DE69007794T2

DE69007794T2 - Fasern mit grosser spezifischer oberfläche, deren verfahren zur herstellung, daraus hergestellte flaumpulpe und deren verwendung als absorbierendes material.

Info

Publication number: DE69007794T2
Application number: DE69007794T
Authority: DE
Inventors: Goeran Annergren; Inger Eriksson; Lars Wagberg
Original assignee: SCA Research AB
Current assignee: SCA Research AB
Priority date: 1989-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2010-09-28
Also published as: EP0493516A1; AU6505290A; ATE103650T1; ES2052277T3; US5492759A; NZ235345A; EP0493516B1; WO1991005108A1; SE9002476D0; SE8903180D0; SE500858C2; SE9002476L; DK0493516T3; DD298075A5; DE69007794D1; DD298221A5

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Absorptionsmaterial, und insbesondere betrifft sie ein Absorptionsmaterial zur Verwendung bei der Herstellung von Sanitärartikeln, wie Babywindeln, Monatsbinden, Inkontinenz-Schutzmitteln, Trockentüchern und ähnlichem, wobei das Absorptionsmaterial derartiger Artikel Fasern mit vergrößerter spezifischer Oberfläche enthält und damit eine hohe Absorptionsgeschwindigkeit hat. Die Erfindung betrifft auch Fasern als solche, ein Verfahren zur Herstellung dieser Fasern und deren Verwendung in Form einer Flaum-Pulpe (Fluff-Pulpe) oder in Gemisch mit unbehandelten Fasern in Form der Flaum-Pulpe, um eine verbesserte Absorption zu erhalten.
Ein generell bekanntes Problem auf dem Gebiet der Herstellung von Absorptionsmaterial zur Verwendung vorzugsweise zur Herstellung von Sanitärartikeln, wie Babywindeln, Monatsbinden, Inkontinenz-Schutzmitteln usw., besteht in der Erreichung von optimalen Absorptionsgeschwindigkeiten und Dispersionseigenschaften in Bezug auf die Absorption und die Dispersion von Flüssigkeit im Fasermaterial der Flaum-Pulpe.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung haben auf ihrer Oberfläche eine relativ dünne poröse hydrophile Schicht fest verankert, die als Hauptkomponente positive anorganische Ionen enthält, wobei die spezifische Oberfläche der Fasern wenigstens 1,2 m²/g beträgt, insbesondere wenigstens 1,6 m²/g, vorzugsweise wenigstens 2,1 m²/g, und die hydrophile poröse Schicht einen Kontaktwinkel von höchstens 70 darbietet. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Die US-A-4385632 beschreibt ein germizides Flaum-Material, das ähnlich dem durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene ist. Allerdings enthält das Produkt nach dem US-Patent ein wasserlösliches Kupfersalz, das dem Produkt eine germizide Wirkung gibt, das allerdings nicht auf der porösen Schicht fest verankert ist. Obgleich Cu-Ionen als eine Möglichkeit in der vorliegenden Erfindung genannt sind, ist es nicht möglich, einfach den Flaum mit einer wäßrigen Lösung eines Kupfersalzes zu besprühen, um eine poröse Schicht zu erhalten. Wie in der vorliegenden Beschreibung deutlich beschrieben, werden die Fällungschemikalien, die die positiven anorganischen Ionen enthalten, auf den Fasern ausgefällt, z.B. durch Zugabe von Alkali, um Hydroxide herzustellen. Während somit die Kupferzugabe zu den Produkten des US-Patentes löslich ist, ist die fest verankerte Schicht nach der vorliegenden Erfindung unlöslich oder nahezu unlöslich.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der im Anspruch 1 definierten Fasern durch Behandlung der Fasern, gegebenenfalls in einer wäßrigen Suspension, mit Chemikalien, bei denen positive anorganische Ionen die Hauptkomponente darstellen, in einer Stufe oder in mehreren Stufen mit einer Entwässerungsstufe zwischen den unterschiedlichen chemischen Zugabestufen auf eine solche Weise, daß auf die Faseroberflächen eine relativ dünne poröse hydrophile Schicht aufgebracht wird, die die genannten Chemikalien enthält, wobei die Schicht durch chemische Bindungen auf den Faseroberflächen fest verankert ist, eine Oberflächenbeschichtung oder Flokkulation erfolgt, während sich die Fasern in feuchtem oder trockenem Zustand befinden, gegebenenfalls in Anwesenheit von Polymeren, so daß nach der Behandlung die spezifische Oberfläche der Fasern wenigstens 1,2 m²/g, insbesondere wenigstens 1,6 m²/g, vorzugsweise wenigstens 2,1 m²/g beträgt und die hydrophile poröse Schicht einen Kontaktwinkel von höchstens 70º darbietet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zur Behandlung der Cellulosefasern, die für Absorptionszwecke eingesetzt werden sollen, wobei die Absorptionseigenschaften eines auf Cellulose basierenden Fasermaterials durch Ausfällung von Silikat auf den Faserwänden in situ verbessert werden, in einem Zweistufenverfahren bewirkt. In der ersten der beiden Stufen werden die Fasern mit einem Alkalisilikat imprägniert, und nachdem sie entwässert wurden, werden die Fasern mit einer Aluminiumsalzlösung behandelt, wobei anschließend der pH auf einen Wert von höchstens 9 eingestellt wird. Diese Behandlung führt zur Ausfällung von Silikat auf den Faserwänden, was den Flüssigkeitstransport und die Flüssigkeitsretention verbessert, und was auch den Schwellkollaps beim Trocknen verhindert.
Die Erfindung betrifft auch ein Absorptionsmaterial zur Verwendung in Sanitärartikeln, wie Babywindeln, Monatsbinden, Inkontinenz-Schutzmitteln usw., wobei das Material Fasern einschließt, die mit einer porösen hydrophilen Schicht gemäß der Erfindung in Form einer Flaum-Pulpe versehen sind, gegebenenfalls in Form einer Flaum-Pulpe, die aus einem Gemisch der behandelten Fasern und unbehandelter Fasern besteht, oder in Form einer Flaum-Pulpe, die mit einer Flaum-Pulpe beschichtet ist, die aus unbehandelten Fasern besteht, gegebenenfalls in Kombination mit Super-Absorptionsmitteln.
Die Erfindung betrifft schließlich die Verwendung der Fasern nach der Erfindung als flüssiges Absorptionsmaterial in Form einer Flaum-Pulpe oder im Gemisch mit unbehandelten Fasern oder beschichtet mit einer Flaum-Pulpe aus unbehandelten Fasern, gegebenenfalls in Kombination mit Super-Absorptionsmitteln, für Artikel, in denen eine gute Flüssigkeitsabsorption und eine gute Flüssigkeitsdispersion oder Verteilungseigenschaften gewünscht sind, wie in Sanitär-Artikeln, zum Beispiel Babywindeln, Monatsbinden, Inkontinenz-Schutzmitteln und Trockentüchern und ähnlichen.
