DE69214751T3

DE69214751T3 - Nassgeformte Verbundwerkstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69214751T3
Application number: DE69214751T
Authority: DE
Inventors: Richard Allen Anderson; Richard John Schmidt
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc
Priority date: 1991-08-13
Filing date: 1992-08-03
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2012-08-04
Also published as: AU7441494A; TW258655B; CA2053964C; CA2053964A1; DE69214751D1; PH31457A; AU655047B2; US5651862A; EP0528248B1; DE69214751T2; AU2086492A; EP0528248A1; ZA925014B; MX9204120A; EP0528248B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen naßgebildeten Verbundstoff und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Saugfähige Verbundstoffe, die zur Verwendung in saugfähigen Produkten, wie etwa Windeln, Damenhygieneprodukten, Inkontinenzprodukten für Erwachsene, Wundverbänden, Sporthosen, Wischtüchern, Matten und dergleichen geeignet sind, sind bekannt. Als eine allgemeine Regel kann gelten, daß die saugfähigen. Verbundstoffe eine saugfähige Fasermatrix umfassen. Meist hat eine solche Fasermatrix eine relativ niedrige spezifische Saugkapazität.
Dementsprechend sind saugfähige Produkte, die eine relativ hohe Saugkapazität erfordern und eine solche Fasermatrix verwenden, in der Regel relativ dick und sperrig. Bei einem Versuch zur Steigerung der Saugkapazität der Fasermatrix wurden saugfähige Materialien, die in der Fachwelt als Superabsorbenzien bekannt sind, in die Fasermatrix eingebaut. Als eine allgemeine Regel kann gesagt werden, daß die Fasern der Matrix und das saugfähige Material in einem Luftstrom miteinander gemischt und auf einer porösen Formoberfläche abgelegt werden, um eine relativ voluminöse Mischung von saugfähigem Material und Faser zu bilden.
Solche Mischungen sind in der Fachwelt als im Luftstrom gelegte oder luftgebildete Strukturen bekannt.
Bei einem Versuch zur Herstellung dünnerer saugfähiger Verbundstoffe und Produkte wurde mehr saugfähiges Material zu der im Luftstrom gelegten Fasermatrix zugesetzt. Leider ist es möglich, daß die poröse Natur der im Luftstrom gelegten Fasermatrix dieselbe daran hindert, relativ hohe Mengen von saugfähigem Material zu enthalten.
Als eine Alternative zu im Luftstrom gelegten saugfähigen Verbundstoffen, die aus Fasern und saugfähigem Material gebildet sind, wurde vorgeschlagen, saugfähige Verbundstoffe aus naßgelegten faserigen Strukturen, wie etwa Tissue, in Verbindung mit absorbierendem Material herzustellen. Zum Beispiel beschreibt die US-PS 3,686.024, ausgegeben am 22. August 1972 an Nankee et al. ein Verfahren zur Herstellung eines wasserabsorbierenden beschichteten Artikels und des daraus resultierenden Produkts. Beschrieben ist ein faseriger Träger, auf welchem ein wasserquellbares, im wesentlichen wasserunlösliches Polymergel, das im wesentlichen mit Wasser gequollen ist, aufgedrückt wird.
In ähnlicher Weise ist die US-PS 4,260.443, ausgegeben am 7. April 1981 an Lindsay et al., auf ein laminiertes saugfähiges Produkt gerichtet. Offenbart ist ein Verfahren, in welchem ein trockenes, flüssigkeitsabsorbierendes Material auf ein erstes Blatt aufgebracht wird. Auf das erste Blatt wird ein zweites wasserdurchlässiges Blatt aufgelegt. Wasser wird an im Abstand voneinander liegenden Punkten auf das zweite Blatt aufgebracht, um das flüssigkeitsabsorbierende Material zu befeuchten und zu bewirken, daß es als ein Klebstoff wirkt, der das erste und das zweite Blatt aneinander bindet.
