DE69710784T2

DE69710784T2 - Mehrkomponentenfaser

Info

Publication number: DE69710784T2
Application number: DE69710784T
Authority: DE
Inventors: Thomas Etzel; Fu-Jya Tsai
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2017-12-31
Also published as: HUP0000300A2; ID22350A; CA2274615A1; HUP0000300A3; WO1998029585A2; KR100495592B1; KR20000069778A; BR9713662A; CN1097617C; US5952088A; SK87399A3; EP0951593A1; EP0951593B1; AU6130398A; AU720669B2; NO993218D0; CN1247552A; DE69710784D1; NZ336965A; WO1998029585A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrkomponentenfaser. Die Mehrkomponentenfaser umfaßt eine nicht zur Reaktion gebrachte Mischung eines aliphatischen Polyesterpolymers als eine kontinuierliche Phase, Polyolefinmikrofasern als eine diskontinuierliche Phase, die innerhalb der kontinuierlichen Phase des aliphatischen Polyesterpolymers eingeschlossen sind, und einen Kompatibilisator für das aliphatische Polyesterpolymer und die Polyolefinmikrofasern. Die Mehrkomponentenfaser zeigt wesentliche biologisch abbaubare Eigenschaften und wird dennoch leicht verarbeitet. Die Mehrkomponentenfaser ist für die Herstellung von Vliesstoffstrukturen nützlich, die in einem absorbierenden Wegwerfprodukt eingesetzt werden können, das für die Absorption von Flüssigkeiten gedacht ist, wie beispielsweise von Körperflüssigkeiten.