Somit wird bei Anwendung der vorliegenden Erfindung eine Erhöhung der spezifischen Oberfläche der Fasern erreicht, was insbesondere Absicht ist bei einem Absorptionsmaterial in Sanitärartikeln, wobei diese erhöhte spezifische Oberfläche zu einer bemerkenswert verbesserten Absorptionsrate und Flüssigkeitstransporteigenschaft des Fasermaterials führt. Bei der nachfolgenden Behandlung mit hydrophilen Chemikalien zeigt die Faseroberfläche eine relativ dünne poröse Schicht, d.h. eine Schicht mit einer Dicke, die geringer als 200 nm (2000 Å) ist.
Die poröse Schicht wird durch Behandlung (Imprägnierung) des Fasermaterials mit hydrophilen Chemikalien erhalten, wobei die Fasern entweder in trockenem oder in feuchtem Zustand sind, entweder in Form einer entwässerten Faser-Pulpe oder in Form einer Faser-Wasser-Suspension. Dieses Behandlungsverfahren kann erfolgen, indem die Fasern in einem der zuvor genannten Zustände in Kontakt mit den hydrophilen Chemikalien gebracht werden, z.B. durch Besprühen der Fasern in trockenem oder feuchten Zustand, gegebenenfalls in einem gestaltetem oder geformten Zustand, z.B. in Form einer Absorptionsschicht, mit einer chemischen Lösung, oder durch Vermischen der Chemikalien mit einer Faserdispersion, wobei die Chemikalien in festem, kommerziell erhältlichen Zustand oder in Form einer Lösung vorliegen. Dieses Vermischungs- oder Sprühverfahren kann mit Hilfe einer üblichen Ausrüstung, die normalerweise bei dieser Technik eingesetzt wird, durchgeführt werden.
Andere entsprechende Behandlungsbedingungen sind üblich, und es können optimale Bedingungen leicht vom Fachmann auf diesem Gebiet festgelegt werden, z.B. Bedingungen betreffend den pH-Wert, die Temperatur, die Mischgeschwindigkeit, Chemikalienmengen, Imprägnierungszeiten usw.
Die Wechselwirkung zwischen Fasern und Ausfällchemikalien kann auf einer Vielzahl von Wegen erreicht werden. Zwischen den Fasern und den Fällungschemikalien existieren die van der Waals-Wechselwirkung und/oder die elektrostatische Wechselwirkung (einschließlich unter anderem Adsorption der Fällungschemikalien auf der Faseroberfläche). Weiterhin erfolgt eine Flokkulation/Ausfällung allein oder in Kombination mit der zuvor genannten Wechselwirkungserscheinung. Dieses Flokkulations/Fällungprodukt wird auf der Faseroberfläche verankert, meist als Ergebnis der vorhandenen Oberflächenunregelmäßigkeiten.
Die verwendeten hydrophilen Chemikalien können auch als "Fällungschemikalien" betrachtet werden, d.h. die poröse Schicht wird gebildet durch eine "Fällung" oder "Flokkulation" der Chemikalien, die, wenn sie auf der Faseroberfläche durch einen der zuvor genannten Mechanismen verankert werden, dadurch die Oberflächenvergrößerung bewirken, was zu der gewünschten Verbesserung der Absorptionseigenschaften führt.
Somit wird unter "chemische Bindung" eine elektrostatische Bindung zwischen negativen Gruppen auf der Faser und dem positiven Kation in der Fällungschemikalie verstanden, oder alternativ van der Waals-Kräfte. Um eine "Oberflächenbeschichtung" zu erhalten, wird die Chemikalie auf die Fasern aufgesprüht und durch Trocknen darauf verankert. Unter dem Begriff "Ausfällung" wird verstanden, daß sich eine lösliche Substanz in einen unlöslichen Zustand als Ergebnis einer Veränderung der Konzentration der Lösung umwandelt, wie durch Überschreiten des Löslichkeitsproduktes. Unter "Flokkulation" wird in diesem Falle eine Agglomeration von sogenannten Mikropartikeln zu größeren Agglomeraten verstanden, die allerdings noch kolloidal stabil sind. Eine zusätzlich Destabilisierung kann bei dem Verfahren auftreten, wo die genannten flokkulierten Mikropartikel weiterhin destabilisiert werden und dadurch in einem nicht kolloidalen stabilen Zustand ausgefällt werden. In dem vorliegenden Falle wird dieser letztere Prozeß als Koagulierung bezeichnet. Es wird vermutet, daß diese letzteren Ausfällungsprodukte eine dichtere Struktur haben.
Im vorliegenden Fall wird der Begriff Ausfällungschemikalien bzw. Fällungschemikalien als relevantester Begriff für die Chemikalien betrachtet, die dazu verwendet werden, den hydrophilen Komplex an die Kaseroberfläche zu binden und dadurch die zuvor genannte poröse Schicht zu bilden. Es sollte festgehalten werden, daß die Fällungschemikalie einen Teil des hydrophilen Niederschlages bilden kann.
Der genaue Mechanismus der Verankerungsvorgänge, die die vorliegende Erfindung umfaßt, ist bisher nicht vollständig bewiesen, was als unerheblich angesehen wird gegenüber der Wirkung, die durch die Erfindung erreicht wird. Offensichtlich finden eine Vielzahl unterschiedlicher chemischer Prozesse und physikalischer Prozesse statt.
Beispielsweise kann die Oberflächenschicht durch Ausfällung und nachfolgende Koagulierung der auf die Faseroberfläche aufgebrachten Fällungschemikalie bewirkt werden, wodurch eine poröse Schicht auf den Oberflächen gebildet wird. Somit sind in diesem Falle zwei Mechanismen einbezogen, einmal die Ausfällung mit anschließender Teilchenagglomerierung und zum anderen die chemische Bindung der Chemikalie mit der Faseroberfläche. Die Reihenfolge, in der diese Prozesse ablaufen, konnte bisher nicht bewiesen werden.
Die Bindung erfolgt an den elektronegativen Gruppen der Faseroberfläche, z.B. an den Hydroxy-, Carboxy- und Sulfonsäuregruppen. Derartige Gruppen werden zum Beispiel bei Lignin, Cellulose, Hemicellulose und extraktiven Substanzen gefunden.
Ein konkretes Beispiel einer Verankerungssituation kann zum Beispiel sein die Bindung Eisenionen oder Aluminiumionen an der Carboxygruppe, -COOH, zum Beispiel auf Hemicellulose. Es ist bekannt, daß dieses Verfahren einen positiven Flecken auf der Faseroberfläche hervorrufen kann, der wiederum anschließend an einen anionischen Niederschlag binden kann. Es ist wahrscheinlich, daß dies das Verfahren ist, das bei niedrigen pH-Werten abläuft.
