasfasern sind Mikrofasern, die kontinuierlich oder diskontinuierlich sein können, im Allgemeinen einen kleineren mittleren Durchmesser als 10 Mikrometer aufweisen, und im allgemeinen klebrig sind, wenn sie auf einer Sammeloberfläche abgelagert werden.
Der hier verwendete Begriff ”Mikrofaser” bezeichnet Fasern mit kleinem Durchmesser, die einen mittleren Durchmesser von nicht mehr als 75 Mikrometer aufweisen, zum Beispiel einen mittleren Durchmesser von etwa 0,5 Mikrometer bis etwa 50 Mikrometer aufweisen, oder speziell einen mittleren Durchmesser von etwa 2 Mikrometer bis etwa 40 Mikrometer aufweisen.
Der hier verwendete Begriff ”Polymer” umfasst allgemein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt, Homopolymere, Copolymere, beispielsweise Block-, Graft-, statistische und alternierende Copolymere, Terpolymere, usw., und Mischungen und Abänderungen davon. Darüber hinaus umfasst, es sei den, dies wäre ausdrücklich anders angegeben, der Begriff ”Polymer” sämtliche möglichen geometrischen Konfigurationen des Moleküls. Diese Konfigurationen umfassen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt, isotaktische, ataktische, syndiotaktische und statistische Symmetrien.
Der hier verwendete Begriff ”Monokomponentenfaser” bezeichnet eine Faser, die aus einem oder mehreren Extrudern unter Verwendung nur eines Polymers hergestellt wird. Dies soll nicht Fasern ausschließen, die aus einem Polymer hergestellt werden, dem kleine Mengen an Zusatzstoffen zugefügt wurden, zur Färbung, zur Erzielung antistatischer Eigenschaften, zur Schmierung, zur Erzielung von Hydrofilie, usw. Diese Zusatzstoffe, beispielsweise Titandioxid zur Färbung, sind normalerweise in einer Menge von weniger als etwa 5 Gewichtsprozent vorhanden, und typischerweise von etwa 2 Gewichtsprozent.
Der hier verwendete Begriff ”Bikomponentenfasern” bezeichnet Fasern, die aus zumindest zwei unterschiedlichen Polymeren hergestellt wurden, die aus getrennten Extrudern extrudiert wurden, jedoch miteinander versponnen wurden, um eine Faser auszubilden. Bikomponentenfasern werden manchmal auch als konjugierte Fasern oder Multikomponentenfasern bezeichnet. Die Polymere sind in im Wesentlichen konstant angeordneten, unterschiedlichen Zonen über den Querschnitt der Bikomponentenfasern angeordnet, und erstrecken sich kontinuierlich entlang der Länge der Bikomponentenfasern. Die Konfiguration einer derartigen Bikomponentenfaser kann beispielsweise eine Mantel/Kernanordnung sein, bei welcher ein Polymer von einem anderen umgeben ist, oder eine Anordnung Seite an Seite sein, eine Kuchenanordnung, oder eine Anordnung ”Inseln in der See”. Bikomponentenfasern werden in US 5,108,820 A von Kaneko et al vorgeschlagen, in US 4,795,668 A von Krueger et al, in US 5,540,992 A von Marcher et al und in US 5,336,552 von Strack et al. Bikomponentenfasern werden auch in US 5,382,400 A von Pike et al vorgeschlagen, und können zur Erzeugung einer Kräuselung in den Fasern verwendet werden, unter Nutzung der unterschiedlichen Raten der Expansion und Kontraktion der zwei (oder mehr) Polymere. Für Zweikomponentenfasern sind die Polymere wünschenswerterweise im Verhältnis von 75/25 bis 25/75 oder irgendeinem anderen gewünschten Verhältnis vorhanden, beispielsweise 50/50.
Der hier verwendete Begriff ”Bikonstituentenfasern” bezeichnet Fasern, die aus zumindest zwei Polymeren hergestellt wurden, die als Mischung aus demselben Extruder extrudiert wurden.