Die US-PS 4,851.069, ausgegeben am 25. Juli 1989 an Packard et al., ist auf ein Verfahren zur Herstellung von Laminaten aus Tissue und absorbierenden Partikeln gerichtet. Gemäß dem beschriebenen Verfahren wird eine Befeuchtungsflüssigkeit auf eine erste Tissue-Schichte aufgebracht. Die befeuchtete Oberfläche des ersten Tissue wird mit trockenen saugfähigen Partikeln besprüht, welche von solcher Art sind, daß sie durch Absorption der Befeuchtungsflüssigkeit klebend gemacht werden können. Ein zweites Tissue wird auf das erste Tissue aufgelegt und die Tissues werden aneinandergebunden, indem sie durch einen Spalt zwischen geheizten Walzen hindurchgeführt werden.
Die Europäische Patentanmeldung 0 359 615, veröffentlicht am 21. März 1990, ist auf die Herstellung von superabsorbierenden Verbundstrukturen gerichtet. Beschrieben ist ein Verfahren, in welchem eine wassergelegte Bahn von auf Zellulosebasis beruhenden Fasern gebildet wird. Ein trockenes festes Absorbens wird vor dem Trocknen der Bahn direkt auf dieselbe aufgebracht und eine vorgeformte Bahn wird über das Absorbens gelegt. Die entstehende laminierte Bahn wird dann getrocknet.
Als eine allgemeine Regel kann gesagt werden, daß bei den oben beschriebenen Produkten und Verfahren ein Laminat aus einem saugfähigen Material mit ein oder zwei vorgeformten Schichten von Fasermaterial gebildet wird. Solche laminierte Strukturen erwiesen sich als recht gut verwendbar.
Leider ist es manchmal schwierig, in wirksamer Weise große Mengen von saugfähigem Material zwischen den beiden Schichten des Fasermaterials aufzunehmen. Zusätzlich dazu neigen die Laminate zur Delaminierung, wenn relativ große Mengen von saugfähigem Material zwischen den beiden Schichten vorliegen. Das Problem der Delaminierung ist besonders stark, wenn die Laminate naß werden.
Als eine Alternative dazu beschreibt die US-PS 4,986.882, ausgegeben am 22. Jänner 1991 an Mackey et al., ein saugfähiges Papier, das einen Polymer-modifizierten faserigen Zellstoff umfaßt, sowie ein Naßlegeverfahren zur Herstellung desselben. Beschrieben werden naßgelegte Papierblätter, die aus zwei oder mehreren faserigen Zellstoffen auf Zellulosebasis gebildet sind. Einer der Zellstoffe ist ein Polymermodifizierter Zellstoff, der imstande ist, protoniert zu werden, und der, in seinem Alkalimetall-Kation-Austauschzustand Wasser durch hydrokolloidale Quellung in sich aufnimmt. Der zweite Zellstoff ist ein nicht mit Polymer modifizierter Zellstoff auf Zellulosebasis. Das saugfähige Papierblatt wird so hergestellt, daß der erste Zellstoff in einem protonierten Zustand naßgelegt wird, sodaß er nicht zur Quellung neigt.
Die naßgelegt Bahn wird dann in den Alkalimetall-Kation- Austauschzustand gebracht und getrocknet.
Jene Verfahren, bei denen eine deutliche Vorquellung des saugfähigen Materials stattfindet, sind meistens teuer wegen der Schwierigkeiten, die mit der Abtrennung des Wassers aus solchen saugfähigen Materialien verbunden sind.
Das Dokument EP-A-0212 618 offenbart einen saugfähigen Artikel mit einer Schichte von Superabsorbens, die in einer saugfähigen Schichte des Artikels in einem nicht-stufenweisen positiven Konzentrationsgradienten angeordnet ist.
Das Dokument FR-A-2 468 320 (vgl. auch das verwandte Dokument US-A-4 551 142) offenbart eine Bahn, die mit einer wässerigen Suspension naßgelegt ist, in welcher Zellulosefasern und hydrokolloidale Partikel enthalten sind (1-10% des gesamten Feststoffmaterials in Suspension). Der feste Bestandteile der Suspension beträgt von 0,01 bis 0,05 Gew.-%. Die Suspension wird hergestellt durch Mischen der sie zusammensetzenden Elemente in einer ersten Station und anschließendes Ablegen der Mischung zur Bildung der Bahn.
Dann wird die Feuchtigkeit durch Anlegen eines Vakuums aus der Bahn abgetrennt, worauf Trocknung erfolgt.