Beschreibung des damit in Beziehung stehenden Fachgebietes

Absorbierende Wegwerfprodukte finden gegenwärtig einen weitverbreiteten Eionsatz bei vielen Anwendungen. Beispielsweise ersetzten auf dem Gebiet der Kleinkind- und Kinderpflege Windeln und Trainingshosen im allgemeinen wiederverwendbare absorbierende Stoffartikel. Andere typische absorbierende Wegwerfprodukte enthalten Damenhygieneprodukte, wie beispielsweise Damenbinden oder Tampons, Inkontinenzprodukte für Erwachsene und Gesundheitsschutzprodukte, wie beispielsweise chirurgische Tücher oder Wundverbandstoffe. Ein typisches absorbierendes Wegwerfprodukt umfaßt im allgemeinen eine Verbundstruktur, die eine obere Schicht, eine Rückschicht und eine absorbierende Struktur zwischen der oberen Schicht und der Rückschicht enthält. Diese Produkte enthalten im allgemeinen eine bestimmte Art von Befestigungssystem für das Anbringen des Produktes am Träger.
Absorbierende Wegwerfprodukte werden typischerweise einer oder mehreren aufzunehmenden Flüssigkeiten während der Benutzung ausgesetzt, wie beispielsweise Wasser, Urin, Menstruationsflüssigkeiten oder Blut. Als solche werden die äußeren Deckschicht-Rückschicht-Materialien der absorbierenden Wegwerfprodukte typischerweise aus flüssigkeitsunlöslichen und flüssigkeitsundurchlässigen Materialien hergestellt, wie beispielsweise Polypropylenfolien, die eine ausreichende Festigkeit und Handhabbarkeit zeigen, so daß das absorbierende Wegwerfprodukt seine Integrität während der Benutzung durch einen Träger beibehält und nicht einen Austritt der Flüssigkeit gestattet, die das Produkt aufnehmen soll.
Obgleich gegenwärtige wegwerfbare Babywindeln und andere absorbierende Wegwerfprodukte im allgemeinen von den Menschen akzeptiert werden, besteht bei diesen Produkten noch die Notwendigkeit einer Verbesserung in spezifischen Bereichen. Beispielsweise können viele absorbierende Wegwerfprodukte schwierig zu beseitigen sein. Beispielsweise führen Versuche, viele absorbierende Wegwerfprodukte in einer Toilette in ein Abwassersystem herunterzuspülen, typischerweise zu einer Verstopfung der Toilette oder der Rohre, die die Toilette mit dem Abwassersystem verbinden. Insbesondere zersetzen oder verteilen sich im allgemeinen die äußeren Deckschichtmaterialien nicht, die typischerweise in den absorbierenden Wegwerfprodukten eingesetzt werden, wenn sie in einer Toilette heruntergespült werden, so daß das absorbierende Wegwerfprodukt auf diese Weise nicht beseitigt werden kann. Wenn die äußeren Deckschichtmaterialien sehr dünn hergestellt werden, um das Gesamtvolumen des absorbierenden Wegwerfproduktes zu verringern, um so die Wahrscheinlichkeit einer Verstopfung einer Toilette oder eines Abwasserrohres zu verringern, dann wird das äußere Deckschichtmaterial typischerweise nicht eine ausreichende Festigkeit zeigen, um ein Zerreißen oder Aufreißen zu verhindern, wenn das äußere Deckschichtmaterial den Beanspruchungen der normalen Benutzung durch einen Träger ausgesetzt wird.
Außerdem wird die Beseitigung von festen Abfällen in der Welt zu einem ständig größer werdenden Problem. Während sich die Müllgruben weiterhin füllen, ist eine zunehmende Forderung nach einer Reduzierung der Ausgangsmaterialien bei Wegwerfprodukten, der Einverleibung von mehr rückgewinnbaren und/oder abbaubaren Komponenten in Wegwerfprodukten und der Konstruktion von Produkten zu verzeichnen, die durch andere Hilfsmittel als die Einlagerung in Entsorgungseinrichtungen für feste Abfälle, wie beispielsweise Müllgruben, beseitigt werden können.
Als solche besteht eine Forderung nach neuen Materialien, die in absorbierenden Wegwerfprodukten eingesetzt werden können, die im allgemeinen ihre Integrität und Festigkeit während der Benutzung beibehalten, wobei die Materialien aber nach einer derartigen Benutzung wirksamer beseitigt werden können. Beispielsweise kann das absorbierende Wegwerfprodukt leicht und wirksam durch Kompostieren beseitigt werden. Alternativ kann das absorbierende Wegwerfprodukt leicht und wirksam in einem Abwassersystem beseitigt werden, in dem das absorbierende Wegwerfprodukt zersetzt werden kann.
Obgleich abbaubare Monokomponentenfasern bekannt sind, waren bei ihrer Verwendung Probleme zu verzeichnen. Insbesondere zeigen bekannte abbaubare Fasern typischerweise nicht eine gute thermische Dimensionsstabilität, so daß die Fasern im allgemeinen einer heftigen Wärmeschrumpfung infolge der Polymerkettenrelaxation während der nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahren unterliegen, wie beispielsweise der Wärmebindung oder Laminierung.
Im Gegensatz, Polyolefinmaterialien, wie beispielsweise Polypropylen, zeigen typischerweise eine gute thermische Dimensionsstabilität, zeigen aber ebenfalls Probleme in Verbindung mit ihrer Verwendung. Insbesondere sind die Polyolefinfasern typischerweise hydrophob und zeigen so eine schlechte Benetzbarkeit, wodurch ihre Verwendung in absorbierenden Wegwerfprodukten begrenzt ist, die für die Absorption von Flüssigkeiten gedacht sind, wie beispielsweise von Körperflüssigkeiten. Obgleich oberflächenaktive Stoffe eingesetzt werden können, um die Benetzbarkeit der Polyolefinfasern zu verbessern, bringt die Verwendung derartiger oberflächenaktiver Stoffe zusätzliche Probleme mit sich, wie beispielsweise zusätzliche Kosten, eine Flüchtigkeit oder Haltbarkeit und Giftigkeit. Außerdem sind Polyolefinfasern im allgemeinen nicht biologisch abbaubar oder kompostierbar.
Es wäre daher wünschenswert, eine Faser herzustellen, die die thermische Dimensionsstabilität der Polyolefinmaterialien zeigt, und die dennoch im wesentlichen biologisch abbaubar und benetzbar ist, ohne daß oberflächenaktive Stoffe verwendet werden. Eine einfache Lösung bei diesem Wunsch wäre, daß ein Polyolefinmaterial einfach mit einem abbaubaren Material gemischt würde, um so die Vorteile der Verwendung beider Materialien zu erzielen. Die Komponenten einer Mehrkomponentenfaser müssen jedoch im allgemeinen chemisch kompatibel sein, so daß die Komponenten wirksam aneinander haften und gleiche rheologische Eigenschaften aufweisen, so daß die Mehrkomponentenfaser eine Mindestfestigkeit und weitere mechanische und Verarbeitungseigenschaften zeigt. Es hat sich daher als eine Herausforderung an die Fachleute erwiesen, Komponenten zu kombinieren, die diese grundlegenden Verarbeitungsforderungen erfüllen, ebenso wie sie den Wunsch erfüllen, daß die gesamte Mehrkomponentenfaser im wesentlichen wirksam abbaubar und hydrophil ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mehrkomponentenfaser bereitzustellen, die im wesentlichen in der Umwelt abbaubar ist.
Es ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine im wesentlichen abbaubare Mehrkomponentenfaser bereitzustellen, die eine gute thermische Dimensionsstabilität aufweist und hydrophil ist, ohne daß eine wesentliche Verwendung von oberflächenaktiven Stoffen erfolgt.
Es ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine im wesentlichen abbaubare Mehrkomponentenfasern bereitzustellen, die leicht und wirksam hergestellt wird, und die für eine Verwendung bei der Herstellung von Vliesstoffstrukturen geeignet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermoplastische Zusammensetzung, die im wesentlichen biologisch abbaubar ist, und die dennoch leicht hergestellt wird und leicht zu gewünschten Fertigstrukturen verarbeitet werden kann, wie beispielsweise Fasern oder Vliesstoffstrukturen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine thermoplastische Zusammensetzung, die eine Mischung aus einer ersten Komponente, einer zweiten Komponente und einer dritten Komponente umfaßt.
Eine Ausführung einer derartigen thermoplastischen Zusammensetzung umfaßt eine nicht zur Reaktion gebrachte Mischung eines aliphatischen Polyesterpolymers als eine im wesentlichen kontinuierliche Phase, von Polyolefinmikrofasern als eine im wesentlichen diskontinuierliche Phase, die innerhalb der im wesentlichen kontinuierlichen Phase des aliphatischen Polyesterpolymers eingeschlossen ist, und einen Kompatibilisator für das aliphatische Polyesterpolymer und die Polyolefinmikrofasern.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Mehrkomponentenfaser, die im wesentlichen abbaubar ist, und die dennoch leicht hergestellt wird und leicht zu gewünschten Fertigstrukturen verarbeitet werden kann, wie beispielsweise Fasern oder Vliesstoffstrukturen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Mehrkomponentenfaser, die eine nicht zur Raktion gebrachte Mischung eines aliphatischen Polyesterpolymers als eine im wesentlichen kontinuierliche Phase, von Polyolefinmikrofasern als eine im wesentlichen diskontinuierliche Phase, die innerhalb der im wesentlichen kontinuierlichen Phase des aliphatischen Polyesterpolymers eingeschlossen ist, und eines Kompatibilisators für das aliphatische Polyesterpolymer und die Polyolefinmikrofasern umfaßt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vliesstoffstruktur, die die hierin offenbarte Mehrkomponentenfaser umfaßt.
Eine Ausführung einer derartigen Vliesstoffstruktur ist eine Rückschicht, die in einem absorbierenden Wegwerfprodukt nützlich ist.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein absorbierendes Wegwerfprodukt, das die hierin offenbarte Mehrkomponentenfaser umfaßt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der hierin offenbarten Mehrkomponentenfaser.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermoplastische Zusammensetzung, die eine erste Komponente, eine zweite Komponente und eine dritte Komponente enthält. Wie er hierin benutzt wird, bedeutet der Begriff "thermoplastisch" ein Material, das erweicht, wenn es Wärme ausgesetzt wird, und das im wesentlichen in seinen Ausgangszustand zurückkehrt, wenn es auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Es wurde entdeckt, daß durch Verwendung einer nicht zur Reaktion gebrachten Mischung eines aliphatischen Polyesterpolymers als eine im wesentlichen kontinuierliche Phase, von Polyolefinmikrofasern als im wesentlichen eine diskontinuierliche Phase, die innerhalb der im wesentlichen kontinuierlichen Phase des aliphatischen Polyesterpolymers eingeschlossen ist, und eines Kompatibilisators für das aliphatische Polyesterpolymer und die Polyolefinmikrofasern eine thermoplastische Zusammensetzung hergestellt werden kann, worin eine derartige thermoplastische Zusammensetzung im wesentlichen abbaubar ist, wobei jedoch die thermoplastische Zusammensetzung leicht zu Fasern und Vliesstoffstrukturen verarbeitet werden kann, die wirksame mechanische Fasereigenschaften und Flüssigkeitstransporteigenschaften zeigen.
Die erste Komponente in der thermoplastischen Zusammensetzung ist ein aliphatisches Polyesterpolymer. Geeignete aliphatische Polyesterpolymere enthalten Poly(milchsäure), Polybutylensuccinat, Polybutylensuccinat-co-adipat, Polyhydroxybutyrat-co-valerat, Polycaprolacton, sulfoniertes Polyethylenterephthalat, Gemische solcher Polymere oder Copolymere solcher Polymere, sind aber nicht darauf beschränkt.
Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, daß das verwendete aliphatische Polyesterpolymer Poly(milchsäure) ist. Das Poly(milchsäure)polymer wird im allgemeinen durch die Polymerisation von Milchsäure hergestellt. Von den Fachleuten wird jedoch erkannt, daß ein chemisch äquivalentes Material ebenfalls durch die Polymerisation von Lactid hergestellt werden kann. Wie er hierin verwendet wird, ist beabsichtigt, daß der Begriff "Poly(milchsäure)polymer" als solcher das Polymer verkörpert, das durch entweder die Polymerisation von Milchsäure oder von Lactid hergestellt wird.
Es ist bekannt, daß Milchsäure und Lactid asymmetrische Moleküle mit zwei optischen Isomeren sind, auf die man sich entsprechend als das linksdrehende (worauf man sich hierin nachfolgend als "L" bezieht) Enantiomer und das rechtsdrehende (worauf man sich hierin nachfolgend als "D" bezieht) Enantiomer bezieht. Im Ergebnis dessen ist es durch Polymerisieren eines speziellen Enantiomers oder durch Verwenden eines Gemisches der zwei Enantiomere möglich, verschiedene Polymere herzustellen, die chemisch gleich sind, die aber dennoch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Insbesondere wurde ermittelt, daß es durch Modifizieren der Stereochemie eines Poly(milchsäure)polymers möglich ist, beispielsweise die Schmelztemperatur, die Schmelzrheologie und die Kristallinität des Polymers zu steuern. Indem man in der Lage ist, derartige Eigenschaften zu steuern, ist es möglich, eine Mehrkomponentenfaser herzustellen, die die gewünschte Festigkeit der Schmelze, mechanischen Eigenschaften, Weichheit und Verarbeitungseigenschaften zeigt, so daß man in der Lage ist, verfeinerte, thermofixierte und gekräuselte Fasern herzustellen.
Es wird im allgemeinen gewünscht, daß das aliphatische Polyesterpolymer in der thermoplastischen Zusammensetzung in einem Anteil vorhanden ist, der wirksam zu der thermoplastischen Zusammensetzung führt, die die gewünschten Eigenschaften zeigt. Das aliphatische Polyesterpolymer wird in der thermoplastischen Zusammensetzung in einem Gewichtsanteil vorhanden sein, der kleiner ist als 100 Gewichtsprozent, vorteilhafterweise von zwischen etwa 45 Gewichtsprozent und etwa 90 Gewichtsprozent, geeigneterweise von zwischen etwa 50 Gewichtsprozent und etwa 88 Gewichtsprozent und geeigneter von zwischen etwa 55 Gewichtsprozent und etwa 70 Gewichtsprozent, worin alle Gewichtsprozente auf dem Gesamtgewichtsanteil des aliphatischen Polyesterpolymers, der Polyolefinmikrofaser und des Kompatibilisators basieren, die in der thermoplastischen Zusammensetzung vorhanden sind. Das Zusamniensetzungsverhältnis der drei Komponenten in der thermoplastischen Zusammensetzung ist im allgemeinen wichtig, um die wesentliche biologische Abbaubarkeit der thermoplastischen Zusammensetzung aufrechtzuerhalten, weil das aliphatische Polyesterpolymer im allgemeinen in einer im wesentlichen kontinuierlichen Phase sein muß, um einen Zugang zum biologisch abbaubaren Anteil der thermoplastischen Zusammensetzung aufrechtzuerhalten. Eine Annäherung der Grenzen der Komponentenverhältnisse kann basierend auf den Dichten der Komponenten ermittelt werden. Die Dichte einer Komponente wird in ein Volumen umgewandelt (es werden 100 g einer jeden Komponente angenommen), die Volumen der Komponenten werden für ein gesamtes thermoplastisches Zusammensetzungsvolumen zusammen addiert, und die Gewichtsmittel der Komponenten werden berechnet, um das angenäherte Mindestverhältnis einer jeden Komponente zu bestimmen, das benötigt wird, um eine thermoplastische Zusammensetzung mit einer volumetrischen Mehrheit des aliphatischen Polyesterpolymers in der Mischung herzustellen.
Es wird im allgemeinen gewünscht, daß das aliphatische Polyesterpolymer ein Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse zeigt, das für die thermoplastische Zusammensetzung wirksam ist, um eine wünschenswerte Festigkeit der Schmelze, mechanische Faserfestigkeit und Faserspinneigenschaften zu zeigen. Im allgemeinen, wenn das Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse eines aliphatischen Polyesterpolymers zu hoch ist, bedeutet das, daß die Polymerketten stark verflochten sind, was zu einer thermoplastischen Zusammensetzung führen kann, die jenes aliphatische Polyesterpolymer umfaßt, das schwierig zu verarbeiten ist. Umgekehrt, wenn das Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse eines aliphatischen Polyesterpolymers zu niedrig ist, bedeutet das, daß die Polymerketten nicht ausreichend verflochten sind, was zu einer thermoplastischen Zusammensetzung führen kann, die jenes aliphatische Polyesterpolymer umfaßt, das eine relativ schwache Festigkeit der Schmelze zeigt, wodurch eine Verarbeitung mit hoher Geschwindigkeit sehr schwierig wird. Daher zeigen die aliphatischen Polyesterpolymere, die für eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, Gewichtsmittel der relativen Molekülmassen, die vorteilhafterweise von zwischen etwa 10000 und etwa 2000000 liegen, mehr bevorzugt von zwischen etwa 50000 und etwa 400000 und in geeigneterweise von zwischen etwa 100000 und etwa 300000. Das Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse für Polymere oder Polymermischungen kann bei Anwendung eines Verfahrens ermittelt werden, wie es hierin im Abschnitt Prüfverfahren beschrieben wird.
