SE514726C2 - Förfarande för framställning av hydroentanglat nonwovenmaterial med förhöjd våtstyrka samt material framställt genom förfarandet - Google Patents

Description

514 726 2 används i torkdukar för rengöring tillsammans med lösningsmedel. Bindemedels- förstärkning ger ofta en uppstyvning av materialet, vilket också kan vara en stor nackdel för vissa applikationer där ett mjukt och draperbart nonwovenmaterial krävs. Dessutom innebär bindemedelstillsats en kemisk behandling som ofta är mindre önskvärd ur miljösynpunkt.

Ett annat sätt att höja våtstyrkan i spunlacematerial är genom termobindning, som kan användas i de fall materialet innehåller termoplastiska fibrer. l dessa fall smältes de termoplastiska fibrerna i materialet efter hydroentanglingen med hjälp av hög temperatur och tryck. Nackdelen med detta forfarande är att materialet blir styvare och att de hopsmälta termoplastfibrerna lokalt kan bilda hårda partier som kan repa känsliga ytor vid t ex polering. En annan nackdel med termobindning är att fiberåtervinning försvåras när det gäller blandmaterial (t ex cellulosa/polypropen).

Det skulle även vara tänkbart att öka friktionen hos syntetfibrerna redan i samband med fibertillverkningen. Detta ställer dock till problem vid våt- eller skumforrrniing där man vill ha lägsta möjliga fiber-fiberfriktion för att hålla en så jämn dispergering som möjligt vid formningen. Även vid den efterföljande hydro- entanglingen krävs en förhållandevis låg fiber-fiberfriktion för att man skall erhålla ett gott entanglingsresultat.

Ett antal nya metoder att kemiskt-fysikaliskt påverka ytan hos olika material har utvecklats de senaste åren. Bland dessa metoder kan nämnas elektron- bestrålning, UV-teknik och plasmateknik. Fördelen med dessa metoder är att behandlingen skeri gasfas och därför kan göras på ett skonsamt sätt för materialet och utan efterföljande torkning eller efterbehandling.

Plasma är en övergripande beteckning på gaser som innehåller joner, elektroner, fria radikaler, fotoner inom UV-området, molekyler och atomer. Plasma är elektriskt neutral och genereras normalt genom elektrisk urladdning där energikällan utgörs av radio- eller mikrovågor.

Plasmabehandling kan sägas vara en vidareutveckling av koronabehandling och den huvudsakliga skillnaden är att koronabehandling utförs vid atmosfärstryck medan s k glödurladdningi kall plasma utförs vid reducerat tryck. Plasmabehand- ling kan utföras i närvaro av olika gaser beroende på vilket syfte man vill uppnå. 514 726 3 Plasmabehandling används idag t ex för att ge plastdetaljer en lackerbar yta.

Det används även fór att kemiskt modifiera ytan på fibrer i syfte att öka vätbarheten hos fibrer samt för att öka vidhäftning mellan fiber och ett fyllmedel.

I US-A-5,108,7 80 beskrivs plasmabehandling av förstärkningsfibrer vilka skall inbäddas i en termoplastisk matris. Man tror att effekten av plasmabahandlingen är att fria radikaler bildas på fiber- eller materialytan. Dessa fria radikaler kan sedan reagera med varandra, med komponenter i plasmafasen eller med molekyler i atmosfären, t ex syrgas, så snart det behandlade materialet avlägsnats från plasmareaktorn.

Koronabehandling har sedan länge använts för att morfologiskt och kemiskt modifiera ytan på polymera filmer och i synnerhet i syfte att förbättra vidhäft- ningen av tryckfårg till filmen eller fór att perforera filmen. En apparatur för koronabehandling beskrivs i t ex US-A-4,283,29l. Det är också känt genom t ex US-A-4,535,02O och EP-A-O,483,859 att behandla ytmaterial till absorptions- produkter såsom blöjor och dambindor med korona i samband med att detta även behandlats med en tensid för att öka vätskegenomsläppligheten. Genom korona- behandlingen erhålls en förbättrad bibehållen vätbarhet. I EP-A-484,930 beskrivs att torkdukar av t ex meltblownmaterial kan behandlas med korona för att ge materialet bättre bibehållna absorptionsegenskaper vid upprepade använd- mngar.