Der Begriff ”Mischung” ist nachstehend definiert. Bei Bikonstituentenfasern sind die verschiedenen Polymerkomponenten nicht in relativ konstant angeordneten, unterschiedlichen Zonen über die Querschnittsfläche der Faser angeordnet, und die verschiedenen Polymere verlaufen normalerweise nicht kontinuierlich entlang der Gesamtlänge der Faser, sondern bilden statt dessen Fibrillen, die statistisch beginnen und enden. Bikonstituentenfasern werden manchmal auch als Multikonstituentenfasern bezeichnet. Fasern dieser allgemeinen Art sind beispielsweise im US-Patent 5,108,827 von Gessner erläutert. Bikomponenten- und Bikonstituentenfasern werden auch in dem Handbuch Polymer Elends and Composits erläutert, von John A. Manson und Leslie H. Sperling, Copyright 1976, Plenum Press, eine Abteilung der Plenum Publishing Corporation, New York, New York, ISBN 0-306-30831-2, auf den Seiten 273 bis 277.
Der hier verwendete Begriff ”Spin-Pack” bezeichnet eine Einrichtung zur Herstellung von Multikonstituentenfasern mit Faseranordnungen wie beispielsweise Mantel-Kern, Mehrfachkeule, Torte, und Seite an Seite. Geeignete Spin-Packs zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in US 5,162,074 A und im verwandten US 5,466,410 A beide von Hills, vorgeschlagen.
Der hier verwendete Begriff ”Wärmepunktverbindung” umfasst das Durchleiten eines Textilerzeugnisses oder einer Warenbahn aus zu verbindenden Fasern zwischen einer erwärmten Kalanderwalze und einer Ambosswalze. Die Kalanderwalze ist häufig, jedoch nicht immer, in gewisser Weise gemustert, so dass das gesamte Textilerzeugnis nicht über seine gesamte Oberfläche verbunden wird. Daher wurden verschiedene Muster für Kalanderwalzen aus funktionellen und ebenso ästhetischen Gründen entwickelt. Der Prozentanteil der Verbindungsfläche variiert typischerweise zwischen etwa 5% und etwa 30% der Fläche der zusammenlaminierten Warenbahn des Textilerzeugnisses. Wie auf diesem Gebiet wohlbekannt ist, hält die Punktverbindung die Laminatschichten zusammen, und lässt jede einzelne Schicht durch Verbinden von Filamenten und/oder Fasern innerhalb jeder Schicht unversehrt. Beispiele für Verbindungsmuster werden in US 3,855,046 A von Hansen et al vorgeschlagen, in US 5,620,779 A von Levy et al, und im US-Design-Patent 356,688 von Uitenbroek et al.
Die hier verwendete ”Durchgangsluftverbindung” (”TAB”) ist ein Prozess zum Verbinden einer Non-Woven-Bikomponenten-Textilerzeugniswarenbahn, bei welchem Luft, die ausreichend heiß ist, um eines der Polymere in den Fasern der Warenbahn zu schmelzen, durch die Warenbahn gezwungen wird. Die Luftgeschwindigkeit liegt zwischen 30,5 m/min und 152,5 m/min (100 und 500 Fuß pro Minute), und die Aufenthaltszeit kann bis zu 6 Sekunden betragen. Das Schmelzen und die Wiederverfestigung des Polymers sorgen für die Bindung. TAB ist in relativ geringem Ausmaß variabel, und da TAB das Schmelzen zumindest einer Komponente zur Erzielung der Bindung erfordert, ist dies am wirksamsten, wenn es bei Warenbahnen mit zwei Komponenten eingesetzt wird, beispielsweise konjugierten Fasern oder solchen, die einen Kleber enthalten. In dem Durchgangsluftverbinder wird Luft mit einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur einer Komponente und unterhalb der Schmelztemperatur einer anderen Komponente von einer umgebenden Haube durch die Warenbahn und in eine perforierte Walze geschickt, welche die Warenbahn haltert.
Alternativ kann der Durchgangsluftverbinder eine ebene Anordnung sein, bei welcher die Luft vertikal nach unten auf die Warenbahn gerichtet wird. Die Betriebsbedingungen der beiden Anordnungen sind ähnlich, wobei der Hauptunterschied die Geometrie der Warenbahn beim Verbinden ist. Die Heißluft schmilzt die Polymerkomponente mit niedrigerem Schmelzpunkt, und bildet hierdurch Bindungen zwischen den Filamenten aus, um die Warebahn zu vereinigen.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die physikalischen Eigenschaften von Polymerfasern, die bei den Non-Woven-Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden geändert, damit die Non-Woven-Materialien eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften aufweisen, entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, durch Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Fluids (Blasmittels) in die Polymerfasern während der Herstellung. So kann beispielsweise die Dichte der Non-Woven-Materialien erhöht oder verringert werden, abhängig von der Dichte der verwendeten gasförmigen oder flüssigen Fluide. Weiterhin wird bei einer Polymerfaser mit vorgegebenen Abmessungen, beispielsweise Außendurchmesser, die Menge an Polymer verringert, die zur Herstellung der Polymerfaser erforderlich ist, verglichen mit entsprechenden Polymerfasern, in welche kein gasförmiges oder flüssiges Fluid eingespritzt wurde, infolge der Verdrängung des Polymers durch das gasförmige oder flüssige Fluid innerhalb der Fasern.