Die Fasersuspension enthält normalerweise eine Anzahl unterschiedlicher Substanzen, die teilweise aus dem Ausgangsmaterial herrühren, das bei der Herstellung der Fasern verwendet wird, und teilweise von Additivmaterialien, z.B. kolloidalen Materialien mit Teilchengrößen im Bereich von 0,01 bis 5 um (10&supmin;&sup6; m), wie Fettsäuren, Harzsäure, Sulfonate, verschiedene Arten von Hemicellulose, Ligninfragmente, Wasserglas, anorganische Salze (z.B. Ca und Mg aus dem Prozeßwasser) und kleine Fasern, sogenannte Feinanteile.
Eine sehr gebräuchliche Erklärung für die beobachteten Reaktionen ist einfach eine Ion/Ion-Wechselwirkung zwischen gegensätzlich geladenen Spezies. Ein Grund für die hohe Effektivität der mehrwertigen Kationen ist die Wirkung, die mit der sogenannten Schulze-Hardy-Regel beschrieben wird, d.h. die Effektivität des Kations erhöht sich unter dem Aspekt der Koagulation mit (der Ionenwertigkeit)² oder (der Ionenwertigkeit)&sup6;. Darüber hinaus kann die Fällungschemikalie zwei Fasern mit elektrochemischen Verbindungen vernetzen. Diese Ausfällung ist ebenfalls grundlegend in der Literatur beschrieben worden (Buttero, J.Y. et al., Langmuir 1990, 6, 596-602).
Die Flokkulation des gelösten und kolloidalen Materials ist somit vom pH und von der Ionenkonzentration abhängig und ist spezifisch für jede spezielle Fällungschemikalie. Bei dem Prozeß der Flokkulation wird wahrscheinlich eine voluminöse Flocke gebildet, die durch Ladungsneutralisierung oder Brükkenbildung zwischen unterschiedlichen Kolloiden, die in der Pulpesuspension vorhandenen Kolloide aggregiert und auf diese Weise diese Kolloide in die gebildete Flocke mit einbezieht. Die chemische Ausfällung einer Verbindung erfolgt dann, wenn das Produkt der in der Verbindung vorhandenen Molkonzentrationen der Ionen das Löslichkeitsprodukt überschreitet.
Der gebildete Komplex ist somit ein Metallhydroxidkomplex und auch ein Metalloxidkomplex. Nach dem oben genannten Mechanismus kann auch eine Co-Fällung erfolgen, wodurch "Fremd" Substanzen eingeschlossen werden.
In einem konkreten Fall, wo Aluminiumchlorid als Fällungschemikalie verwendet wird und die Fasersuspension Cellulosefasern enthält, deren Absorptionseigenschaften verbessert werden sollen, können die Mechanismen, durch die die poröse Schicht niedergeschlagen und verankert wird, nach dem folgenden Modell erläutert werden:
Zwei Austauschmechanismen können erfolgen zwischen Aluminiumchlorid und Cellulosefasern, zuerst ein Ionenaustausch der Aluminiumionen mit Kationen, die mit der Carboxygruppe der Faser assoziiert sind, und zweitens die Bildung von Aluminiumflocken. Die wechselseitige Größe oder der Umfang dieser beiden Mechanismen hängt unter anderem vom Grad der Neutralisierung des Aluminiumchlorids ab. Der Austausch zwischen Aluminiumionen und Hydroxy-Ionen resultiert in der Bildung von elektrisch geladenen Hydroxy-Aluminium-Polymeren. Die hohe elektrische Ladung diese Komplexaluminiumverbindungen begünstigt die Koagulierung von negativen Teilchen.
Es ist scheinbar so, daß Polyaluminiumionen effektiver wirken als normale Aluminiumionen. Die Erklärung dafür mag möglicherweise in deren hoher Ionenladung liegen, die nach der bereits früher genannten Schulze-Hardy-Regel Gegenionen mit hoher Wertigkeit (sogenannte CCC-Werte) hervorruft, was zu sehr geringen kritschen Koagulierungskonzentrationen führt. Da die Ladung sehr hoch ist für Polyaluminiumlösungen, würde dies die überragenden Eigenschaften derartiger Lösungen im Vergleich zu typischen Aluminiumionen erklären. Der Aluminium- Silikat-Komplex ist negativ geladen bei basischen pH-Werten und bindet somit unterschiedliche Kationen als Gegenionen.
Die Verankerung der porösen Schicht kann auch verbessert werden durch Zugabe von nativen, z.B. kationischen Stärkederivaten, kationischen Galactomannan-Derivaten und/synthetischen Polymeren.
Als synthetische Polymere können die folgenden Chemikalien in Betracht gezogen werden:
A) Kettenreaktionspolymere können hergestellt werden aus Monomeren von Ethylacrylat-Typ, die quarternäre Ammoniumsalze als Endgruppen haben.
B) Modifizierte Polyacrylamide, wo das Polyacrylamid mit HCHO und Dimethylamin umgesetzt wird.
C) Polydiallyldialkyl-ammoniumhalogenide
D) Kationische Imidamine.
E) Kondensationsprodukte zwischen Dicyandiamid, Fomaldehyd und einem Ammoniumsalz.
F) Reaktionsprodukte zwischen Epichlorhydrin oder Polyepichlorhydrin und Ammoniak, Aminen.
G) Polymere, gebildet aus der Reaktion zwischen Aminen und Dihaloalkanen.
H) Polymere, gebildet durch Polymerisation von Ethylenimin.
I) Polymere, gebildet durch Polymerisation von N-(Dialkylaminoalkyl)-acrylamid-Monomeren.
J) Natürliche Polymere, wie sie aufgeführt sind in "Industrial Gums", R.L. Whistler, Academic Press, New York, London 1959.
Es ist wesentlich, daß die Bindung, die zwischen der porösen hydrophilen Schicht und der Faseroberfläche bewirkt wird, ausreichend stark ist, um allen weiteren denkbaren Formen der Behandlung zu widerstehen, denen die Fasern unterworfen werden können, zum Beispiel einer Zerfaserung der Pulpe, Lufttransport und anderen Prozessen, die in Verbindung mit der Umwandlung stattfinden.
Die poröse auf der Faseroberfläche verankerte Schicht besteht in der Hauptsache aus Fällungschemikalien, obgleich die Schicht auch zum Beispiel Co-Niederschläge von Kolloiden aus der umgebenden wäßrigen Phase enthalten kann. Die Fällungschemikalien bestehen aus hydrophilen positiven anorganischen Ionen, die zum Beispiel in Form von Salzen, Hydroxiden oder Oxiden zugeführt werden und die sich zum Beispiel mit den auf der Faseroberfläche vorhandenen Hydroxy-, Carboxy- und/- oder Sulfonsäuregruppen verbinden. Die positiven anorganischen Ionen sind vorzugsweise solche von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen und Al³&spplus;, Fe³&spplus;, Mg²&spplus;, Fe²&spplus;, Mn²&spplus; oder Cu²&spplus;. Die poröse Schicht kann auch Gemische dieser Ionen enthalten. Sulfat, Chlorid, Carbonat, Phosphat und/oder Hydroxid werden vorzugsweise als negative Ionen in den Salzen dieser anorganischen Ionen verwendet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform werden die Alkalimetallionen in Form von Natriummetasilikat zugeführt, und das Erdalkalimetall wird in Form von Calciumsulfat, Calciumcarbonat oder Calciumchlorid zugeführt, gegebenenfalls in Anwesenheit von Kohlendioxid. Kalk, Ca(OH)&sub2; oder CaO wirkt auch als die Oberfläche vergrößernde Chemikalie, wenn sie auf den Faseroberflächen ausgefällt wird.