Das Dokument WO-A-91/09916 offenbart die Verwendung einer Faser in einem wässerigen Brei, der auch Zellulosefasern enthält, in einem Verfahren zum Naßlegen eines saugfähigen Blattes. Beispiel XXX in dem genannten Dokument offenbart einen Brei mit 70% Zellulose-Zellstoff und 30% Faser (d. h. 1,75 g/4,0 g Zellstoff, Basis knochentrocken, = 70%; 0,75 g/4,0 g Faser, Basis knochentrocken, = 30%).
Wünschenswert ist es, einen saugfähigen Verbundstoff und ein Verfahren zur Herstellung des saugfähigen Verbundstoffs zur Verfügung zu stellen, die im Vergleich zum Stand der Technik verbessert sind. Diese Aufgabe wird durch den naßgebildeten Verbundstoff des unabhängigen Anspruchs 1 und durch das Verfahren des unabhängigen Anspruchs 15 erreicht.
Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung werden aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, den Beispielen und den Figuren ersichtlich.
Die vorliegende Erfindung stellt einen naßgebildeten saugfähigen Verbundstoff zur Verfügung, der ein saugfähiges Material und Zellulosefasern umfaßt.
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt einen naßgebildeten Verbundstoff. Der naßgebildete Verbundstoff umfaßt eine Kombination von Fasern und saugfähigem Material. Der naßgebildete Verbundstoff ist aus einer Kombination von saugfähigem Material und einem Brei, der Zellulosefasern in einem Dispersionsmedium dispergiert enthält, gebildet. Das saugfähige Material in dem Dispersionsmedium ist quellbar.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines naßgebildeten Verbundstoffs. Bei den Verfahren wird ein Brei aus Fasern und einem Dispersionsmedium gebildet, woraus ein naßgebildeter Verbundstoff hergestellt werden kann. Ein saugfähiges Material, das in dem Dispersionsmedium quellbar ist, wird dann mit dem Faserbrei vor der Bildung des naßgebildeten Verbundstoffs vereinigt. Der naßgebildete Verbundstoff, der eine Kombination aus Fasern und saugfähigem Material enthält, wird dann durch Abtrennen und Trocknen des Dispersionsmediums gebildet.
Fig. 1 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines naßgebildeten erfindungsgemäßen Verbundstoffs.
Fig. 2 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines ersten laminierten saugfähigen Verbundstoffs gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 3 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines zweiten laminierten saugfähigen Verbundstoffs gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 4 stellt eine Querschnittsansicht eines naßgebildeten Verbundstoffs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 5 stellt eine Querschnittsansicht eines naßgebildeten Verbundstoffs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 6 stellt eine Querschnittsansicht eines naßgebildeten Verbundstoffs gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 7 stellt eine Querschnittsansicht einer ersten zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeigneten Vorrichtung dar.
Fig. 8 stellt eine Querschnittsansicht einer zweiten zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeigneten Vorrichtung dar.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die zur Bildung der naßgebildeten Verbundstoffe und zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens in die Praxis geeignet ist.
Fig. 10 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts des naßgebildeten Verbundstoffs von Beispiel 1.
Fig. 11 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts des naßgebildeten Verbundstoffs von Beispiel 2.
Fig. 12 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts des naßgebildeten Verbundstoffs von Beispiel 3.
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem Aspekt einen naßgebildeten Verbundstoff. Der naßgebildete Verbundstoff umfaßt eine Kombination von Zellulosefasern und saugfähigem Material. Der naßgebildete Verbundstoff ist aus einer Kombination von saugfähigem Material und einem Brei, der Zellulosefasern in einem Dispersionsmedium dispergiert enthält, gebildet. Das saugfähige Material ist wünschenswerterweise in dem Dispersionsmedium quellbar.
Fasern, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt.
Die Fasern zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind Zellulosefasern, wie etwa Holz-Zellstoff, Baumwoll-Linters, Baumwollfasern und dergleichen; synthetische Polyolefin-Holz- Zellstoff-Fasern und dergleichen; ebenso regenerierte Zellulosefasern, wie etwa Rayon und Mikrofasern aus Zelluloseacetat.