Es wird ebenfalls gewünscht, daß das aliphatische Polyesterpolymer einen Polydispersitätsindexwert zeigt, der für die thermoplastische Zusammensetzung wirksam ist, um eine wünschenswerte Festigkeit der Schmelze, mechanische Faserfestigkeit und Faserspinneigenschaften zu zeigen. Wie er hierin verwendet wird, bedeutet "Polydispersitätsindex" den Wert, der durch Dividieren des Gewichtsmittels der relativen Molekülmasse eines Polymers durch das Zahlenmittel der relativen Molekülmasse des Polymers erhalten wird. Im allgemeinen, wenn der Polydispersitätsindexwert eines aliphatischen Polyesterpolymers zu hoch ist, kann eine thermoplastische Zusammensetzung, die jenes aliphatische Polyesterpolymer umfaßt, infolge der inkonsistenten Verarbeitungseigenschaften schwer zu verarbeiten sein, die durch Polymersegmente bewirkt werden, die Polymere mit niedriger relativer Molekülmasse umfassen, die während des Spinnens niedrigere Festigkeitseigenschaften der Schmelze aufweisen. Daher wird gewünscht, daß das aliphatische Polyesterpolymer einen Polydispersitätsindexwert zeigt, der vorteilhafterweise von zwischen etwa 1 und etwa 15 liegt, mehr bevorzugt von zwischen etwa 1 und etwa 4 und geeigneterweise von zwischen etwa 1 und etwa 3. Das Zahlenmittel der relativen Molekülmasse für Polymere oder Polymermischungen kann bei Verwendung eines Verfahrens ermittelt werden, wie es hierin im Abschnitt Prüfverfahren beschrieben wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird gewünscht, daß das aliphatische Polyesterpolymer biologisch abbaubar ist. Im Ergebnis wird die thermoplastische Zusammensetzung, die das aliphatische Polyesterpolymer entweder in der Form einer Faser oder in der Form einer Vliesstoffstruktur umfaßt, im wesentlichen abbaubar sein, wenn sie in der Umwelt beseitigt und der Luft und/oder dem Wasser ausgesetzt wird. Wie es hierin verwendet wird, bedeutet "biologisch abbaubar", daß sich ein Material durch die Wirkung von natürlich vorkommenden Mikroorganismen, wie beispielsweise Bakterien, Pilzen und Algen, abbaut.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls gewünscht, daß das aliphatische Polyesterpolymer kompostierbar ist. Im Ergebnis wird die thermoplastische Zusammensetzung, die das aliphatische Polyesterpolymer entweder in der Form einer Faser oder in der Form einer Vliesstoffstruktur umfaßt, im wesentlichen kompostierbar sein, wenn sie in der Umwelt beseitigt und der Luft und/oder dem Wasser ausgesetzt wird. Wie es hierin verwendet wird, bedeutet "kompostierbar", daß ein Material einer biologischen Zersetzung an einem Kompostierort unterliegen kann, so daß das Material nicht visuell unterscheidbar ist und sich in Kohlendioxid, Wasser, anorganische Verbindungen und Biomasse mit einer Geschwindigkeit aufspaltet, die mit bekannten kompostierbaren Materialien vereinbar ist.
Die zweite Komponente in der thermoplastischen Zusammensetzung sind die Polyolefinmikrofasern.
Polyolefine sind den Fachleuten bekannt. Ein Polyolefin, das zu einem Artikel verarbeitet werden kann, wie beispielsweise einer Mikrofaser, wird für eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung für geeignet gehalten. Beispiele für Polyolefine, die für eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind die Homopolymere und Copolymere, die wiederkehrende Einheiten umfassen, die aus einem oder mehreren aliphatischen Kohlenwasserstoffen gebildet werden, die Ethylen, Propylen, Buten, Penten, Hexen, Hepten, Octen, 1,3-Butadien und 2-Methyl-1,3-butadien enthalten. Die Polyolefine können eine hohe oder niedrige Dichte aufweisen und im allgemeinen lineare oder verzweigte Kettenpolymere sein. Verfahren zur Bildung von Polyolefinen sind den Fachleuten bekannt.
Polyolefine, wie beispielsweise jene vorangehend beschriebenen, sind im allgemeinen ihrem Wesen nach hydrophob. Wie er hierin verwendet wird, betrifft der Begriff "hydrophob" ein Material, das einen Randwinkel von Wasser in Luft von mindestens 90 Grad aufweist. Im Gegensatz, wie er hierin verwendet wird, betrifft der Begriff "hydrophil" ein Material, das einen Randwinkel von Wasser in Luft von weniger als 90 Grad aufweist. Für die Zwecke dieser Anmeldung können Messungen des Randwinkels so festgelegt werden, wie in "Surface and Colloid Science - Experimental Methods", Robert J. Good und Robert J. Stromberg, Herausgeber, Band II (Plenum Press, 1979), Seite 63-70, dargelegt wird.
Es wird im allgemeinen gewünscht, daß sowohl das aliphatische Polyesterpolymer als auch das Polyolefin in der Schmelze verarbeitbar sind. Es wird daher gewünscht, daß das aliphatische Polyesterpolymer und das Polyolefin einen Schmelzindex zeigen, der vorteilhafterweise von zwischen etwa 1 Gramm pro 10 Minuten und etwa 200 Gramm pro 10 Minuten liegt, geeigneterweise von zwischen etwa 10 Gramm pro 10 Minuten und etwa 100 Gramm pro 10 Minuten, und geeigneter von zwischen etwa 20 Gramm pro 10 Minuten und etwa 40 Gramm pro 10 Minuten. Der Schmelzindex eines Materials kann entsprechend ASTM Test Method D1238-E ermittelt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird das Polyolefin in der Form einer Mikrofaser verwendet. Wie er hierin verwendet wird, bedeutet der Begriff "Mikrofaser" ein Fasermaterial mit einem Durchmesser, der kleiner ist als etwa 50 Mikrometer, vorteilhafterweise weniger als etwa 25 Mikrometer, noch mehr bevorzugt weniger als etwa 10 Mikrometer, geeigneterweise weniger als etwa 5 Mikrometer und am meisten geeignet weniger als etwa 1 Mikrometer.
Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfaßt die Polyolefinmikrofaser einen Prozentsatz der Querschnittsfläche einer Mehrkomponentenfaser, die aus der thermoplastischen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, der wirksam ist, damit die Mehrkomponentenfaser eine wünschenswerte Festigkeit der Schmelze, mechanische Faserfestigkeit und Faserspinneigenschaften zeigt. Im allgemeinen, wenn die Polyolefinmikrofaser einen Prozentsatz der Querschnittsfläche einer Mehrkomponentenfaser umfaßt, der zu hoch ist, führt das im allgemeinen zu einer Mehrkomponentenfaser, die nicht im wesentlichen biologisch abbaubar oder die schwer zu verarbeiten sein wird. Umgekehrt, wenn die Polyolefinmikrofaser einen Prozentsatz der Querschnittsfläche einer Mehrkomponentenfaser umfaßt, der zu niedrig ist, führt das im allgemeinen zu einer Mehrkomponentenfaser, die nicht wirksame Struktureigenschaften zeigen wird, oder die schwer zu verarbeiten sein kann. Daher umfaßt die Polyolefinmikrofaser wünschenswerterweise einen Prozentsatz der Querschnittsfläche einer Mehrkomponentenfaser, der vorteilhafterweise kleiner ist als etwa 20 Prozent der Querschnittsfläche der Mehrkomponentenfaser, mehr bevorzugt kleiner als etwa 15 Prozent der Querschnittsfläche der Mehrkomponentenfaser und geeigneterweise kleiner als etwa 10 Prozent der Querschnittsfläche der Mehrkomponentenfaser.
Wie er hierin verwendet wird, bedeutet der Begriff "Faser" oder "faserig" ein Material, bei dem das Verhältnis von Länge zu Durchmesser eines derartigen Materials größer ist als etwa 10. Umgekehrt, ein "Nichtfaser"- oder "nichtfaseriges" Material bedeutet ein Material, bei dem das Verhältnis von Länge zu Durchmesser eines derartigen Materials etwa 10 oder kleiner ist.
Es wird im allgemeinen gewünscht, daß das Polyolefin in der Form einer Mikrofaser vorliegt, damit das Polyolefin wirksam als ein struktureller Träger innerhalb der thermoplastischen Zusammensetzung funktionieren kann, um so eine wesentliche thermische Dimensionsschrumpfung der thermoplastischen Zusammensetzung während der Verarbeitung zu verhindern, während im allgemeinen ein gewünschter Grad an wesentlicher biologischer Abbaubarkeit der thermoplastischen Zusammensetzung aufrechterhalten wird.
Es wird im allgemeinen gewünscht, daß die Polyolefinmikrofasern in der thermoplastischen Zusammensetzung in einem Anteil vorhanden sind, der wirksam zu der thermoplastischen Zusammensetzung führt, die die gewünschten Eigenschaften zeigt. Die Polyolefinmikrofasern werden in der thermoplastischen Zusammensetzung in einem Gewichtsanteil vorhanden sein, der vorteilhafterweise von zwischen mehr als 0 Gewichtsprozent und etwa 45 Gewichtsprozent liegt, geeigneterweise von zwischen etwa 5 Gewichtsprozent und etwa 40 Gewichtsprozent und geeigneter von zwischen etwa 10 Gewichtsprozent und etwa 30 Gewichtsprozent, worin alle Gewichtsprozente auf dem Gesamtgewichtsanteil des aliphatischen Polyesterpolymers, der Polyolefinmikrofaser und des Kompatibilisators basieren, die in der thermoplastischen Zusammensetzung vorhanden sind. Es ist im allgemeinen wichtig, da 3 das Polyolefin eine im wesentlichen diskontinuierliche Phase der thermoplastischen Zusammensetzung ist, so daß die Polyolefinmikrofasern einen strukturellen Träger für die thermoplastische Zusammensetzung oder die aus der thermoplastischen Zusammensetzung gebildeten Materialien, wie beispielsweise Fasern oder Vliesstoffe, liefern können, ohne daß die biologische Abbaubarkeit des aliphatischen Polyesters oder die wesentliche biologische Abbaubarkeit der thermoplastischen Zusammensetzung oder der aus der thermoplastischen Zusammensetzung gebildeten Materialien negativ beeinflußt wird.
Entweder separat oder wenn sie miteinander vermischt sind, sind das aliphatische Polyesterpolymer und die Polyolefinmikrofaser im allgemeinen hydrophob. Es wird jedoch im allgemeinen gewünscht, daß die thermoplastische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung und die aus der thermoplastischen Zusammensetzung hergestellten Fasern im allgemeinen hydrophil sind, so daß die Fasern in absorbierenden Wegwerfprodukten nützlich sind, die wäßrige Flüssigkeiten aufnehmen sollen, wie beispielsweise Wasser, Urin, Menstruationsflüssigkeiten oder Blut. Es wurde daher für wünschenswert befunden, eine weitere Komponente als einen oberflächenaktiven Stoff in der thermoplastischen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung zu verwenden, um die gewünschten hydrophilen Eigenschaften zu erhalten.
Es wurde außerdem für wünschenswert befunden, die Verarbeitbarkeit des aliphatischen Polyesterpolymers und der Polyolefinmikrofassern zu verbessern, da derartige Polymere chemisch nicht identisch und daher miteinander etwas inkompatibel sind, was dazu neigt, die Verarbeitung eines Gemisches derartiger Polymere negativ zu beeinflussen. Beispielsweise sind das aliphatische Polyesterpolymer und die Polyolefinmikrofasern manchmal schwierig wirksam zu mischen und als ein im wesentlichen homogenes Gemisch selbständig herzustellen. Danach wurde es im allgemeinen für wünschenswert befunden, einen Kompatibilisator zu verwenden, um die wirksame Herstellung und Verarbeitung des aliphatischen Polyesterpolymers und der Polyolefinmikrofasern zu einer einzelnen thermoplastischen Zusammensetzung zu unterstützen.
Daher ist die dritte Komponente in der thermoplastischen Zusammensetzung ein Kompatibilisator für das aliphatische Polyesterpolymer und die Polyolefinmikrofasern. Kompatibilisatoren, die für eine Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, werden im allgemeinen einen hydrophilen Abschnitt, der im allgemeinen mit dem aliphatischen Polyesterpolymer kompatibel sein wird, und einen hydrophoben Abschnitt umfassen, der im allgemeinen mit den Polyolefinmikrofasern kompatibel sein wird. Diese hydrophilen und hydrophoben Abschnitte werden im allgemeinen in separaten Blöcken vorhanden sein, so daß die gesamte Struktur des Kompatibilisators ein Doppelblock oder ungeordneter Block sein kann. Es wird im allgemeinen gewünscht, daß der Kompatibilisator anfangs als ein Weichmacher funktioniert, um die Herstellung und Verarbeitung der thermoplastischen Zusammensetzung zu verbessern. Es wird dann im allgemeinen gewünscht, daß der Kompatibilisator als ein oberflächenaktiver Stoff in einem Material dient, das aus der thermoplastischen Zusammensetzung hergestellt wird, wie beispielsweise eine Faser oder eine Vliesstoffstruktur, indem der Randwinkel des Wassers in Luft des verarbeiteten Materials modifiziert wird. Der hydrophobe Anteil des Kompatibilisators kann ein Polyolefin sein, wie beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen, ist aber nicht darauf beschränkt. Der hydrophile Anteil des Kompatibilisators kann Ethylenoxid, Ethoxylate, Glycole, Alkohole oder irgendwelche Kombinationen davon enthalten. Beispiele für geeignete Kompatibilisatoren schließen die ethoxylierten Alkohole UNITHOX®480 und UNITHOX®750 oder UNICID® Säureamidethoxylate ein, alle erhältlich von der Petrolite Corporation of Tulsa, Oklahoma.
Es wird im allgemeinen gewünscht, daß der Kompatibilisator ein Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse zeigt, das für die thermoplastische Zusammensetzung wirksam ist, um eine wünschenswerte Festigkeit der Schmelze, mechanische Faserfestigkeit und Faserspinneigenschaften zu zeigen. Im allgemeinen, wenn das Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse eines Kompatibilisators zu hoch ist, wird sich der Kompatibilisator nicht gut mit den anderen Komponenten in der thermoplastischen Zusammensetzung mischen, weil die Viskosität des Kompatibilisators so hoch sein wird, daß ihm die Fließfähigkeit fehlt, die für ein Mischen erforderlich ist. Umgekehrt, wenn das Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse des Kompatibilisators zu niedrig ist, bedeutet das, daß sich der Kompatiblisator im allgemeinen nicht gut mit den anderen Komponenten mischen wird und eine derartige niedrige Viskosität aufweist, daß das Verarbeitsprobleme hervorruft. Daher zeigen die Kompatibilisatoren, die für eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse, die vorteilhafterweise von zwischen etwa 1000 und etwa 100000 liegen, geeigneterweise von zwischen etwa 1000 und etwa 50000 und geeigneter von zwischen etwa 1000 und etwa 10000. Das Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse für ein Kompatibilisatormaterial kann bei Anwendung der Verfahren ermittelt werden, die den Fachleuten bekannt sind.
Es wird im allgemeinen gewünscht, daß der Kompatibilisator ein wirksames hydrophil-lipophiles Gleichgewichtsverhältnis (HLB-Verhältnis) zeigt. Das HLB-Verhältnis eines Materials beschreibt das relative Verhältnis des Wasseraufnahmevermögens des Materials. Das HLB-Verhältnis wird als das Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse des hydrophilen Anteils, dividiert durch das Gesamtgewichtsmittel der relativen Molekülmasse des Materials, berechnet, wobei der Wert dann mit 20 multipliziert wird. Wenn der HLB-Verhältniswert zu niedrig ist, wird das Material im allgemeinen nicht die gewünschte Verbesserung beim Wasseraufnahmevermögen bringen. Umgekehrt, wenn der HLB- Verhältniswert zu hoch ist, wird sich das Material im allgemeinen nicht in die thermoplastische Zusammensetzung wegen der chemischen Inkompatibilität und der Unterschiede hinsichtlich der Viskositäten bei den anderen Komponenten mischen. Daher zeigen Kompatibilisatoren, die bei der vorliegenden Erfindung nützlich sind, HLB-Verhältniswerte, die vorteilhafterweise von zwischen etwa 10 und etwa 40 liegen, geeigneterweise von zwischen etwa 10 und etwa 20 und geeigneter von zwischen etwa 12 und etwa 18.
Es wird im allgemeinen gewünscht, daß der Kompatibilisator in der thermoplastischen Zusammensetzung in einem Anteil vorhanden ist, der wirksam zu der thermoplastischen Zusammensetzung führt, die die gewünschten Eigenschaften zeigt. Im allgemeinen wird ein Mindestanteil des Kompatibilisators erforderlich sein, um ein wirksames Mischen und eine wirksame Verarbeitung mit den anderen Komponenten in der thermoplastischen Zusammensetzung zu bewirken. Im allgemeinen wird zuviel Kompatibilisator zu Verarbeitungsproblemen der thermoplastischen Zusammensetzung führen. Der Kompatibilisator wird in der thermoplastischen Zusammensetzung in einem Gewichtsanteil vorhanden sein, der vorteilhafterweise von zwischen etwa 7 Gewichtsprozent und etwa 25 Gewichtsprozent liegt, mehr bevorzugt von zwischen etwa 10 Gewichtsprozent und etwa 25 Gewichtsprozent, geeigneterweise von zwischen etwa 12 Gewichtsprozent und etwa 20 Gewichtsprozent und geeigneter von zwischen etwa 13 Gewichtsprozent und etwa 18 Gewichtsprozent, worin alle Gewichtsprozente auf dem Gesamtgewichtsanteil des aliphatischen Polyesterpolymers, der Polyolefinmikrofaser und des Kompatibilisators basieren, die in der thermoplastischen Zusammensetzung vorhanden sind.