Aluminiumionen werden vorzugsweise in Form von Poly(Aluminiumchlorid) oder Poly(Aluminiumsulfat), Aluminiumphosphat oder Natriumaluminat zugeführt. Gemische dieser Verbindungen können auch eingesetzt werden. Die Eisenionen werden auch vorzugsweise in polymerer Form zugeführt, zum Beispiel als Poly(Eisensulfat) oder Poly(Eisenchlorid).
Die erhaltene oberflächenvergrößernde Wirkung wird verstärkt, und es wird eine nachfolgende Verbesserung der Absorptionseigenschaften erhalten, wenn die Verankerung in Gegenwart von Silikat bewirkt wird, entweder durch Zugabe von Silikat in einer separaten Imprägnierungsstufe oder mit Hilfe von Silikat, das bereits vorhanden ist in z.B. einer wäßrigen Lösung von Cellulosefaserrest aus der Bleichstufe.
Die Fasern selbst sind unterschiedlichen Ursprungs und können aus Cellulosefasern, z.B. chemimechanische (CTMP) oder chemische Pulpefasern oder Rayonfasern umfassen. Die Fasern können auch aus synthetischen Fasern bestehen, zum Beispiel aus Polypropylen-, Polyester- und Polyvinylalkoholfasern. Die Fasern können auch natürlichen Ursprungs sein, z.B. mit Herkunft aus Gras, weißem Moos oder Torf. Gemische von Fasern können ebenfalls verwendet werden, sowohl in der Fasersuspension, die der Oberflächenvergrößerungsbehandlung unterworfen wird, als auch in der Flaum-Pulpe, die für Absorptionszwecke vorgesehen ist, teilweise als Fasergemisch in dem tatsächlichen Absorptionskörper selbst und teilweise als unterschiedliche Schichten, die den Absorptionskörper bilden. Weiterhin können die behandelten Fasern mit unbehandelten Fasern oder Schichten davon vermischt werden, wobei sogenannte Superabsorptionsmittel ebenfalls in das Absorptionsmaterial eingeschlossen werden können.
Die auf der Faseroberfläche mittels der obigen Verfahren verankerte poröse Schicht gewährleistet somit eine verbesserte Absorptionsgeschwindigkeit infolge der erhöhten spezifischen Oberfläche der Faser. Weiter unten ist eine Tabelle aufgeführt, die die Beziehung zwischen der spezifischen Oberfläche und der Absorptionsgeschwindigkeit zeigt, wobei diese Beziehung auch aus der dazugehörigen Zeichnung hervorgeht. Tabelle I Beziehung zwischen spezifischer Oberfläche und Absorptionsgeschwindigkeit Probe spezifische Oberfläche m²/g Absorptionsgeschwindigkeit ml/s
Anmerkung: Die spezifische Oberfläche wird nach dem BET-Verfahren gemessen und die Absorptionsgeschwindigkeit mit dem "Poröse Platte-Testgerät" (Textile Res.J., Seiten 356-366, 1967,Burgenis und Kapur:"Kapillare Sorptionsgleichgewichte in Fasermassen" (Capillary Sorption Equilibria in Fiber Masses)).
Somit hat im Anschluß an das Aufbringen der porösen Schicht die spezifische Oberfläche einer behandelten Faser Werte von wenigstens 1,2 m²/g, insbesondere wenigstens 1,6 m²/g und vorzugsweise wenigstens 2,1 m²/g, um die gewünschte Verbesserung der Absorptionseigenschaften zu erreichen. Die spezifische Oberfläche wird nach dem BET-Verfahren gemessen, und der Wert der unbehandelten Cellulosefasern beträgt zum Beispiel etwa 1 m²/g, wohingegen der Wert für derartige Fasern nach der Behandlung 3 bis 7 m²/g beträgt.
Es wurde auch gefunden, daß der Kontaktwinkel der porösen Schicht, gemessen an komprimierten Lagen des Fasermaterials, auch ein Faktor ist, der die Korrelation mit der Absorptionsgeschwindigkeit zeigt. Somit sollte der Kontaktwinkel höchstens 70º sein, insbesondere höchstens 65º und vorzugsweise höchstens 60º. Die folgende Tabelle erläutert die Beziehung zwischen Absorptionsgeschwindigkeit und Kontaktwinkel (siehe Tabelle II). Tabelle II Beziehung zwischen Absorptionsgeschwindigkeit und Kontaktwinkel Absorptionsgeschwindigkeit (ml/s) Kontaktwinkel (º)
Die auf der Faseroberfläche verankerte Schicht kann porös sein, wobei die Porosität als Luftvolumenverteilung in dem porösen Material definiert ist. Die Porosität wird mittels des Verhältnisses von Luftvolumen zu gesamten Schüttvolumen des Materials bestimmt und liegt somit zwischen 0 und 1. Die Porosität ist dimensionslos. Andere Merkmale, die für das poröse Material relevant sind, sind zum Beispiel Porenvolumen, Porendurchmesser und Porenfläche. Die auf den Fasern erfindungsgemäß gebildete poröse Schicht zeigt einen hohen Prozentsatz an Poren mit kleinem Durchmesser, was zu einer großen spezifischen Oberfläche führt, wenn dies insgesamt gesehen wird. Der Hauptanteil der Poren hat einen Durchmesser von weniger als 50 nm (500 Å), geeigneterweise weniger als 30 nm (300 Å) und vorzugsweise weniger als 20 nm (200 Å).
Eine Reihe von Messungen des Porendurchmessers, des Porenvolumens und der Porenfläche ist bei dem Aluminiumkomplex durchgeführt worden, der vorzugsweise gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III aufgeführt. Tabelle III Beziehung zwischen Porendurchmesser, Porenvolumen und Porenfläche Porendurchmesser nm Porenvolumen (mm³/g) Porenfläche (m²/g)
Ein großer Prozentanteil der Poren in dem Aluminiumkomplex hat Größen im Bereich von 3,4 bis 12,5 nm (34 bis 125 Å). Die geprüfte Faser hatte eine spezifische Oberfläche von 5,5 m²/g.
Die Gesamtoberfläche der Poren mit kleiner als 12,5 nm (125 Å) betrug etwa 4,5 m²/g. Eine nicht behandelte CTMP hatte so geringe Poren, daß sie in Nähe des Bereiches der Bestimmungsgrenze des für die Bestimmung der Porosität verwendeten Verfahrens lagen.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken.