Das Blasmittel wird lokalisiert innerhalb eines Abschnitts der Fasern verteilt. Das Blasmittel wird nach der Herstellung beispielsweise durch Extrusion in die Fasern eingespritzt. Geeignete Blasmittel sind alle gasförmigen Fluide wie Luft, Stickstoff, Helium usw., oder flüssige Fluide wie Öle, die nicht mit dem Polymer reagieren, das zur Herstellung der Faser verwendet wird.
Fasern, die in den Non-Woven-Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Spinnvliesfasern besteht, Schmelzblasfasern, Bikomponentenfasern, Bikonstituentenfasern, gekrempelten Spinnvliesfasern und Kombination aus diesen. Darüber hinaus können die Fasern, die in den erfindungsgemäßen Non-Woven-Materialien verwendet werden, jede Faserform aufweisen.
Geeignete Polymere zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung werden aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus Polyolefinen, Polyamiden, Polyestern, Polycarbonaten, Polystyrolen, thermoplastischen Elastomeren, Fluorpolymeren, Vinylpolymeren und Mischungen und Copolymeren aus diesen. Geeignete Polyolefine umfassen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt, Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen und dergleichen; geeignete Polyamide umfassen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt, Nylon-6, Nylon-6/6, Nylon-10, Nylon-12 und dergleichen; und geeignete Polyester umfassen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt, Polyethylenterephthalat, Polybutylentherephthalat und dergleichen.
Besonders geeignete Polymere zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung sind Polyolefine einschließlich beispielsweise Polyethylen, lineares Polyethylen mit niedriger Dichte, Polyethylen mit niedriger Dichte, mittleres Polyethylen, Polyethylen mit hoher Dichte, und Mischungen hieraus; Polypropylen; Polybutylen und Copolymere sowie Mischungen hieraus. Weiterhin können in die geeigneten Faserherstellungspolymere thermoplastische Elastomere eingemischt sein. Unter diesen geeigneten Polymeren umfassen besonders geeignete Polymere als Strukturkomponente geeigneter konjugierter Fasern Polypropylen und Copolymere von Polypropylen und Ethylen, und umfassen besonders geeignete Polymere für die Haftkomponente der konjugierten Fasern Polyethylene; insbesondere lineares Polyethylen niedriger Dichte, sowie Polyethylen mit hoher Dichte.
1A zeigt einen Abschnitt einer Spinnplatte 10, die zur Verwendung bei der Herstellung mit einen Fluid gefüllter Polymerfasern gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Spinnplatte 10 weist zumindest eine Wand 11 auf, die eine Kammer umschließt, die in eine Einspritzfluidsammelkammer 13 und eine Polymerkammer 14 durch eine Zwischenwand 15 unterteilt ist, wobei die zumindest eine Wand eine Öffnung 17 zum Einführen eines Einspritzfluids in die Einspritzfluidsammelkammer 13 aufweist. Die Zwischenwand 15 weist mehrere Öffnungen 16 auf, in welchen Vorrichtungen zum Transportieren des Einspritzfluids oder Blasmittels durch das geschmolzene Polymer vorgesehen sind, jedoch ohne Kontakt mit dem geschmolzenen Polymer, das in der Polymerkammer 14 angeordnet ist, zu den Kapillaraustritten 18 der Spinnplatte.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Vorrichtung zum Transport des Einspritzfluids durch die Polymerkammer zu jedem Kapillaraustritt einen Bolzen 20 auf, der im einzelnen in 2 gezeigt ist, und eine Fluidleitung 21 innerhalb des Kerns des Bolzens aufweist, wobei sich die Fluidleitung 21 über die Gesamtlänge des Bolzens 20 erstreckt. In das Einspritzfluidauslassende 22 der Fluidleitung 21 ist eine Länge eines Mikrorohrs 23 eingepasst, durch welches das Einspritzfluid ins Innere der extrudierten Polymerfaser eingespritzt wird.