Während die hauptsächlichen Komponeten der thermoplastischen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung im vorangegangenen Text beschrieben wurden, ist eine derartige thermoplastische Zusammensetzung nicht darauf beschränkt und kann andere Komponenten enthalten, die die gewünschten Eigenschaften der thermoplastischen Zusammensetzung nicht nachteilig beeinflussen. Beispiele für Materialien, die als zusätzliche Komponenten verwendet werden könnten, würden ohne Einschränkung Pigmente, Antioxidationsmittel, Stabilisationsmittel, oberflächenaktive Stoffe, Wachse, Fließbeschleuniger, Lösungsmittel für feste Stoffe, Weichmacher, Keimbildner, Teilchen und Materialien enthalten, die zugesetzt werden, um die Verarbeitbarkeit der thermoplastischen Zusammensetzung zu verbessern. Wenn derartige zusätzliche Komponenten in eine thermoplastische Zusammensetzung eingeschlossen werden, wird es im allgemeinen gewünscht, daß derartige zusätzliche Komponenten in einem Anteil verwendet werden, der vorteilhafterweise weniger als etwa 5 Gewichtsprozent beträgt, mehr bevorzugt weniger als etwa 3 Gewichtsprozent und geeigneter weniger als etwa 1 Gewichtsprozent, worin alle Gewichtsprozente auf dem Gesamtgewichtsanteil des aliphatischen Polyesterpolymers, der Polyolefinmikrofaser und des Kompatibilisators basieren, die in der thermoplastischen Zusammensetzung vorhanden sind.
Die thermoplastische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist im allgemeinen einfach ein Gemisch des aliphatischen Polyesterpolymers, der Polyolefinmikrofasern, des Kompatibilisators und, wahlfrei, irgendwelcher zusätzlicher Komponenten. Um die gewünschten Eigenschaften für die thermoplastische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung zu erhalten, ist es wünschenswert, daß das aliphatische Polyesterpolymer, die Polyolefinmikrofasern und der Kompatibilisator im wesentlichen nicht zur Raktion miteinander gebracht werden. Als solche verbleibt ein jedes von dem aliphatischen Polyesterpolymer, den Polyolefinmikrofasern und dem Kompatibilisator als einzelne Komponenten der thermoplastischen Zusammensetzung. Außerdem wird es gewünscht, daß das aliphatische Polyesterpolymer eine im wesentlichen kontinuierliche Phase bildet, und daß die Polyolefinmikrofasern eine im wesentlichen diskontinuierliche Phase bilden, worin die kontinuierliche Phase des aliphatischen Polyesterpolymers im wesentlichen die Polyolefinmikrofasern innerhalb ihrer Struktur einschließt. Wie sie hierin verwendet werden, sollen der Begriff "einschließen" und die damit in Beziehung stehenden Begriffe bedeuten, daß die kontinuierliche Phase des aliphatischen Polyesterpolymers im wesentlichen die Polyolefinmikrofasern umschließt oder umgibt.
Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nach dem Trockenmischen des aliphatischen Polyesterpolymers, der Polyolefinmikrofasern und des Kompatibilisators miteinander, um ein Trockengemisch der thermoplastischen Zusammensetzung zu bilden, ein derartiges Trockengemisch der thermoplastischen Zusammensetzung vorteilhafterweise bewegt, umgerührt oder anderweitig gemischt, um wirksam das aliphatische Polyesterpolymer, die Polyolefinmikrofasern und den Kompatibilisator gleichmäßig so zu mischen, daß ein im wesentlichen homogenes Trockengemisch gebildet wird. Das Trockengemisch kann danach in der Schmelze, beispielsweise in einem Extruder, gemischt werden, um wirksam das aliphatische Polyesterpolymer, die Polyolefinmikrofasern und den Kompatibilisator gleichmäßig so zu mischen, daß ein im wesentlichen homogenes geschmolzenes Gemisch gebildet wird. Das im wesentlichen homogene geschmolzene Gemisch kann danach abgekühlt und pelletiert werden. Alternativ kann das im wesentlichen homogene geschmolzene Gemisch direkt einer Spinnbaugruppe oder einer anderen Anlage zur Bildung von Fasern oder einer Vliesstoffstruktur zugeführt werden.
Alternative Verfahren des Mischens der Komponenten der vorliegenden Erfindung miteinander schließen zuerst das Mischen des aliphatischen Polyesterpolymers und der Polyolefinmikrofasern und danach das Hinzufügen des Kompatibilisators zu einem derartigen Gemisch, beispielsweise in einem Extruder, ein, der eingesetzt wird, um die Komponenten miteinander zu mischen. Außerdem ist es ebenfalls möglich, alle Komponenten miteinander gleichzeitig anfangs in der Schmelze zu mischen. Weitere Verfahren des Mischens der Komponenten der vorliegenden Erfindung miteinander sind ebenfalls möglich und werden von einem Fachmann leicht erkannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Mehrkomponentenfaser, die aus der thermoplastischen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Nur für Veranschaulichungszwecke wird die vorliegende Erfindung im allgemeinen in Form einer Mehrkomponentenfaser beschrieben, die nur drei Komponenten umfaßt. Es sollte jedoch verstanden werden, daß beabsichtigt ist, daß der Bereich der vorliegenden Erfindung Fasern mit drei oder mehr Komponenten einschließt. Bei einer Ausführung kann die thermoplastische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um den Mantel einer Mehrkomponentenfaser zu bilden, während ein Polyolefin, wie beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen, für die Bildung des Kernes verwendet wird. Geeignete strukturelle Geometrien für Mehrkomponentenfasern schließen eine Kuchenform oder nebeneinanderliegende Konfigurationen ein.
In Anbetracht dessen, daß das aliphatische Polyesterpolymer eine im wesentlichen kontinuierliche Phase bildet, wird das aliphatische Polyesterpolymer im allgemeinen eine freigelegte Fläche auf mindestens einem Teil der Mehrkomponentenfaser bereitstellen, die im allgemeinen eine Wärmebindung der Mehrkomponentenfaser an andere Fasern gestatten wird, die die gleichen oder eine von der Mehrkomponentenfaser der vorliegenden Erfindung abweichende sein kann. Im Ergebnis kann die Mehrkomponentenfaser dann verwendet werden, um thermisch verbundene Faservliesstoffstrukturen zu bilden, wie beispielsweise ein Faservlies. Die Polyolefinmikrofasern in der Mehrkomponentenfaser liefern im allgemeinen die Festigkeit oder Steifigkeit für die Mehrkomponentenfaser und daher für jede Vliesstoffstruktur, die die Mehrkomponentenfaser umfaßt. Um eine derartige Festigkeit oder Steifigkeit bei der Mehrkomponentenfaser zu bewirken, wird es im allgemeinen gewünscht, daß die Polyolefinmikrofasern längs der Länge der Mehrkomponentenfaser im wesentlichen endlos sind.
Typische Bedingungen für die thermische Verarbeitung der verschiedenen Komponenten schließen die Anwendung einer Schergeschwindigkeit ein, die vorteilhafterweise zwischen etwa 100 Sekunden&supmin;¹ und etwa 10000 Sekunden&supmin;¹ liegt, mehr bevorzugt von zwischen etwa 500 Sekunden&supmin;¹ und etwa 5000 Sekunden&supmin;¹, geeigneterweise von zwischen etwa 1000 Sekunden&supmin;¹ und etwa 2000 Sekunden&supmin;¹ und am meisten geeignet bei etwa 1000 Sekunden&supmin;¹. Typische Bedingungen für die thermische Verarbeitung der Komponenten schließen ebenfalls die Anwendung einer Temperatur ein, die vorteilhafterweise von zwischen etwa 100ºC und etwa 500ºC liegt, mehr bevorzugt von zwischen etwa 150ºC und etwa 300ºC und geeigneterweise von zwischen etwa 175ºC und etwa 250ºC.
Verfahren zur Herstellung von Mehrkomponentenfasern sind gut bekannt und müssen hierin nicht im Detail beschrieben werden. Das Schmelzspinnen von Polymeren schließt die Herstellung der Strukturen des Endlosfilamentes, wie beispielsweise spinngebunden oder schmelzgeblasen, und des Nichtendlosfilamentes ein, wie beispielsweise Stapelfasern und kurzgeschnittene Fasern. Um eine spinngebundene oder schmelzgeblasene Faser zu bilden, wird im allgemeinen eine thermoplastische Zusammensetzung extrudiert und einem Verteilungssystem zugeführt, wo die thermoplastische Zusammensetzung in eine Spinndüsenplatte eingeführt wird. Die ersponnene Faser wird danach abgekühlt, verfestigt und mittels eines aerodynamischen Systems gestreckt, damit ein konventioneller Vliesstoff gebildet wird. Indessen, um kurzgeschnittene oder Stapelfasern herzustellen, anstelle daß sie direkt zu einer Vliesstoffstruktur geformt wird, wird die ersponnene Faser abgekühlt, verfestigt und im allgemeinen mittels eines mechanischen Walzensystems bis zu einem Zwischenfilamentdurchmesser gestreckt und aufgenommen. Anschließend kann die Faser bei einer Temperatur unterhalb ihrer Erweichungstemperatur bis zum gewünschten fertigen Faserdurchmesser "kalt gestreckt" und gekräuselt oder texturiert und auf eine gewünschte Faserlänge geschnitten werden.
Der Vorgang des Abkühlens einer extrudierten thermoplastischen Zusammensetzung auf Umgebungstemperatur wird im allgemeinen bewirkt, indem Luft mit Umgebungstemperatur oder einer Temperatur unter der Umgebungstemperatur über die extrudierte thermoplastische Zusammensetzung geblasen wird. Darauf kann man sich als Abschrecken oder Unterkühlen beziehen, weil die Veränderung der Temperatur im allgemeinen größer ist als 100ºC und sehr oft größer als 150ºC über einen relativ kurzen Zeitrahmen, wie beispielsweise in Sekunden.
Mehrkomponentenfasern können auf relativ kurze Längen geschnitten werden, wie beispielsweise zu Stapelfasern, die im allgemeinen Längen im Bereich von etwa 25 bis etwa 50 Millimeter aufweisen und zu kurzgeschnittenen Fasern, die noch kürzer sind und im allgemeinen Längen von weniger als etwa 18 Millimeter aufweisen. Siehe beispielsweise U.S. Patent 4789592 an Taniguchi et al. und U.S. Patent 5336552 an Strack et al.
Es wird gewünscht, daß die resultierenden Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung beim Wasseraufnahmevermögen zeigen, was durch eine Abnahme des Randwinkels von Wasser in Luft bewiesen wird. Der Randwinkel von Wasser in Luft einer Faserprobe kann als entweder ein vorwärtsschreitender oder ein Rückzugsrandwinkelwert wegen der Art des Prüfverfahrens gemessen werden. Der vorwärtsschreitende Randwinkel mißt im allgemeinen die anfängliche Reaktion eines Materials betreffs einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser. Der Rückzugsrandwinkel liefert im allgemeinen ein Maß dafür, wie ein Material über die Dauer einer ersten Aufnahme oder Einwirkung von Flüssigkeit ebenso wie über die folgenden Aufnahmevorgänge funktionieren wird. Ein niedrigerer Rückzugsrandwinkel bedeutet, daß das Material während der Einwirkung der Flüssigkeit hydrophiler werden wird und dann im allgemeinen in der Lage sein wird, Flüssigkeiten konsistenter zu transportieren. Die Rückzugsrandwinkeldaten werden verwendet, um die stark hydrophile Beschaffenheit einer Mehrkomponentenfaser der vorliegenden Erfindung zu bewirken, obgleich man bevorzugt, daß eine Abnahme des vorwärtsschreitenden Randwinkels der Mehrkomponentenfaser ebenfalls erfolgt.
Daher wünscht man bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, da 3 die thermoplastische Zusammensetzung oder eine Mehrkomponentenfaser einen Rückzugsrandwinkelwert zeigt, der vorteilhafterweise kleiner ist als etwa 55 Grad, mehr bevorzugt kleiner als etwa 40 Grad, geeigneterweise kleiner als etwa 25 Grad, geeigneter kleiner als etwa 20 Grad und am geeignetsten kleiner als etwa 10 Grad, worin der Rückzugsrandwinkel mittels des Verfahrens ermittelt wird, das hierin im Abschnitt Prüfverfahren beschrieben wird.
Typische Materialien auf der Basis von aliphatischem Polyester unterliegen oftmals einer Wärmeschrumpfung während der nachfolgenden thermischen Behandlung. Die Wärmeschrumpfung tritt hauptsächlich infolge der thermisch ausgelösten Kettenreaktion der Polymersegmente in der amorphen Phase und unvollständigen kristallinen Phase auf. Um dieses Problem zu überwinden, ist es im allgemeinen wünschenswert, die Kristallisation des Materials vor der Bindungsstufe zu maximieren, so daß die Wärmeenergie direkt zum Schmelzen gelangt, eher als daß sie eine Kettenrelaxation und Neuordnung der unvollständigen kristallinen Struktur gestattet. Die typische Lösung für dieses Problem ist, daß das Material einer Thermofixierung unterworfen wird. Wenn die hergestellten Materialien, wie beispielsweise Fasern, als solche einer Thermofixierung beim Erreichen einer Bindungswalze unterworfen werden, werden die Fasern im wesentlichen nicht schrumpfen, weil derartige Fasern bereits vollständig oder in starkem Maß ausgerichtet sind. Die vorliegende Erfindung mindert die Forderung nach dieser zusätzlichen Verarbeitungsstufe wegen der Morphologie der Mehrkomponentenfaser der vorliegenden Erfindung. Wie es an früherer Stelle diskutiert wird, liefern die Polyolefinmikrofasern im allgemeinen eine verstärkende Struktur, die die erwartete Wärmeschrumpfung des aliphatischen Polyesters minimiert.
Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird gewünscht, daß die thermoplastische Zusammensetzung oder eine Mehrkomponentenfaser einen Wert der Schrumpfung, wie er durch einen Wärmeschrumpfwert quantifiziert wird, bei einer Temperatur von etwa 100ºC zeigt, der vorteilhafterweise kleiner ist als etwa 10 Prozent, mehr bevorzugt kleiner als etwa 5 Prozent, geeigneterweise kleiner als etwa 2 Prozent und geeigneter kleiner als etwa 1 Prozent, worin der Wert der Schrumpfung auf der Differenz zwischen der Anfangs- und der Endlänge einer Faser, dividiert durch die Anfangslänge, multipliziert mit 100 basiert. Das Verfahren, nach dem der Wert der Schrumpfung, den eine Faser zeigt, ermittelt werden kann, ist im Abschnitt Prüfverfahren hierin enthalten.
Die Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung sind geeignet für eine Verwendung in Wegwerfprodukten, die absorbierende Wegwerfprodukte enthalten, wie beispielsweise Windeln, Inkontinenzprodukte für Erwachsene und Bettkissen; in katamenialen Produkten, wie beispielsweise Damenbinden und Tampons; und in anderen absorbierenden Produkten, wie beispielsweise Wischtüchern, Lätzchen, Wundverbandsstoffen und chirurgischen Kappen oder Tüchern. Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung in einem weiteren Aspekt ein absorbierendes Wegwerfprodukt, das die Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung umfaßt.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die Mehrkomponentenfasern zu einer Fasergrundmasse für eine Einverleibung in ein absorbierendes Wegwerfprodukt geformt. Eine Fasergrundmasse kann beispielsweise die Form eines Faservliesstoffes annehmen. Faservliesstoffe können vollständig aus den Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, oder sie können mit anderen Fasern gemischt werden. Die Länge der verwendeten Fasern kann von der beabsichtigten speziellen Endverwendung abhängig sein. Wo die Fasern in Wasser abgebaut werden sollen, wie beispielsweise in einer Toilette, ist es vorteilhaft, wenn die Längen bei oder unterhalb etwa 15 Millimeter gehalten werden.
Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein absorbierendes Wegwerfprodukt bereitgestellt, wobei das absorbierende Wegwerfprodukt eine flüssigkeitsdurchlässige obere Schicht, eine an der flüssigkeitsdurchlässigen oberen Schicht angebrachte Rückschicht und eine zwischen der flüssigkeitsdurchlässigen oberen Schicht und der Rückschicht angeordnete absorbierende Struktur umfaßt, wobei die Rückschicht Mehrkomponentenfasern der vorliegenden Erfindung umfaßt.
Beispiele für absorbierende Wegwerfprodukte werden im allgemeinen im US-A-4710187; US-A-4762521; US-A-4770656; und US-A-4798603 beschrieben.
Absorbierende Produkte und Strukturen entsprechend allen Aspekten der vorliegenden Erfindung werden im allgemeinen während der Benutzung einer mehrfachen Aufnahme von Körperflüssigkeit ausgesetzt. Dementsprechend sind die absorbierenden Produkte und Strukturen wünschenswerterweise in der Lage, mehrfach aufgenommene Körperflüssigkeiten in Mengen zu absorbieren, denen die absorbierenden Produkte und Strukturen während der Benutzung ausgesetzt sein werden. Die Aufnahmevorgänge sind im allgemeinen voneinander durch eine Zeitdauer getrennt.