Beispiel 1

Eine CTMP-Pulpe wurde mit Polyeisensulfat (Kemira) in einer Menge für einen Zeitraum von 10 Minuten imprägniert, so daß der Eisengehalt 2% betrug. Der pH wurde auf 7 während des Imprägnierverfahrens eingestellt.
Die Absorptionsgeschwindigkeit und die Absorptionskapazität wurden gemäß dem "Poröse Platte-Testgerät" gemessen (Textile Res.J., Seiten 356-366, 1967, Burgeni und Kapur: "Kapillare Sorptionsgleichgewichte in Fasermassen" (Capillary Sorption Equilibria in Fiber Masses)). Die spezifische Oberfläche wurde mit dem BET-Verfahren gemessen.
Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten: Absorptionsgeschwindigkeit (ml/s) Absorptionskapazität (ml/g) Spezifische Oberfläche m²/g Referenz Probe

Beispiel 2

Eine CTMP-Pulpe wurde mit 2,3% Natriummetasilikat für 30 Minuten imprägniert. Die Pulpe wurde entwässert und anschließend mit Polyaluminiumchlorid (2% Aluminium) für 30 Minuten imprägniert. Der pH wurde auf pH = 9 während des Imprägnierverfahrens eingestellt. Die Pulpe wurde nochmals nach den Imprägnierverfahren entwässert.
Die Absorptionsgeschwindigkeit und die spezifische Oberfläche wurden nach den im Beispiel 1 genannten Verfahren gemessen, und man erhielt die folgenden Ergebnisse: Aluminium (%) Absorptionsgeschwindigkeit (ml/s) spezifische Oberfläche (m²/g)

Beispiel 3

Eine CTMP-Pulpe wurde mit Natriummetasilikat (Lieferer EKA), 2 %ig, über einen Zeitraum von 30 Minuten imprägniert.
Die Absorptionsgeschwindigkeit und die spezifische Oberfläche wurden nach den im Beispiel 1 genannten Verfahren gemessen, und man erhielt die folgenden Ergebnisse: Absorptionsgeschwindigkeit (ml/s) Spezifische Oberfläche (m²/g) Referenz Probe