1B ist eine Teilquerschnittsansicht eines Kapillaraustritts, der dazu geeignet ist, zum Einspritzen eines gasförmigen oder flüssigen Fluids ins Innere einer extrudierten Faser verwendet zu werden. Wie dargestellt ist die zumindest eine Wand 11, die zum Boden der Polymerkammer 14 hin angeordnet ist, so ausgebildet, dass sie eine Öffnung 30 ausbildet, in welche sich das Einspritzfluidauslassende 22 der Fluidleitung 21 erstreckt. Die Öffnung 30 weist derartige Abmessungen auf, dass sie das Einspritzfluidauslassende 22 und das von ihr ausgehende Mikrorohr 23 aufnimmt, so dass ein kreisförmiger Bereich 32 zwischen der Außenoberfläche des Einspritzfluidauslassendes 22 der Fluidleitung 21 und der Wand der Öffnung 30 ausgebildet wird, und zwischen der Außenoberfläche des Mikrorohrs 23 und der Wand der Öffnung 30, die in dem Bereich, der das Mikrorohr 23 umgibt, einen verringerten Durchmesser aufweist, verglichen mit jenem Abschnitt der Öffnung 30, der das Einspritzfluidauslassende 22 der Fluidleitung 22 umgibt. Der kreisringförmige Bereich 32 stellt eine Fluidverbindung zwischen der Polymerkammer 14 und dem Kapillaraustritt 33 zur Verfügung, so dass geschmolzenes Polymer von der Polymerkammer 14 durch den Kapillaraustritt 33 fließen kann.
Gleichzeitig mit dem Extrudieren des Polymers wird das gewünschte gasförmige und/oder flüssige Fluid, das durch die Fluidleitung 21 und das Mikrorohr 23 fließt, in das Innere des Polymers eingespritzt, das durch die Kapillare hindurchgeht. Von hieraus wird, im Falle von Spinnvliesfasern, die sich ergebende Faser zu einer Zieheinheit (nicht gezeigt) weitergeleitet, zur weiteren Verringerung des Außendurchmessers. Unter Verwendung der Einrichtung gemäß den 1A, 1B und 2 ist es möglich, Fasern zu erhalten, bei denen das eingespritzte Fluid 70% oder mehr des Kerns der Fasern füllt. Fachleute werden weiterhin erkennen, dass zu dem Zweck, dass die Fasern das eingespritzte Fluid im Inneren der Fasern festhalten, die Fasern nicht porös sind.
3 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Kapillaraustritts, der dazu geeignet ist, ein gasförmiges und/oder flüssiges Fluid durch zumindest einen Abschnitt des Inneren der Polymerfasern zu verteilen, die bei dem Non-Woven-Warenbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Bei der Kapillare von 1B, erstreckt sich das untere Ende des Mikrorohrs 23 über den Kapillaraustritt 3/3 hinaus, was es ermöglicht, das gasförmige und/oder flüssige Fluid in das Polymer nach dem Extrudieren einzuspritzen.
Weiterhin wird Fachleuten deutlich werden, dass das Einspritzfluid in das Polymer auf verschiedene Arten und Weisen eingespritzt werden kann, um eine gewünschte Wirkung hervorzurufen. So wird beispielsweise bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Einspritzfluid geringfügig außerhalb des Zentrums zugeführt, damit bei der Faser eine gewisse Kräuselung oder Verdrillung hervorgerufen wird.
Darüber hinaus können zwei oder mehr Polymere dazu verwendet werden, eine Multikomponentenfaser herzustellen, um mehr Kräuselung bereitzustellen, oder es kann eine derartige Multikomponentenfaser aus inkompatiblem Harz erzeugt werden, so dass eine Aufspaltung auftritt. Infolge der verringerten Menge an Polymer, die zur Herstellung der Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, können Polymere mit höheren Viskositäten als typische Spinnvliesharze dazu fähig sein, auf gewünschte Pegel heruntergezogen zu werden, womit man bessere Materialeigenschaften erzielt, beispielsweise eine verbesserte Zugfestigkeit.