Prüfverfahren

Schmelztemperatur

Die Schmelztemperatur eines Materials wurde bei Anwendung der Differentialabtastkalorimetrie ermittelt. Ein Differentialabtastkalorimeter unter der Bezeichnung Thermal Analyst 2910 Differential Scanning Calorimeter, das mit einem Kühlzusatzgerät mit flüssigem Stickstoff ausgestattet war und in Verbindung mit dem Thermal Analyst 2200 Analyse-Software-Programm (Version 8.10) eingesetzt wurde, beide erhältlich von T. A. Instruments Inc. of New Castle, Delaware, wurde für die Bestimmung der Schmelztemperaturen eingesetzt.
Die geprüften Materialproben lagen entweder in der Form von Fasern oder Harzkügelchen vor. Es wird bevorzugt, daß die Materialproben nicht direkt gehandhabt werden, sondern, daß eher Pinzetten und andere Werkzeuge benutzt werden, um so nicht irgendetwas hineinzubringen, das fehlerhafte Ergebnisse bringen würde. Die Materialproben wurden im Fall der Fasern geschnitten oder im Fall der Harzkügelchen in einer Aluminiumschale angeordnet und auf eine Genauigkeit von 0,01 mg auf einer analytischen Waage gewogen. Wenn erforderlich, wurde ein Deckel über der Materialprobe auf der Schale angepreßt.
Das Differentialabtastkalorimeter wurde bei Verwendung eines Indiummetallstandards geeicht, und es wurde eine Grundlinienkorrektur durchgeführt, wie es im Handbuch für das Differentialabtastkalorimeter beschrieben wird. Eine Materialprobe wurde in der Versuchskammer des Differentialabtastkalorimeters fit die Prüfung angeordnet, und eine leere Schale wird als Bezug verwendet. Die gesamte Prüfung wurde mit einem Spülen in der Versuchskammer mit 55 Kubikzentimeter/Minute Stickstoff (industrielle Qualität) durchgeführt. Das Heiz- und Kühlprogramm ist ein 2-Zyklus-Versuch, der mit dem Gleichgewicht der Kammer bei -75ºC beginnt, gefolgt von einem Heizzyklus von 20ºC/Minute auf 220ºC, gefolgt von einem Kühlzyklus mit 20ºC/Minute auf -75ºC und danach einem weiteren Heizzyklus von 20ºC/Minute auf 220ºC.
Die Ergebnisse wurden bei Anwendung des Analyse-Software-Programmes bewertet, wobei die Glasumwandlungstemperatur (Tg) der Wendung, die endothermen und exothermen Maxima identifiziert und quantifiziert wurden. Die Glasumwandlungstemperatur wurde als der Bereich auf der Linie identifiziert, wo eine deutliche Veränderung des Anstiegs auftrat, und danach wurde die Schmelztemperatur bei Anwendung einer automatischen Wendungsberechnung ermittelt.