Uppfmningens ändamål och viktigaste kännetecken Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett spunlacematerial, vilket uppvisar förbättrade styrkeegenskaper speciellt i vått tillstånd genom en efterbehandling av materialet utan tillsats av bindemedel eller termobindning.

Detta har genom uppfinningen lösts genom att materialet efter hydroentanglingen utsätts fór plasma- eller koronabehandling. Plasma- eller koronabehandlingen förmodas modifiera fibrernas yta på sådant sätt att fiber-fiberfriktionen ökar, vilket skulle kunna förklara de förbättrade styrkeegenskaperna hos det behandlade materialet.

Beskrivning av uppfinningen Plasmabehandling har visat sig vara ett mycket bra sätt att påverka den parameter man vill fórändra i den beskrivna typen av nonwovenmaterial, dvs fiber-fiberfriktionen i vått tillstånd. Även ytmodifieriiig genom koronaurladdning '514 726 1/ vid atmosfärstryck har visat sig ge avsevärda höjningar av våtstyrkan hos de undersökta spunlacematerialen.

Dei materialet ingående fibrerna kan utgöras av syntetiska eller regenererade stapelfibrer, t ex polyester, polyamid, polypropen, rayon och liknande, av växtfibrer, av massafibrer eller blandningar därav. Massafibrerna kan vara av kemisk, mekanisk, termomekanisk, kemimekanisk eller kemitermomekanisk massa (CTMP). Inblandning av mekaniska, termomekaniska, kemimekaniska eller kemitermomekaniska massafibrer ger ett material med högre bulk och förbättrad absorption och mjukhet, vilket beskrivs i vår svenska patentansökan nr. 9500585-6. Styrkeegenskaperna försämras dock varför en efterbehandling för att öka materialets styrka kan vara nödvändig för vissa applikationer. Plasma- eller koronabehandling kommer här in som ett lämpligt alternativ.

Exempel på växtfibrer som kan användas är bladíibrer såsom abaca, ananas och phormium tenax; bastfibrer såsom lin, hampa och ramie och fröhårsfibrer såsom bomull, kapok och rnilkweed. Vid inblandning av sådana långa hydrofila växtfibrer i våt-eller skurnformade material kan det vara nödvänding att tillsätta ett disper- geringsmedel, t ex en blandning av 75% bis(hydrogenereradtalgalkyl)dimetyl- ammoniumklorid och 25% propylen-glykol. Detta beskrivs närmare i svenska patentansökan nr. 9403618-3.

I materialet kan även ingå en viss andel återvunna fibrer från textilavfall, nonwovenavfall och liknande. Detta beskrivs i svenska patentansökan nr. 9402804-0. Då sådant material uppvisar lägre styrkor jämfört med material baserade på enbart ny fiberråvara, kan plasma- eller koronabehandling vara ett lämpligt sätt att förbättra styrkeegenskaperna hos dessa material.

Vid framställning av torrforrnade spunlacernaterial luftläggs torra fibrer på en vira, varefter fiberbanan utsätts för hydroentangling. Vid framställning av våt- eller skurnformade material dispergeras fibrerna i vätska alternativti en uppskummad vätska innehållande en skumbildande tensid och vatten. Ett exempel på ett lämpligt sådant skumforrnniiigsförfarande finns i svenska patentansökan nr. 9402470-0. Fiberdispersioneri avvattnas på en vira och hydroentanglas med en energiinsats som lämpligen liggeri intervallet 200-800 kWh/ton. Hydroentanglingen sker med konventionell teknik och med utrustning som tillhandahålles av maskintillverkare. Framställning av torr- och våtformade spunlace material beskrivs i t ex CA 841,938. 514' 726 5 Hydroentanglingen av en våt- eller skurnformad fiberbana kan antingen ske in line, dvs i direkt anslutning till att fiberbanan avvattnats på viran, eller på ett våtformat ark som torkats och rullats upp efter formníngen. Flera sådana ark kan lamineras samman genom hydroentangling. Det är även möjligt att kombinera torrformning med våt- eller skumformning, på sådant sätt att en luftlagd bana av t ex syntetfibrer entanglas samman med ett våt- eller skumformat pappersark av massafibrer, se t ex CA 841,938 och EP-B-0,l08,621. Efter hydroentanglingen pressas och torkas materialet samt rullas upp. Det färdiga materialet konverte- ras sedan på känt sätt till lämpligt format och förpackas.