Non-Woven-Materialien mit Fluid-gefüllten Polymerfasern gemäß der vorliegenden Erfindung müssen häufig verbunden, werden, um eine unbeeinträchtigte Warenbahn zu erhalten, und müssen wahlweise darüber hinaus verbunden werden, um zusätzliche Festigkeit zur Verfügung zu stellen, abhängig von dem Einsatz. Für Non-Woven-Materialien, die Polypropylenfasern aufweisen, wird die Wärmepunktverbindung vorgezogen. Non-Woven-Materialien, welche Bikomponentenfasern gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden, können entweder durch Wärmepunktverbindung oder mittels Durchgangsluftverbindung verbunden werden.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls zur Erzeugung schaumartiger Anordnungen für Spinnvliese, Bikomponentenspinnvliese sowie schmelzgeblasenen Fasern geeignet. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung werden schaumartige, gefüllte Fasern dadurch hergestellt, dass ein gasförmiges Fluid wie beispielsweise Stickstoff oder Hochdruckluft als Kernkomponente einer Mantel-Kernanordnung verwendet wird. Das gasförmige Fluid wird in das Polymer stromaufwärts der endgültigen Kapillare in der Spinnplatte in der Nähe des Austritts der Kapillare in der Spinnplatte eingeben, wodurch Blasen im Zentrum der Faser erzeugt werden. Die Faser wird dann in einer herkömmlichen Zieheinheit gezogen, wodurch eine schaumartige, gefüllte Faser hergestellt wird. Die Kerndichte wird dadurch gesteuert, dass die Menge an zugeführtem, gasförmigen Fluid gesteuert wird. Fasern mit einem schaumartigen Kernaufbau können zahlreiche Vorteile aufweisen, einschließlich einer verringerten Ausgangsmaterialmenge, feinerer Fasern infolge des Kerns mit geringer Dichte, Erhöhung der Faseraufspaltung infolge der Verringerung der Oberflächen und verbesserte, hohe Spinnrate infolge stärkerer Abschreckung, sowie verbesserte Isoliereigenschaften infolge der eingefangenen Bläschen.
So wurde beispielsweise zu Vergleichszwecken eine Mantel/Kern-Bikomponentenfaser mit einem Mantel/Kerndurchmesser von 20,73 Mikrometer (PP) hergestellt, was gleich 0,3 Tex (2,7 Denier) ist. Eine Fluid-gefüllte Faser, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, wurde durch Einspritzen von 1% (Volumen) eines Blasmittels bei 0,24 MPa (20 psig) in den Kern einer PP/PP-Mantel-Kernfaser hergestellt, was zu einer Faser mit einem Durchmesser von etwa 24,27 Mikrometer führte, was dem Durchmesser einer PP-Faser von 9,41 Tex (3,7 Denier) entspricht. Hieraus sieht man, dass die effektive Tex-(Denier)-Verringerung 37% betrug. Fasern wie jene, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, und erhöhte Durchmesser aufweisen, weisen eine verbesserte Elastizität auf, verbesserte Weichheit, verbesserte Kapillarabmessungen und eine verbesserte Oberfläche.

Claims

Absorbierender Artikel für die Körperhygiene, welcher aufweist: Ein Non-Woven-Material, das mehrere Polymerfasern aufweist, bei denen zumindest entweder ein flüssiges Fluid oder ein gasförmiges Fluid über zumindest einen Abschnitt des Inneren der Polymerfasern verteilt ist, wobei das Fluid zumindest 70% des Kernes der Fasern füllt und wobei die Fasern nicht porös sind.
Absorbierender Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 1, bei welchem die Polymerfasern aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Spinnvliesfasern, Schmelzblasfasern, Bikomponentenfasern, Bikonstituentenfasern, gekrempelten Spinnvliesfasern, und Kombinationen hieraus besteht.
Absorbierender Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 1, bei welchem zumindest ein Teil der Polymerfasern gekräuselt ist.
Absorbierender Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 1, bei welchem zumindest entweder das flüssige Fluid oder das gasförmige Fluid gleichförmig über das Innere der Polymerfasern verteilt ist.
Absorbierender Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 1, bei welchem zumindest entweder das flüssige Fluid oder das gasförmige Fluid innerhalb eines Abschnitts des Inneren der Polymerfasern angeordnet sind.
Absorbierender Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 1, bei welchem das Non-Woven-Material ein Laminat ist.
Absorbierender Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 1, bei welchem zumindest ein Teil der mehreren Polymerfasern Bikomponentenfasern sind, wobei zumindest entweder das flüssige Fluid oder das gasförmige Fluid insgesamt in einer Zone der Bikomponentenfasern angeordnet ist.