Scheinbare Viskosität

Ein Kapillarrheometer mit der Bezeichnung Göttfert Rheograph 2003 Kapillarrheometer, das in Verbindung mit der WinRHEO-Analyse-Software (Version 2.31), beide erhältlich von der Göttfert Company of Rock Hill, South Carolina, wurde eingesetzt, um die rheologischen Eigenschaften der scheinbaren Viskosität der Materialproben zu bewerten. Der Aufbau des Kapillarrheometers schließt einen 2000 Bar Druckwandler und eine Kapillardüse mit rundem Loch mit 30 mm Länge/30 mm aktive Länge/1 mm Durchmesser/0 mm Höhe/180º Einlaufwinkel ein.
Wenn die zu prüfende Materialprobe eine Wasserempfindlichkeit zeigt oder bekannt ist, daß sie diese aufweist, wird die Materialprobe in einem Vakuumofen oberhalb ihrer Glasumwandlungstemperatur, d. h., über 55 oder 60ºC für Poly(milchsäure)materialien, unter einem Vakuum von mindestens 15 Zoll Quecksilber mit einer Stickstoffgasspülung mit mindestens 30 Standard-Kubikfuß pro Stunde über mindestens 16 Sunden getrocknet.
Sobald das Gerät warm geworden und der Druckwandler geeicht ist, wird die Materialprobe schrittweise in die Säule eingefüllt, wobei jedesmal Harz in die Säule mit einem Kolbenstab gefüllt wird, um eine konsistente Schmelze während des Prüfens zu sichern. Nach dem Einfüllen der Materialprobe geht jedem Versuch eine Schmelzzeit von 2 Minuten voraus, damit die Materialprobe bei der Versuchstemperatur vollständig schmelzen kann. Das Kapillarrheometer nimmt Datenpunkte automatisch auf und ermittelt die scheinbare Viskosität (in Pascal·Sekunde) mit 7 scheinbaren Schergeschwindigkeiten (in Sekunden&supmin;¹): 50, 100, 200, 500, 1000, 2000 und 5000. Wenn die resultierende Kurve untersucht wird, ist es wichtig, daß die Kurve relativ gleichmäßig ist. Wenn bedeutende Abweichungen von einer allgemeinen Kurve von einem Punkt zu einem anderen, möglicherweise infolge von Luft in der Säule, auftreten, muß der Versuchsablauf wiederholt werden, um die Ergebnisse zu bestätigen.
Die resultierende Rheologiekurve der scheinbaren Schergeschwindigkeit über der scheinbaren Viskosität liefert einen Hinweis darauf, wie sich die Materialprobe bei jener Temperatur in einem Extrudiervorgang verhalten wird. Die Werte der scheinbaren Viskosität bei einer Schergeschwindigkeit von mindestens 1000 Sekunden&supmin;¹ sind von besonderem Interesse, weil diese die typischen Bedingungen sind, die bei großtechnischen Extrudern für das Erspinnen von Fasern vorgefunden werden.

Relative Molekülmasse

Ein Verfahren der Gaspermeationschromatografie (GPC) wird angewandt, um die Verteilung der relativen Molekülmasse der Proben zu ermitteln, wie beispielsweise von Poly(milchsäure), deren Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse (Mw) von zwischen etwa 800 und etwa 400000 liegt.
Die Gaspermeationschromatografie wird mit zwei analytischen Säulen PLgel Mixid K linear 5 Mikrometer, 7,5 · 300 Millimeter, in Reihe eingerichtet. Die Temperaturen der Säule und des Detektors betragen 30ºC. Die bewegliche Phase ist ein Tetrahydrofuran (THF) der Güteklasse für die Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (HPLC). Die Pumpgeschwindigkeit beträgt 0,8 Milliliter pro Minute mit einem Einspritzvolumen von 25 Mikoliter. Die gesamte Laufzeit beträgt 30 Minuten. Es ist wichtig zu bemerken, daß etwa aller 4 Monate neue analytische Säulen, etwa jeden Monat eine neue Schutzsäule und etwa jeden Monat ein neuer In-Line-Filter installiert werden müssen.
Standardsubstanzen von Polystyrolpolymeren, die von der Aldrich Chemical Co. erhalten werden, sollten in ein Lösungsmittel von Dichlormethan (DCM) : THF (10 : 90), beide mit HPLC-Güteklasse, gemischt werden, um Konzentrationen von 1 mg/ml zu erhalten. Mehrere Polystyrolstandardsubstanzen können in einer Standardlösung kombiniert werden, vorausgesetzt, daß sich ihre Maximalwerte nicht überlappen, wenn chromatografiert wird. Ein Bereich von Standardsubstanzen mit einer relativen Molekülmasse von etwa 687 bis 400000 sollte hergestellt werden. Beispiele für Standardgemische mit Polystyrolen von Aldrich mit variierenden Gewichtsmitteln der relativen Molekülmasse schließen ein: Standardsubstanz 1 (401340; 32660; 2727), Standardsubstanz 2 (45730; 4075), Standardsubstanz 3 (95800; 12860) und Standardsubstanz 4 (184200; 24150; 687).
Als nächstes ist die Kontrollstandardsubstanz für das Ausgangsmaterial herzustellen. 10 g einer Poly(milchsäure)-Standardsubstanz mit einer relativen Molekülmasse von 200000, Katalog # 19245, erhalten von der Polysciences Inc., sind in 100 ml DCM von HPLC-Güteklasse in einem Glasgefäß mit einem verkleideten Deckel bei Verwendung eines Orbitalschüttelapparates (mindestens 30 Minuten) aufzulösen. Das Gemisch ist auf eine saubere, trockene Glasplatte zu gießen, und zuerst darf das Lösungsmittel verdampfen, danach ist es in einem auf 35ºC vorgewärmten Vakuumofen anzuordnen und etwa 14 Stunden lang unter einem Vakuum von 25 mm Quecksilber zu trocknen. Als nächstes ist die Poly(milchsäure) aus dem Ofen herauszunehmen, und der Film ist in schmale Streifen zu schneiden. Die Proben sind sofort bei Verwendung einer Mahlanlage (mit einem 10-er Maschensieb) zu mahlen, wobei darauf zu achten ist, daß nicht zuviel von der Probe zugesetzt und veranlaßt wird, daß die Mahlanlage einfriert. Einige Gramm der gemahlenen Probe sind in einem trockenen Glasgefäß in einem Exsikkator aufzubewahren, während der Rest der Probe in einem Gefrierapparat in einem gleichen Gefäßtyp aufbewahrt werden kann.
Es ist wichtig, daß eine neue Kontrollstandardsubstanz vor Beginn einer jeden neuen Folge hergestellt wird, und, weil die relative Molekülmasse in starkem Maß durch die Probenkonzentration beeinflußt wird, muß man bei ihrem Abwiegen und der Herstellung sehr sorgfältig sein. Um die Kontrollstandardsubstanz herzustellen, sind 0,0800 g ± 0,0025 g der Poly(milchsäure)-Bezugsstandardsubstanz mit einem Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse von 200000 in einer sauberen, trockenen Szintillationsphiole abzuwiegen. Danach sind bei Benutzung einer Meßpipette oder zugeordneten Repipet 2 ml DCM der Phiole zuzusetzen, und die Kappe ist fest darauf zu schrauben. Die Probe darf sich vollständig auflösen. Die Probe ist in einem Orbitalschüttelapparat umzuschwenken, wie beispielsweise einem Thermolyne Roto Mix (Typ 51300) oder einem ähnlichen Mischapparat, wenn erforderlich. Um zu bewerten, ob sie aufgelöst ist, ist die Phiole nach oben zum Licht unter einem Winkel von 45º zu halten. Sie ist langsam zu drehen, und die Flüssigkeit ist zu beobachten, während sie im Glas nach unten fließt. Wenn der Boden der Phiole nicht gleichmäßig erscheint, ist die Probe nicht vollständig aufgelöst. Es kann mehrere Stunden dauern, bis die Probe aufgelöst ist. Sobald sie aufgelöst ist, sind 18 ml THF bei Verwendung einer Meßpipette oder einer zugeordneten Repipet hinzuzugeben, die Phiole ist fest zu verschließen, und es ist zu mischen.
Die Herstellung der Proben beginnt mit dem Abwiegen von 0,0800 g ± 0,0025 g der Probe in eine saubere, trockene Szintillationsphiole (wobei man ebenfalls bei ihrem Abwiegen und der Herstellung sehr sorgfältig sein sollte). Es sind 2 ml DCM der Phiole mit einer Meßpipette oder zugeordneten Repipet zuzusetzen, und die Kappe ist fest darauf zu schrauben. Die Probe darf sich bei Anwendung der gleichen Verfahrensweise vollständig auflösen, wie es vorangehend beim Präparat der Kontrollstandardsubstanz beschrieben wurde. Danach sind 18 ml THF bei Verwendung einer Meßpipette oder zugeordneten Repipet hinzuzugeben, die Phiole ist fest zu verschließen, und es ist zu mischen.
Die Bewertung ist zu beginnen, indem eine Versuchseinspritzung eines Präparates der Standardsubstanz erfolgt, um das Gleichgewicht des Systems zu prüfen. Sobald das Gleichgewicht bestätigt ist, sind die Präparate der Standardsubstanz einzuspritzen. Danach ist zuerst das Präparat der Kontrollstandardsubstanz einzuspritzen und danach die Probenpräparate. Das Präparat der Kontrollstandardsubstanz ist aller 7 Probeneinspritzungen und am Ende der Prüfung einzuspritzen. Es ist zu sichern, daß nicht mehr als zwei Einspritzungen aus einer Phiole vorgenommen werden, und jene zwei Einspritzungen müssen innerhalb von 4,5 Stunden voneinander durchgeführt werden.
Es gibt 4 Qualitätskontrollparameter, um die Ergebnisse einzuschätzen. Zuerst darf der Korrelationskoeffizient der Regression der vierten Ordnung, der für jede Standardsubstanz berechnet wird, nicht kleiner sein als 0,950 und nicht größer als 1,050. Zweitens darf die relative Standardabweichung aller Gewichtsmittel der relativen Molekülmassen der Präparate der Kontrollstandardsubstanz nicht größer sein als 5,0 Prozent. Drittens muß der Mittelwert der Gewichtsmittel der relativen Molekülmassen der Einspritzungen der Präparate der Kontrollstandardsubstanzen innerhalb von 10 Prozent des Gewichtsmittels der relativen Molekülmasse bei der ersten Einspritzung des Präparates der Kontrollstandardsubstanz liegen. Schließlich ist die Reaktion des Lactides bei der Standardeinspritzung von 200 Mikrogramm pro Milliliter (ug/ml) in einer grafischen SQC-Datendarstellung festzuhalten. Bei Verwendung der Kontrollinien der grafischen Darstellung muß die Reaktion innerhalb der definierten SQC-Parameter zu finden sein.
Die Molekularstatistik ist auf der Basis der Eichkurve zu berechnen, die aus den Präparaten der Polystyrol- Standardsubstanzen und den Konstanten für Poly(milchsäure) und Polystyrol in THF bei 30ºC hervorgebracht wurde. Jene sind: Polystyrol (K = 14,1*10&sup5;, Alpha = 0,700) und Poly(milchsäure) (K = 54,9*10&sup5;, Alpha = 0,639).