Beispiel 4

Eine CTMP-Pulpe wurde mit 2 %igem Natriummetasilikat für 10 Minuten imprägniert, wonach die Pulpe entwässert wurde. Die entwässerte Pulpe wurde anschließend mit Poly(Aluminiumchlorid), das 2% Aluminium enthielt, über einen Zeitraum von 10 Minuten imprägniert, während der pH auf 9 eingestellt wurde. Die Pulpe wurde anschließend entwässert.
Die Absorptionsgeschwindigkeit und die spezifische Oberfläche wurde gemäß den im Beispiel 1 genannten Verfahren gemessen, und man erhielt die folgenden Ergebnisse: Absorptionsgeschwindigkeit (ml/s) Spezifische Oberfläche (m²/g) Referenz Probe

Beispiel 5

Eine CTMP-Pulpe wurde mit Poly(Aluminiumchlorid) (2% Aluminium) für 10 Minuten imprägniert. Der pH der Pulpe-Suspension wurde auf pH 9 eingestellt. Die Pulpe wurde nach dem Imprägnierverfahren entwässert.
Die Absorptionsgeschwindigkeit und die spezifische Oberfläche wurden nach den im Beispiel 1 genannten Verfahren gemessen, und man erhielt die folgenden Ergebnisse: Absorptionsgeschwindigkeit (ml/s) Spezifische Oberfläche (m²/g) Referenz Probe
Im Anschluß an das Bleichen der Pulpe wurde gefunden, daß die Pulpe Restmengen an Silikat enthielt.

Beispiel 6

CaCO&sub3; wurde in einer Menge von 3 % Ca zu einer wäßrigen Suspension von CTMP-Fasern gegeben, während der pH auf 7 eingestellt wurde. Die Pulpe wurde in anderer Hinsicht in der Weise behandelt, wie es in den vorherigen Beispielen beschrieben wurde, was zu einer zufriedenstellenden Erhöhung der spezifischen Oberfläche führte und damit zu einem nachfolgenden Anstieg bei der Absorptionsgeschwindigkeit.

Beispiel 7

Synthetische Fasern, die aus Polyesterfasern (duPont "DARON D 342 N5D") bestanden, mit einer Länge von 6 mm, wurden mit einem Aluminiumsilikatkomplex imrprägniert. Bei einem Versuch wurden die Fasern allein mit Poly(Aluminiumchlorid) (2% Aluminium) imprägniert, während bei dem anderen Versuch die Polyesterfasern zuerst mit Natriummetasilikat (2%) über einen Zeitraum von 10 Minuten imprägniert wurden und danach mit Poly(Aluminiumchlorid) (2% Aluminium), während der pH auf 9 eingestellt wurde.
Die Absorptionsgeschwindigkeit und die spezifische Oberfläche wurden nach den im Beispiel 1 genannten Verfahren gemessen. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten: Natriummetasilikat (%) Aluminiumkonz. (%) Absorptionsgeschw. (ml/s) Absorptionskapazität (ml/g) Spez. Oberfläche (m²/g) Referenz Probe

Beispiel 8

Eine getrocknete, gebleichte CTMP-Pulpe wurde mit einem kationischen Polymeren imprägniert, das aus "DADMAC" von Dow Chemicals bestand, in einer Menge von 100 uÄqu./g. Die Imprägnierungszeit betrug etwa 30 Minuten. Im Anschluß an die Imprägnierung wurde die Pulpe entwässert und danach mit 6% Natriummetasilikat imprägniert, während der pH auf 9 eingestellt wurde. Die Pulpe wurde dann entwässert und getrocknet.
Die Absorptionsgeschwindigkeit und die spezifische Oberfläche wurden gemäß Beispiel 1 oben gemessen, und man erhielt die folgenden Ergebnisse: Absorptionsgeschwindigkeit (ml/s) Gesamtabsorption (ml/g) spezifische Oberfläche (m²/g) Bezug Probe

Beispiel 9

Eine ungetrocknete, ungebleichte CTMP-Pulpe wurde mit einem kationischen Polymeren imprägniert, das aus "DADMAC" von Dow Chemicals bestand in einer Menge von 100 uÄqu./g. Die Imprägnierungszeit betrug etwa 30 Minuten. Im Anschluß an die Imprägnierung wurde die Pulpe entwässert und danach mit 6% Natriummetasilikat imprägniert und der pH auf 9 eingestellt. Die Pulpe wurde dann entwässert und getrocknet.
Die Absorptionsgeschwindigkeit und die spezifische Oberfläche wurden gemäß Beispiel oben gemessen, und man erhielt die folgenden Ergebnisse: Absorptionsgeschwindigkeit (ml/s) Gesamtabsorption (ml/g) spezifische Oberfläche (m²/g) Bezug Probe