Uppfinningen är av särskilt stor betydelse för våt- och skumformade spunlace- material, där man är mer begränsad i sitt val av fiberlängd då alltför långa fibrer är svåra att dispergera i vätska eller skum. Problemet med tillräcklig våtstyrka är normalt större i ett material som innehåller korta fibrer.

Plasma- eller koronabehandlingen av materialet sker lämpligen på det torra materialet innan upprullning. Med torrt material menas här ett material som uppvisar en fukthalt på högst 10 vikts-% räknat på materialets totala vikt.

Exempel på gaser som kan användas vid plasmabehandling vid reducerat tryck är syrgas, kvävgas, argon, helium, ammoniak, koltetraíluorid, koldioxid och organiska omättade gaser. Syrgas eller kvävgas är härvid föredragna. Det material som skall behandlas matas genom en plasmaariläggriing av kommersiellt tillgängligt slag, exempelvis från Centexbel. Behandlingen sker företrädesvis kontinuerligt, dvs materialet matas kontinerligt genom en vakuumkammare, vilken innehåller elektroder, injicerings- och evakueringsanordning för den använda gasen, frammatningsanordning för materialet samt en högfrekvensgenerator.

Koronabehandlingen kan ske med utrustning av kommersiellt tillgängligt slag, t ex Ahlbrandt System ASOH 12.

Exempel Några olika material med olika fibersammansättning har framställts genom våt- eller skumfornmingsteknik med efterföljande hydroentangling. Materialen genomgick därefter plasmabehandling vid reducerat tryck (O.7 mbar) i närvaro av antingen syrgas eller kvävgas alternativt koronabehandling vid atmosfärstryck. '514 726 6 J äxnfórelse gjorts med referensmaterial som inte genomgått plasma- eller koronabehandling. Dei materialen ingående fibrerna utgjordes av en blandning av kemiska massafibrer och syntetfibrer. De kemiska massañbrerna utgjordes av blekt kemisk barrvedsmassa . De använda syntetñbrerna utgjordes av polyester 1.5 dtex x 12.7 mm respektive polypropen 1.7 dtex x 12 mm samt 1.7 dtex x 18 mm. Hydroentanglingen skedde med en energiinsats av ca. 600 kWh/ton. Efter hydroentanglingen och fore plasma- eller koronabehandlingen pressades materialen lätt och torkades medelst genomblåsning vid l30°. Materialens egenskaper redovisas i nedanstående Tabell 1 och 2.

.N62 .tå \ Fš mNNm Éêow omöm QÉNÖW šš \ Såå...

NNNN mšöm msm QÉGN 514 726- cm>oš :oc ouwšš ö. Noaecmuoeuàoa Qmcwš: šßfišëëo.. ä :Nšošcoc bum=fl> ä. .mêcoaomuxïa šmcwš... šoïoëêo.. än cm> ošcoc bmßš. ä. .ooïøïøxwoa šmcmmš åßÉoEEo.. NN wmmwëmuoèeuo V_N..Eo« :En QBÃQN.. =E..N>NEEo« 2 En... bašc. 23.3 wo. oucxfløo .mšzwmmc...mcflcm ß .N NN m.. S NN t NN NN m2 U S .N _8N.._ösN>. šmåmäfiwa NS NmN m: mNN mNm N.m Nm. NS. mNN. SN så ._33 <É>5o NmN SN :a Nå :N SN S.. mNN. NNN NmN så es... .šmåwmämo Ne ..m m ..m mm N.m N_m N... N... ma. oas". få .mN SN .NN S.. N.m SN S.. m9. NN.. S.. s.. .vmdöofi QS NS Nä NS NS NS ...NN NS N_mN NNN Nea .Cšš se N se N Nä 2 . se N se N . se N se N . ocwozzoz š SN š SN >> S. . š SN .s SN . š SN >> SN . Ewïw .Se E. .Se N... .Be N... . .Se N... .Bs N... . .Se N... .Se N... . zon No No No . No Nz . No Nz - w<øwozsoz o.. S. S. o. .ozšxmosmozäwïmzozwo za. :E :E Qšzwmmmm S? S? NS” eo_.._>>v_._omwzwwøzzozízw N.. . . se N. . :šï zmmomèfiom .N . S . se N. . :SS zmäommäon. .N . . S se NN. Laem.. mEmNZoN .N S S S æwmmämš ššwx .N Neešseexm Nëêoš.. Nsešoës, Szvmëwozízmom Nu Nd G .Hd ä. H1 und. ä. .d .á .