Mischungen von Zellulosefasern und anderen Faserarten sind ebenfalls zur Verwendung geeignet. Zum Beispiel kann eine Mischung von Zellulosefasern und synthetischen polymeren Fasern verwendet werden. Als eine allgemeine Regel kann gesagt werden, daß die Fasern ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mindestens etwa 2 : 1, vorzugsweise von mindestens etwa 5 : 1 aufweisen werden.
Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck "Durchmesser" auf einen echten Durchmesser, wenn Fasern mit im allgemeinen kreisförmigem Querschnitt verwendet werden, oder auf eine maximale Dimension des Querschnitts, wenn Fasern mit nicht kreisförmigem Querschnitt, z. B. bandartige Fasern, verwendet werden. Die Fasern werden im allgemeinen eine Länge von etwa 0,5 Millimeter bis etwa 25 Millimeter, vorzugsweise von etwa 1 Millimeter bis etwa 6 Millimeter aufweisen. Faserdurchmesser werden im allgemeinen von etwa 0,001 Millimeter bis etwa 1,0 Millimeter, vorzugsweise von etwa 0,005 Millimeter bis etwa 0,01 Millimeter betragen.
Aus Grinden wie etwa der Wirtschaftlichkeit, Verfügbarkeit, der physikalischen Eigenschaften und der Leichtigkeit der Behandlung sind Zellulose-Holz-Zellstoff-Fasern zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt.
Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck "saugfähiges Material", "Absorbens" und ähnliche Ausdrücke auf ein wasserquellbares, im allgemeinen wasserunlösliches Material, das zur Absorption von mindestens dem etwa 20-Fachen und bevorzugter dem etwa 100-Fachen oder mehr seines Gewichts in Wasser befähigt ist. Das saugfähige Material hat eine hohe Gelfestigkeit und kann aus organischem Material gebildet sein, das natürliche Materialien, wie etwa Agar, Pektin und Guar-Gummi, ebenso wie synthetische Materialien, wie etwa synthetische Hydrogel-Polymere einschließen kann. Synthetische Hydrogel-Polymere inkludieren zum Beispiel Carboxymethylzellulose, Alkalimetallsalze von Polyacrylsäure, Polyacrylamide, Polyvinylalkohol, Ethylen- Maleinsäureanhydrid-Copolymere, Polyvinylether, Hydroxypropylzellulose, Polyvinylmorpholinon, Polymere und Copolymere von Vinylsulfonsäure, Polyacrylate, Polyacrylamide, Polyvinylpyridin und dergleichen. Andere geeignete Polymere schließen hydrolysierte Acrylnitrilgepfropfte Stärke, Acrylsäure-gepfropfte Stärke und Isobutylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymere sowie Mischungen hievon ein.
Die Hydrogel-Polymeren sind vernetzt.
Die Vernetzung kann zum Beispiel durch Bestrahlung oder durch kovalente, ionische, Van der Waal'sche oder Wasserstoff- Bindung erfolgen. Geeignete Materialien sind von verschiedenen Händlern erhältlich, wie etwa der Dow Chemical Company, Cellanese Corporation, Allied-Colloid Inc., und Stockhausen Inc.. Die nicht auf Zellulosebasis beruhenden synthetischen Hydrogel-Polymeren sind zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt.
Das saugfähige Material kann in Form von diskreten Teilchen, agglomerierten Teilchen, Fasern, Kugeln oder dergleichen vorliegen. Wenn es in Form von diskreten Teilchen vorliegt, werden die Teilchen im allgemeinen eine maximale Querschnittsdimension von etwa 10 Mikrometer bis etwa 2000 Mikrometer, bevorzugt von etwa 50 Mikrometer bis etwa 1000 Mikrometer aufweisen.
Wie sie hierin verwendet werden, beziehen sich die Ausdrücke "naßgebildet", "naßgelegt" und dergleichen auf Verbundstoffe, die durch ein Verfahren hergestellt sind, in welchem Fasern in einem flüssigen Dispersionsmedium zur Bildung eines Breis dispergiert sind. Der Brei wird auf einer Formoberfläche zur Bildung des Verbundstoffs abgelegt, wobei mindestens ein Teil des Dispersionsmediums abgetrennt wird. Der Fachmann auf diesem Gebiet ist mit solchen Verfahren vertraut.