Wärmeschrumpfung der Fasern

Die erforderliche Anlage für die Bestimmung der Wärmeschrumpfung schließt ein: einen Konvektionsofen (Thelco Modell 160DM Laborofen, erhältlich von der Precision and Scientific Inc. of Chicago, Illinois); 0,5 g (+/- 0,06 g) Platinengewichte, ¹/&sub2; Zoll Bindeklemmen, Abdeckband, Koordinatenpapier mit Quadraten von mindestens ¹/&sub4; Zoll, Schaumstoffposterplatte (11 mal 14 Zoll) oder ein gleichwertiges Trägermaterial, um das Koordinatenpapier und die Proben daran zu befestigen. Der Konvektionsofen sollte in der Lage sein, eine Temperatur von etwa 100ºC zu erreichen.
Faserproben werden aus der Schmelze bei ihren entsprechenden Spinnbedingungen ersponnen. Im allgemeinen wird ein Bündel mit 30 Filamenten bevorzugt und mechanisch gestreckt, um Fasern mit einem Düsenstreckverhältnis von vorteilhafterweise 224 oder höher zu erhalten. Nur Fasern mit dem gleichen Düsenstreckverhältnis können miteinander hinsichtlich ihrer Wärmeschrumpfung verglichen werden. Das Düsenstreckverhältnis einer Faser ist das Verhältnis der Drehzahl der Abzugswalze, dividiert durch die lineare Extrudiergeschwindigkeit (Abstand/Zeit) des geschmolzenen Polymers, das aus der Spinndüse austritt. Die ersponnene Faser wird im allgemeinen auf einer Spule aufgenommen, wobei eine Spulmaschine eingesetzt wird. Das aufgenommene Faserbündel wird in 30 Filamente getrennt, wenn ein Bündel mit 30 Filamenten nicht bereits erhalten wurde, und es wurde auf Längen von 9 Zoll geschnitten.
Das Koordinatenpapier wird auf die Posterplatte mit einem Band geheftet, wo ein Rand des Kioordinatenpapiers mit dem Rand der Posterplatte abgestimmt wird. Ein Ende des Faserbündels wird mit einem Band geheftet, nicht mehr als das Ende 1 Zoll. Das mit einem Band geheftete Ende wird auf die Posterplatte an dem Rand geklemmt, wo das Koordinatenpapier so angepaßt ist, daß der Rand der Klemme über einer des horizontalen Linien auf dem Koordinatenpapier aufliegt, während das Faserbündel an Ort und Stelle gehalten wird (das mit einem Band geheftete Ende darf kaum sichtbar sein, wenn es unter der Klemme gesichert wird). Das andere Ende des Bündels wird straff gezogen und parallel zu den vertikalen Linien auf dem Koordinatenpapier ausgerichtet. Als nächstes ist bei 7 Zoll nach unten von dem Punkt, wo die Klemme die Faser bindet, die 0,5 g Platine um das Faserbündel herum zusammenzudrücken. Der Befestigungsvorgang ist für jedes genau übereinstimmende Stück zu wiederholen. Im allgemeinen können 3 genau übereinstimmende Stücke auf einmal befestigt werden. Es können Markierungen auf dem Koordinatenpapier vorgenommen werden, um die Anfangspositionen der Platinen zu zeigen. Die Proben werden im Ofen mit einer Temperatur von etwa 100ºC so angeordnet, daß die Proben vertikal hängen und nicht die Posterplatte berühren. In Zeitintervallen von 5, 10 und 15 Minuten ist der neue Ort der Platinen auf dem Koordinatenpapier schnell zu markieren, und die Proben sind zum Ofen zurückzuführen.
Nachdem die Prüfung abgeschlossen ist, ist die Posterplatte zu entfernen, und die Abstände zwischen dem Ausgangspunkt (wo die Klemme die Fasern hält) und den Markierungen bei 5, 10 und 15 Minuten sind mit einem Lineal zu messen, das auf 1/16 Zoll eingeteilt ist. Drei genau übereinstimmende Stücke pro Probe werden empfohlen. Die Mittelwerte, Standardabweichungen und die prozentuale Schrumpfung sind zu berechnen. Die prozentuale Schrumpfung wird als (Ausgangslänge minus gemessene Länge) dividiert durch die Ausgangslänge und multipliziert mit 100 berechnet. Wie er hierin in den Beispielen berichtet und in den Patentansprüchen verwendet wird, verkörpert der Wärmeschrumpfwert den Wert der Wärmeschrumpfung, den eine Faserprobe bei einer Temperatur von etwa 100ºC über eine Zeitdauer von etwa 15 Minuten zeigt, wenn entsprechend dem vorangegangenen Prüfverfahren ermittelt wird.

Randwinkel

Die Ausrüstung schließt einen DCA-322 Dynamic Contact Angle Analyzer und eine WinDCA-Software (Version 1.02) ein, beide erhältlich von der ATI-CAHN Instruments, Inc. of Madison, Wisconsin. Die Prüfung erfolgte an einer "A"-Schleife mit einem daran befestigten Waagebügel. Eichungen müssen monatlich beim Motor und täglich bei der Waage (100 mg Masse verwendet) vorgenommen werden, wie es im Handbuch aufgezeigt wird.
Thermoplastische Zusammensetzungen werden zu Fasern versponnen, und die freifallende Probe (Düsenstreckung von 0) wird für die Ermittlung des Randwinkels verwendet. Man muß während der gesamten Faserherstellung darauf achten, daß die Handhabung der Faser minimiert wird, damit gesichert wird, daß eine Verunreinigung auf einem Minimum gehalten wird. Die Faserprobe wird an der Drahtaufhängevorrichtung mit durchsichtigem Klebeband befestigt, so daß sich 2-3 em der Faser über das Ende der Aufhängevorrichtung hinaus erststrecken. Danach wird die Faserprobe mit einem Rasiermesser geschnitten, so daß sie sich 1,5 cm über das Ende der Aufhängevorrichtung hinaus erstreckt. Ein optisches Mikroskop wird verwendet, um den mittleren Durchmesser (3 bis 4 Messungen) längs der Faser zu ermitteln.
Die Probe an der Drahtaufängevorrichtung hängt vom Waagebügel in einer Schleife "A" herab. Die Immersionsflüssigkeit ist destilliertes Wasser, und sie wird für jeden Prüfling verändert. Die Parameter des Prüflings werden eingegeben (d. h., der Faserdurchmesser), und der Versuch wird begonnen. Der Objekttisch rückt mit 151,75 Mikrometer/Sekunde vor, bis er die Nulltiefe der Immersion nachweist, wenn die Faser die Oberfläche des destillierten Wassers berührt. Von der Nulltiefe der Immersion rückt die Faser über 1 cm in das Wasser vor, verweilt über 0 Sekunden und geht dann sofort 1 cm zurück. Die automatische Analyse des Randwinkels, die durch die Software vorgenommen wird, ermittelt den vorwärtsschreitenden und den Rückzugsrandwinkel der Faserprobe, basierend auf Standardberechnungen, die im Handbuch angegeben werden. Randwinkel von 0 oder < 0 zeigen, daß die Probe vollständig benetzbar geworden ist. Fünf genau übereinstimmende Stücke für jede Probe werden geprüft, und eine statistische Analyse für den Mittelwert, die Standardabweichung und den prozentualen Variationskoeffizienten wird berechnet. Wie er hierin in den Proben berichtet und in den Patentansprüchen verwendet wird, verkörpert der vorwärtsschreitende Randwinkelwert den vorwärtsschreitenden Randwinkel von destilliertem Wasser auf einer Faserprobe, ermittelt nach dem vorhergehenden Prüfverfahren. Gleichermaßen, wie er in den Beispielen hierin berichtet und in den Patentansprüchen verwendet wird, verkörpert der Rückzugsrandwinkelwert den Rückzugsrandwinkel von destilliertem Wasser auf einer Faserprobe, ermittelt nach dem vorhergehenden Prüfverfahren.