Beispiel 10

Eine ungetrocknete, gebleichte CTMP-Pulpe wurde mit einem kationischen Polymeren, das aus "DADMAC" von Dow Chemicals bestand, in einer Menge von 100 uÄqu./g imprägniert. Die Imprägnierungszeit betrug etwa 30 Minuten. Nach der Imprägnierung wurde die Pulpe entwässert und danach mit 6% Natriummetasilikat imprägniert und der pH auf 9 eingestellt. Die Pulpe wurde dann entwässert und getrocknet.
In einem weiteren Versuch wurde die Pulpe allein mit Natriummetasilikat behandelt und in einem anderen Experiment allein mit einem kationischen Polymeren.
Die Absorptionsgeschwindigkeit und die spezifische Oberfläche wurde gemäß Beispiel 1 oben gemessen und man erhielt die folgenden Ergebnisse: Natriummetasilikat Kationisches Polymeres Absorptionsgeschw. (ml/s) Spezifische Oberfläche (m²/g) Referenz Probe Anmerkung: "-" = nicht vorhanden, "+" = vorhanden.
Es ist aus den Beispielen 1 bis 10 ersichtlich, daß eine Erhöhung der spezifischen Oberfläche und ein nachfolgender Anstieg bei der Absorptionsgeschwindigkeit mit Fasern von wechselnd unterschiedlichen Arten erreicht wird, die zur Verwendung primär als Flaum-Pulpe für Absorptionszwecke beabsichtigt sind, wenn die Fasern mit hydrophilen Chemikalien behandelt werden, wobei die Chemikalien auf den Oberflächen der Fasern in Form einer porösen Schicht verankert sind.
Es ist besonders offensichtlich aus den Beispielen 8 bis 10, daß die Verankerung der Schicht auf der Faseroberfläche durch Zugabe von Polymeren, entweder synthetischen oder nativen Polymeren, verbessert werden kann.
Die erfindungsgemäßen Fasern sind auch in Hinblick auf ihre Funktion in Sanitärprodukten getestet worden. Derartige Produkte schließen einen Absorptionskörper ein, bestehend aus einer Flaum-Pulpe, um dem Produkt Volumen, Formstabilität und Absorptionsfähigkeit in Kombination mit der Fähigkeit zu verleihen, eine bestimmte Menge an Flüssigkeit aufzunehmen (zu lagern). Sogenannte Superabsorptionsmittel können hinzugegeben werden, um das Flüssigkeitsaufnahmevermögen des Absorptionskörpers zu verbessern, wobei die Funktion derartiger Superabsorptionsmittel darin besteht, Flüssigkeit zu lagern und auch Flüssigkeit unter Druck zurückzuhalten.
Ein Problem bei der Verwendung von Superabsorptionsmitteln besteht allerdings darin, daß hohe Gehalte an Superabsorptionsmitteln zu Blockierungswirkungen führen können, die die Dispersion der Flüssigkeit im Absorptionskörper erschweren können. Gegenwärtig verfügbare Produkte dieser Art enthalten normalerweise etwa 10 bis 30% Superabsorptionsmittel.
Verbesserte Eigenschaften können erhalten werden, insbesondere höhere Absorptionsgeschwindigkeiten und eine verbesserte Flüssigkeitsdispersion im peripheren Bereich des Produktes, wenn Superabsorptionsmittel vollständig oder teilweise ersetzt werden oder mit einer erfindungsgemäßen Faser ergänzt werden.
Die Menge an Aluminiumsalz-imprägnierter erfindungsgemäßer Faser beträgt 10 bis 100%, berechnet auf das Gewicht des Absorptionsmaterials.

Flüssigkeitsprühen in X-, Y- und Z-Richtung

Es wurde ein kleiner Versuch durchgeführt, bei dem Salsorb 84 (Superabsorptionsmittel von Allied Colloid Ltd.) mit Pulpe vermischt wurde, die aus Fasern nach der vorliegenden Erfindung bestand. Es wurden Probekörper hergestellt in Übereinstimmung mit einem von Brill, J.W., "New Scandinavian Fluff Test Methods", Tappi Journal, Bd. 66, Nr. 11, angegebenen Verfahren. In diesem Fall wurden 20% Superabsorptionsmittel mit der Pulpe vermischt. Die Probekörper wurden in X-, Y- und Z-Richtung in einem Absorptions-Dispersions-Meßgerät bewertet. Das verwendete Gerät war ein Dispersionsmeßgerät, hergestellt von Holger Hollmark bei STFI, Stockholm (SCAN P 39 X, Holger Hollmark und Per-Olaf Bethge, "Wasserabsorptionsgeschwindigkeit und -kapazität" (Water Absorption Rate an Capacity)). Die Ergebnisse und Daten sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Die Faserpulpe nach der vorliegenden Erfindung dispergiert die Flüssigkeit schneller in den zuvor genannten drei Richtungen als übliches CTMP sogar mit diesen hohen Superabsorptionsmittel-Zumischungen. Tabelle IV Absorptionszeit gemessen in einem Dispersion-Meßgerät Absorp tionszeit(en) X-Richtung Y-Richtung Z-Richtung Referenz (20% Salsorb 84) Probe
Die Flüssigkeitsdispersion in horizontaler Richtung ist deutlich verbessert.
Die verbesserte Fähigkeit der Fasern, Flüssigkeit zu dispergieren, sowohl horizontal als auch vertikal, bleibt auch zusammen mit Superabsorptionsmitteln.

Claims

1. Fasern aus organischem Material mit erhöhter spezifischer Oberfläche in Form eines Flaum-Materials zur Verwendung als Gegenstände zur Absorption, wie Babywindeln, Monatsbinden, Inkontinenz-Schutzmittel, wobei die Fasern auf ihrer Oberfläche eine relativ dünne poröse hydrophile Schicht fest verankert haben, die als Hauptkomponente positive anorganische Ionen enthält, wobei die spezifische Oberfläche der Fasern wenigstens 1,2 m²/g beträgt, insbesondere wenigstens 1,6 m²/g, vorzugsweise wenigstens 2,1 m²/g, und die hydrophile poröse Schicht einen Kontaktwinkel von höchstens 70º darbietet.

2. Fasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Cellulosefasern, synthetischen Fasern oder natürlichen Fasern oder einem Gemisch von zwei oder mehr Arten derartiger Fasern bestehen.

3. Faser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile poröse Schicht einen Kontaktwinkel von höchstens 65º, vorzugsweise höchstens 60º darbietet.

4. Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile poröse Schicht auf den Faseroberflächen durch chemische Bindungen, durch Eintrocknen in die Fasern verankert ist und/oder an die Oberflächen als Ergebnis von Unregelmäßigkeiten darin gebunden ist, während die Fasern in feuchtem oder trockenem Zustand sind oder in Form einer wäßrigen Suspension, gegebenenfalls in Anwesenheit kationischer Polymerer.

5. Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile poröse Schicht aus chemischen Verbindungen mit positiven anorganischen Ionen besteht.