N .Iwmfr 514726 Ešošco: bmmzg så Snïöaoäšwva mšmcwmš šmïšEëox Q mmwmëmuøšme .Éëmx :EE åmcufiš: Søïëëëox ä än: .omzmë bwâmm wa uwcxwëa .ñšcøwmfißäcuacm ß .àš . :e :š S ä .\. .šztäsflv §mš3<>4wm .Éâ màwom E.. ä. šz .maß šmšwmämo b; Nää Qšöw KN ma ...i _33 šmïwmämo 253 šzäë S ...m 926 .få 3% mà »å Qàëm i: må Nea 5.5; så, 8. . ozzoz seš 2 . Éomov. »wföcfixzšw o: o. .oz_z¥mø»woz_zmïm2ozwø .š ozämwmmfi. 08,. cezšv.__ømwzwmoz:øzšzm .

Q 9. så. . šš.. zmíomuäøa x 2 8 fmæämmš ššmš .s 9ëêee=xm šzvnåmozašmol Euqåä xušïšïoëë hä mama øbcmqâ wa oc._c.më.ëe\.â N mmbåš: måïcmcweæcflzox Qbšoeenß w jwm/I 514 '726 “i Resultaten visar att den våta dragstyrkan i de plasma- respektive korona- behandlade materialen flerdubblades. Den torra dragstyrkan ökade också något.

Den kraftiga ökningen av den våta dragstyrkan förmodas bero på att plasma- respektive koronabehandlingen modifierar ytan hos fibrerna på sådant sätt att fiber-fiberfriktionen ökar. Då det just är den våta dragstyrkan som ofta varit problemet i spunlacematerial erbjuder uppfinningen en lösning på ett tidigare svårlöst problem. Den uppfinningsenliga lösningen innebär också att behovet av bindemedel och andra våtstyrkehöjande kemikalier samt termobindning elimineras.

Genom sin höga våtstyrka är materialet syrmerligen lämpligt som torkrnaterial för hushållsändamål eller för storförbrukare som verkstäder, industrier, sjukhus och andra offentliga inrättningar. Det är även användbart som engångsmaterial inom sjukvården, t ex operationsrockar, lakan och liknande. Det kan också användas som komponent i absorptionsprodukter såsom bindor, trosskydd, blöjor, inkontinensprodukter, sängunderlägg, sårfórband, kompresser och liknande.

Claims (9)

514 726 /O Patentkrav

1. Förfarande för framställning av ett hydroentanglat nonwovenmaterial med förhöjd vâtstyrka, k ä n n e t e c k n a t a v att materialet efter hydro- entanglingen utsätts för plasma- eller koronabehandling.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att plasmabehandlingen genomförs vid ett reducerat tryck i närvaro av en gas vald från gruppen syre, kväve, argon, helium, ammoniak, koltetrafluorid, koldioxid, organiska omättade gaser eller blandningar därav.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att gasen företrädesvis är syre eller kväve eller blandningar därav.

4. Förfarande enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k- n a t a v att plasma- eller koronabehandlingen genomförs efter det att materialet genomgått torkning efter hydroentanglingen.

5. Förfarande enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k- n a t a v att det hydroentanglade materialet framställts från en våt~eller skumforznad fiberbana.

6. Hydroentanglat nonwovenmaterial med förhöjd våtstyrka, k ä n n e t e c k n a t a v att materialet efter hydroentanglingen genomgått plasma- eller koronabehandling.

7. Nonwovenmateríal enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att de i materialet ingående fibrerna utgörs av syntetiska eller regenererade stapelñbrer, t ex polyester, polyamid, polypropen, rayon och liknande, av växtfibrer, av massafibrer eller blandningar därav.

8. Nonwovenmateríal enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t a v att materialet innehåller en viss andel återvunna fiber härrörande från nonwoven- avfall, textilavfall eller liknande. 514“ 726 /I

9. Nonwovenmaterial enligt något eller några av patentkraven 6-8, känneteckna material. t a v att materialet är ett våt-eller skumformat spunlace-