Beispiele

Beispiel 1

Es wurden Fasern hergestellt, indem verschiedene Anteile von Poly(milchsäure), einem Polypropylen und einem Kompatibilisator verwendet wurden. Das Poly(milchsäure)polymer (PLA) wurde von Chronopol Inc. Golden, Colorado, erhalten und zeigte ein Längen : Durchmesser-Verhältnis von 100 zu 0, eine Schmelztemperatur von etwa 175ºC, ein Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse von etwa 181000, ein Zahlenmittel der relativen Molekülmasse von etwa 115000, einen Polydispersitätsindex von etwa 1,57 und einen Restwert des Milchsäuremonomers von etwa 2,3 Gewichtsprozent. Das Polypropylenpolymer (PP) wurde von der Himont Incorporated unter der Bezeichnung PF305 Polypropylenpolymer erhalten, das ein spezifisches Gewicht von zwischen etwa 0,88 und etwa 0,92 und eine Schmelztemperatur von etwa 160ºC zeigte. Der Kompatibilisator wurde von der Petrolite Corporation of Tulsa, Oklahoma, unter der Bezeichnung ethoxylierter Alkohol UNITHOX®480 erhalten, der eine Schmelztemperatur von etwa 160ºC und ein Zahlenmittel der relativen Molekülmasse von etwa 2250 zeigte.
Um eine spezifische thermoplastische Zusammensetzung herzustellen, wurden die verschiedenen Komponenten zuerst trocken gemischt und danach in einer gegendrehenden Doppelschnecke in der Schmelze gemischt, um ein kräftiges Mischen der Komponenten zu bewirken. Das Mischen in der Schmelze schließt das teilweise oder vollständige Schmelze der Komponenten kombiniert mit der Scherwirkung der sich drehenden Mischschnecken ein. Derartige Bedingungen sind für ein optimales Mischen und eine gleichmäßige Dispersion der Komponenten der thermoplastischen Zusammensetzung bestimmend.
Doppelschnecken-Extruder, wie beispielsweise ein Haake Rheocord 90, lieferbar von der Haake GmbH in Karlsautte, Deutschland, oder ein Brabender Doppelschnecken-Mischer (Kat. Nr. 05-96-000), lieferbar von der Brabender Instruments of South Hackensack, New Jersey, oder andere vergleichbare Doppelschnecken- Extruder sind für diese Aufgabe gut geeignet. Die geschmolzene Zusammensetzung wird im Anschluß an die Extrudierung aus dem Schmelzmischer auf entweder einer flüssigkeitsgekühlten Walze oder Oberfläche und/oder durch Druckluft abgekühlt, die über das Extrudat geführt wird. Die abgekühlte Zusammensetzung wird danach anschließend für eine Umwandlung in Fasern pelletiert.
Das Umwandeln dieser Harze zu einer Faser und einem Vliesstoff wurde in einem betriebseigenen Extruder von 0,75 Zoll Durchmesser mit einer Schnecke mit einem Länge : Durchmesser-Verhältnis von 24 : 1 und drei Heizzonen durchgeführt, die in ein Transportrohr vom Extruder zur Spinnbaugruppe zuführen, die die 4. Heizzone bildet und eine statische Mischeranlage Koch® Typ SMX mit einem Durchmesser von 0,62 Zoll (etwa 1,6 cm) enthält, lieferbar von der Koch Engineering Company Inc. of New York, New York, und danach in den Spinnkopf (5. Heizzone) und durch eine Spinnplatte, die einfach eine Platte mit zahlreichen kleinen Löchern ist, durch die das geschmolzene Polymer hindurch extrudiert wird. Die hierin verwendete Spinnplatte zeigte 15 bis 30 Löcher, worin jedes Loch einen Durchmesser von etwa 500 Mikrometer aufweist. Die Temperatur einer jeden Heizzone wird aufeinanderfolgend unter der Überschrift Extrusionstemperaturen in Tabelle 2 gezeigt. Die Fasern werden mit Luft abgeschreckt, wobei Luft mit einem Temperaturbereich von 13ºC bis 22ºC verwendet wird, und sie werden mittels einer mechanischen Abzugswalze nach unten gezogen und auf entweder eine Spulmaschine für ein Aufnehmen oder zu einer Faserstreckanlage für die Ausbildung einer Spinnbindung und einer Bindung oder durch eine Zusatzanlage für das Thermofixieren oder eine andere Behandlung vor dem Aufnehmen geführt.
Die Fasern wurden hinsichtlich des Randwinkels und der Wärmeschrumpfung bewertet. Die Zusammensetzung der verschiedenen Fasern und die Ergebnisse der Bewertungen werden in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
* Kein Beispiel der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 2

Es wurden Fasern bei Verwendung von verschiedenen Anteilen eines Polybutylensuccinates, eines Polypropylens und eines Kompatibilisators hergestellt. Das Polybutylensuccinat (PBS) wurde von der Showa Highpolymer Co., Ltd., Tokio, Japan, unter der Bezeichnung Bionolle 1020 Polybutylensuccinat erhalten und zeigte eine Schmelztemperatur von etwa 95ºC, ein Gewichtsmittels der relativen Molekülmasse von zwischen etwa 40000 und etwa 1000000, ein Zahlenmittel der relativen Molekülmasse von zwischen etwa 20000 und etwa 300000 und einen Polydispersitätsindex von zwischen etwa 2 und etwa 3,3. Das Polypropylenpolymer (PP) wurde von der Himont Incorporated unter der Bezeichnung PF305 Polypropylenpolymer erhalten, das ein spezifisches Gewicht von zwischen etwa 0,88 und etwa 0,92 und eine Schmelztemperatur von etwa 160ºC zeigte. Der Kompatibilisator wurde von der Petrolite Corporation of Tulsa, Oklahoma, unter der Bezeichnung ethoxylierter Alkohol UNITHOX®480 erhalten und zeigte eine Schmelztemperatur von etwa 160ºC und ein Zahlenmittel der relativen Molekülmasse von etwa 2250.
Es wurden Fasern bei Anwendung eines Verfahrens hergestellt, das im wesentlichen dem Verfahren gleicht, das im Beispiel 1 beschrieben wird.
Die Fasern wurden hinsichtlich des Randwinkels und der Wärmeschrumpfung bewertet. Die Zusammensetzung der verschiedenen Fassern und die Ergebnisse der Bewertungen werden in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
* Kein Beispiel der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 3

Es wurden Fasern hergestellt, indem verschiedene Anteile von Poly(milchsäure), einem Polyethylen und einem Kompatibilisator verwendet wurden. Das Poly(milchsäure)polymer (PLA) wurde von Chronopol Inc. Golden, Colorado, erhalten und zeigte ein Längen : Durchmesser-Verhältnis von 100 zu 0, eine Schmelztemperatur von etwa 175ºC, ein Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse von etwa 181000, ein Zahlenmittel der relativen Molekülmasse von etwa 115000, einen Polydispersitätsindex von etwa 1,57 und einen Restwert des Milchsäuremonomers von etwa 2, 3 Gewichtsprozent. Das Polyethylenpolymer (PE) wurde von der The Dow Chemical Company, Midland, Michigan, unter der Bezeichnung ASPUN® PE6811A Polyethylenpolymer erhalten und zeigte eine Schmelztemperatur von etwa 130ºC. Der Kompatibilisator wurde von der Petrolite Corporation of Tulsa, Oklahoma, unter der Bezeichnung ethoxylierter Alkohol UNITHOX®480 erhalten, der eine Schmelztemperatur von etwa 160ºC und ein Zahlenmittel der relativen Molekülmasse von etwa 2250 zeigte. Es wurden Fasern bei Anwendung eines Verfahrens hergestellt, das im wesentlichen dem Verfahren gleicht, das im Beispiel 1 beschrieben wird.
Die Fasern wurden hinsichtlich des Randwinkels und der Wärmeschrumpfung bewertet. Die Zusammensetzung der verschiedenen Fassern und die Ergebnisse der Bewertungen werden in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
* Kein Beispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Fachleute werden erkennen, daß die vorliegende Erfindung vielfach abgewandelt und verändert werden kann, ohne daß man von deren Bereich abweicht. Dementsprechend bedeutet das, daß die vorangehende detaillierte Beschreibung und die dargelegten Beispiele nur als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung des Bereiches der Erfindung, wie er in den als Anhang beigefügten Patentansprüchen dargelegt wird, in irgendeiner Weise gedacht sind

Claims

1. Thermoplastische Zusammensetzung umfassend:

a. ein aliphatisches Polyesterpolymer mit einem Gewichtsanteil von zwischen 45 und 90 Gewichtsprozent, wobei das aliphatische Polyesterpolymer eine im Wesentlichen kontinuierliche Phase bildet;

b. Polyolefinmikrofasern mit einem Gewichtsanteil von zwischen mehr als 0 bis 45 Gewichtsprozent, wobei die Polyolefinmikrofasern einen Durchmesser von weniger als 50 Mikrometer aufweisen und wobei die Polyolefinmikrofasern eine im Wesentlichen diskontinuierliche Phase bilden, welche innerhalb der im Wesentlichen kontinuierlichen Phase des aliphatischen Polyesterpolymers eingeschlossen ist; und

c. einen Kompatibilisator, der ein hydrophil-lipophiles Gleichgewichtsverhältnis zwischen 10 und 40 aufweist, mit einem Gewichtsanteil zwischen 7 und 25 Gewichtsprozent, wobei alle Gewichtsprozent auf dem gesamten Gewichtsanteil des aliphatischen Polyesterpolymers, der Polyolefinmikrofasern und des in der thermoplastischen Zusammensetzung vorhandenen Kompatibilisators basieren.

2. Thermoplastische Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das aliphatische Polyesterpolymer ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Poly(milchsäure), Polybutylensuccinat, Polybutylensuccinat-co-adipat, Polyhydroxybutyrat-co-valerat, Polycaprolacton, sulfoniertem Polyethylenterephthalat, Gemischen aus solchen Polymeren und Copolymeren aus solchen Polymeren.

3. Thermoplastische Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das aliphatische Polyesterpolymer Poly(milchsäure) ist.

4. Thermoplastische Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polyolefin ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Homopolymeren und Copolymeren, die wiederkehrende Einheiten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylen, Propylen, Buten, Penten, Hexen, Hepten, Octen, 1,3-Butadien und 2-Methyl-1,3-butadien umfassen.

5. Thermoplastische Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polyolefin ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen und Polypropylen.

6. Thermoplastische Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Polyolefinmikrofasern einen Durchmesser von weniger als 25 Mikrometer aufweisen.

7. Thermoplastische Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Polyolefinmikrofasern ein Gewicht von zwischen 5 bis 40 Gewichtsprozent aufweisen.

8. Thermoplastische Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Kompatibilisator ein ethoxylierter Alkohol ist.

9. Thermoplastische Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die thermoplastische Zusammensetzung einen Rückzugsrandwinkelwert von weniger als 55 Grad aufweist.

10. Thermoplastische Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei das aliphatische Polyesterpolymer ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Poly(milchsäure), Polybutylensuccinat, Polybutylensuccinat-co-adipat, Polyhydroxybutyrat-co-valerat, Polycaprolacton, sulfoniertem Polyethylenterephthalat, Gemischen aus solchen Polymeren und Copolymeren aus solchen Polymeren; wobei das Polyolefin ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Homopolymeren und Copolymeren, die wiederkehrende Einheiten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylen, Propylen, Buten, Penten, Hexen, Hepten, Octen, 1,3-Butadien und 2-Methyl-1,3-butadien umfassen, und wobei die Polyolefinmikrofasern einen Gewichtsanteil von zwischen 5 bis 40 Gewichtsprozent aufweisen; wobei der Kompatibilisator ein ethoxylierter Alkohol ist; und wobei die thermoplastische Zusammensetzung einen Rückzugsrandwinkelwert von weniger als 55 Grad aufweist.

11. Thermoplastische Zusammensetzung gemäß Anspruch 10, wobei der aliphatischen Polyester Poly(milchsäure) ist und das Polyolefin ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen und Polypropylen.

12. Mehrkomponentenfaser, welche aus einer thermoplastischen Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 bereitet ist.

13. Mehrkomponentenfaser gemäß Anspruch 12, wobei die Mehrkomponentenfaser einen Wärmeschrumpfwert von weniger als 10 Prozent aufweist.

14. Absorbierendes Wegwerfprodukt umfassend eine flüssigkeitsdurchlässige obere Schicht, eine an der oberen Schicht angebrachte Rückschicht und eine zwischen der flüssigkeitsdurchlässigen oberen Schicht und der Rückschicht angeordnete absorbierende Struktur, wobei die Rückschicht eine Mehrkomponentenfaser gemäß Anspruch 12 oder Anspruch 13 umfasst.