6. Fasern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven Ionen Alkalimetallionen oder Erdalkalimetallionen oder Al³&spplus;, Fe³&spplus;, Fe²&spplus;, Mn²&spplus;-Ionen oder Cu²&spplus;-Ionen und Mg²&spplus; oder Gemische von zwei oder mehreren dieser Ionen sind; und daß die Verbindungen dieser Ionen Salze sind, z.B. Sulfat, Chlorid, Carbonat, Phosphat und/oder Hydroxid.

7. Fasern nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalimetallionen in Form von Natriummetasilicat zugeführt werden.

8. Fasern nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdalkalimetallionen in Form von Calciumsulfat, Calciumcarbonat oder Calciumchlorid zugeführt werden, gegebenenfalls unter Zugabe von CO&sub2; oder in Form von Kalk, d.h. Ca(OH)&sub2; oder CaO.

9. Fasern nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumionen in Form von Poly(Aluminiumchlorid) oder Poly(Aluminiumsulfat) oder Aluminiumphosphat oder Natriumaluminat zugeführt werden.

10. Fasern nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenionen in Form von Poly(Eisensulfat) oder Poly(Eisenchlorid) zugeführt werden.

11. Fasern nach Anspruch 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse hydrophile Schicht auf den Fasern in Gegenwart von Silicat verankert wird.

12. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus organischem Material in Form von Flaum-Material mit erhöhter spezifischer Oberfläche durch Behandlung der Fasern, gegebenenfalls in wäßriger Suspension, mit Chemikalien, in denen positive anorganische Ionen eine Hauptkomponente darstellen, in einer Stufe oder in mehreren Stufen mit einer Entwässerungsstufe zwischen den unterschiedlichen chemischen Zugabestufen auf solche Weise, daß auf die Faseroberflächen eine relativ dünne poröse hydrophile Schicht aufgebracht wird unter Einschluß der genannten Chemikalien, wobei die Schicht auf den Faseroberflächen fest verankert ist durch chemische Bindungen, Oberflächenbeschichtung oder Flokkulation, während sich die Fasern in feuchtem oder trockenem Zustand befinden, gegebenenfalls in Anwesenheit von Polymeren, so daß nach der Behandlung die spezifische Oberfläche der Fasern wenigstens 1,2 m²/g, insbesondere wenigstens 1,6 m²/g, vorzugsweise wenigstens 2,1 m²/g beträgt und die hydrophile poröse Schicht einen Kontaktwinkel von höchstens 70º darbietet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern behandelt werden, indem sie mit den Chemikalien durch Aufsprühen einer wäßrigen Lösung der Chemikalien auf die trockenen oder feuchten Fasern in Kontakt gebracht werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern behandelt werden, indem sie mit den Chemikalien in Kontakt gebracht werden durch Zugabe einer wäßrigen Suspension der Fasern mit den Chemikalien in trockenem Zustand oder in Form einer wäßrigen Lösung mit nachfolgendem Vermischen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die behandelten Fasern getrocknet werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Cellulosefasern, synthetischen Fasern oder natürlichen Fasern oder einem Gemisch von zwei oder mehreren Arten dieser Fasern bestehen.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile poröse Schicht einen Kontaktwinkel von höchstens 65º, vorzugsweise höchstens 60º darbietet.

18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Chemikalien aus Verbindungen mit positiven anorganischen Ionen bestehen.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die positiven Ionen Alkalimetallionen oder Erdalkalimetallionen oder Al³&spplus;, Fe³&spplus;, Fe²&spplus;, Mn²&spplus;-Ionen oder Cu²&spplus;-Ionen und Mg²&spplus; oder Gemische von zwei oder mehreren dieser Ionen sind; und daß die Verbindungen dieser Ionen Salze sind, z.B. Sulfat, Chlorid, Carbonat, Phosphat und/oder Hydroxid.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalimetallionen in Form von Natriummetasilicat zugeführt werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdalkalimetallionen in Form von Calciumsulfat, Calciumcarbonat oder Calciumchlorid zugeführt werden, gegebenenfalls unter Zugabe von CO&sub2; oder in Form von Kalk, d.h. Ca(OH)&sub2; oder CaO.

22. Verfahren nach Anspruch 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumionen in Form von Poly(Aluminiumchlorid) oder Poly(Aluminiumsulfat) oder Aluminiumphosphat oder Natriumaluminat zugeführt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenionen in Form von Poly(Eisensulfat) oder Poly(Eisenchlorid) zugeführt werden.

24. Verfahren nach Anspruch 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in Gegenwart von Silicat durchgeführt wird.

25. Absorptionsmaterial zur Verwendung in Sanitärartikeln wie Babywindeln, Monatsbinden, Inkontinenz-Schutzmitteln, mit einem Material, das Fasern enthält, die mit einer porösen hydrophilen Schicht gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 versehen sind in Form von Flaum-Pulpe, gegebenenfalls in Form einer Flaum-Pulpe, die aus einem Gemisch der behandelten Fasern und unbehandelten Fasern besteht, oder in Form einer Flaum-Pulpe, die mit einer Flaum-Pulpe beschichtet ist, die aus nichtbehandelten Fasern besteht, gegebenenfalls in Kombination mit Superabsorptionsmitteln.

26. Absorptionsmaterial nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der porösen Schicht versehenen Fasern in einer Menge vorhanden sind, die 10 bis 100 % entspricht, berechnet auf das Gewicht des Absorptionsmaterials.

27. Verwendung von Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als flüssiges Absorptionsmaterial in Form einer Flaum-Pulpe oder im Gemisch mit unbehandelten Fasern oder mit Flaum-Pulpe beschichteten unbehandelten Fasern, gegebenenfalls in Kombination mit Superabsorptionsmitteln, für Gegenstände, bei denen eine gute Flüssigkeitsabsorption und eine gute Flüssigkeitsdispersion oder -verteilung gewünscht ist, wie in Sanitärartikeln, zum Beispiel Babywindeln, Monatsbinden, Inkontinenz- Schutzmitteln und Trockentüchern und ähnlichem.