Absorbierender Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 1, bei welchem zumindest ein Teil der mehreren Polymerfasern Bikonstituentenfasern sind, wobei zumindest entweder das flüssige Fluid oder das gasförmige Fluid insgesamt innerhalb eines Polymers angeordnet ist, welches die Bikonstituentenfaser bildet.
Non-Woven-Material, welches aufweist: Eine Non-Woven-Warenbahn, die mehrere Polymerfasern aufweist, bei denen zumindest ein flüssiges Fluid oder ein gasförmiges Fluid über zumindest einen Abschnitt des Inneren der Polymerfasern verteilt ist, wobei das Fluid zumindest 70% des Kernes der Fasern füllt und wobei die Fasern nicht porös sind.
Non-Woven-Material nach Anspruch 9, bei welchem die Polymerfasern aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Spinnvliesfasern, Schmelzblasfasern, Bikomponentenfasern, Bikonstituentenfasern, gekrempelten Spinnvliesfasern, und Kombinationen daraus besteht.
Non-Woven-Material nach Anspruch 9, bei welchem zumindest ein Teil der Fasern gekräuselt ist.
Non-Woven-Material nach Anspruch 9, bei welchem zumindest entweder das flüssige Fluid oder das gasförmige Fluid gleichförmig über das Innere der Polymerfasern verteilt ist.
Non-Woven-Material nach Anspruch 9, bei welchem entweder das flüssige Fluid oder das gasförmige Fluid innerhalb eines Abschnitts des Inneren der Polymerfasern angeordnet ist.
Non-Woven-Material nach Anspruch 9, welches weiterhin mehrere Non-Woven-Schichten aufweist.
Non-Woven-Material nach Anspruch 9, bei welchem zumindest ein Anteil der mehreren Polymerfasern Bikomponentenfasern sind, wobei zumindest entweder das flüssige Fluid oder das gasförmige Fluid insgesamt innerhalb einer Zone der Bikomponentenfasern angeordnet ist.
Non-Woven-Material nach Anspruch 9, bei welchem zumindest ein Anteil der mehreren Polymerfasern Bikonstituentenfasern sind, wobei zumindest entweder das flüssige Fluid oder das gasförmige Fluid insgesamt innerhalb eines Polymers angeordnet ist, welches die Bikonstituentenfaser bildet.
Wegwerfwindel, die ein Non-Woven-Material gemäß einem der Ansprüche 9 bis 16 umfasst.
Erzeugnis für die weibliche Körperhygiene, die ein Non-Woven-Material gemäß einem der Ansprüche 9 bis 16 umfasst.
Wundpflaster, das ein Non-Woven-Material gemäß einem der Ansprüche 9 bis 16 umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Non-Woven-Materials mit folgenden Schritten: Erwärmung zumindest eines Polymers auf einen Schmelzpunkt, Erzeugung eines geschmolzenen Polymers; Extrudieren des geschmolzenen Polymers durch mehrere Kapillaren, Einspritzen zumindest entweder eines flüssigen Fluids oder eines gasförmigen Fluids in das geschmolzene Polymer nach dem Extrudierschritt, Ausbildung mehrerer Fluid-gefüllter Polymerfasern, bei denen zumindest entweder das flüssige Fluid oder das gasförmige Fluid innerhalb des Inneren der Polymerfasern verteilt ist; und Ablagerung der Fluid-gefüllten Polymerfasern auf eine Warenbahnausbildungsoberfläche, wodurch ein Non-Woven-Material ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem die Fluid-gefüllten Polymerfasern durch eine Zieheinheit geleitet werden, wodurch mehrere Fluid-gefüllte Spinnvliesfasern ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem die Fluid-gefüllten Polymerfasern in zumindest einen Hochgeschwindigkeits-Gasstrom extrudiert werden, wodurch mehrere Fluid-gefüllte Schmelzblasfasern erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem die mehreren Polymerfasern Bikomponentenfasern sind.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem zumindest entweder das flüssige Fluid oder das gasförmige Fluid im wesentlichen nur in eine Komponente der Bikomponentenfasern eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem die mehreren Polymerfasern Bikonstituentenfasern sind, und das zumindest entweder flüssige Fluid oder gasförmige Fluid nur in einer Komponente der Bikonstituentenfasern angeordnet ist.