Das saugfähige Material, das in den naßgebildeten Verbundstoffen vorliegt, ist geeigneterweise in dem Dispersionsmedium quellbar. Wie es hierin verwendet wird, wird ein saugfähiges Material dann als quellbar in dem Dispersionsmedium erachtet, wenn es mindestens das 20-Fache und vorzugsweise mindestens das 100-Fache oder mehr seines Gewichts in dem Dispersionsmedium absorbieren kann, wenn es in einem Überschuß des Dispersionsmediums während eines Zeitraums von 1 Stunde dispergiert wird.
Die naßgebildeten Verbundstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen ein saugfähiges Material. Das saugfähige Material gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit dem Brei, der die Zellulosefasern umfasst, unmittelbar vor der Bildung des naßgebildeten Verbundstoffs vereinigt.
Im speziellen werden die saugfähigen Materialien mit dem Brei aus Zellulosefasern vereinigt, so daß das saugfähige Material bis zum Punkt der Trocknung des Verbundstoffes weniger als das etwa das 5-Fache seines Gewichts in dem Dispersionsmedium, vorzugsweise weniger als etwa das 3-Fache seines Gewichts in dem Dispersionsmedium und am bevorzugtesten weniger als etwa das 1,5-Fache seines Gewichts in dem Dispersionsmedium absorbiert.
Die maximale Menge an Dispersionsmedium, die das saugfähige Material, nachdem es mit dem Brei aus Fasern und Dispersionsmedium vereinigt wurde, bis zum Punkt der Trocknung absorbiert, wird durch Vergleich des Gewichts des nassen Verbundstoffs vor der Trocknung mit dem Gewicht des trockenen Verbundstoffs nach der Trocknung bestimmt.
Das Gewicht des durch Trocknung entfernten Dispersionsmediums stellt im allgemeinen die maximale Menge an Dispersionsmedium dar, die von dem saugfähigen Material absorbiert werden kann. Eine solche Berechnung nimmt an, daß das gesamte durch Trocknung entfernte Dispersionsmedium in dem saugfähigen Material vorgelegen ist. Die tatsächliche Mengen an Dispersionsmedium, die in dem saugfähigen Material vor der Trocknung zurückgehalten wurde, ist geringer als die berechnete maximale Menge und hängt von der Länge der Einwirkungszeit des Dispersionsmediums auf das saugfähige Material ab, ebenso wie von der relativen Menge von Faser und saugfähigem Material in den naßgebildeten Verbundstoffen.
Es kann eine Vielzahl von Materialien zur Verwendung als Dispersionsmedium geeignet sein. Beispiele von geeigneten Dispersionsmedien sind Wasser, andere wässerige Materialien und dergleichen. Aus Gründen wie etwa der Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit ist Wasser das bevorzugte Dispersionsmedium.
Die Fasern liegen geeigneterweise in dem Dispersionsmedium in einer Menge von etwa 0,005 bis etwa 3,0 Gew.-%, bevorzugt von etwa 0,01 bis etwa 2,0 Gew.-% und am bevorzugtesten von etwa 0,01 bis etwa 1,0 Gew.-% vor, bezogen auf das Gesamtgewicht von Fasern und Dispersionsmedium. Das Dispersionsmedium kann andere Additive enthalten, die dem Fachmann auf dem Gebiet der Papierherstellung bekannt sind. Andere geeignete Additive inkludieren ohne Begrenzung Bindemittel, Mittel zur Veränderung der Viskosität, Klebstoffe, Naßfestigkeitsadditive, pH-Regelungsadditive, Flockungsmittel und dergleichen, sofern sie nicht die Bildung oder die Leistungseigenschaften der naßgebildeten Verbundstoffe nachteilig beeinflussen.
Die erfindungsgemäßen getrockneten naßgebildeten Verbundstoffe umfassen Fasern in einer Menge von etwa 5 bis etwa 95, wünschenswerterweise von etwa 5 bis etwa 65, bevorzugt von etwa 5 bis etwa 40 und am bevorzugtesten von etwa 10 bis etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von in dem naßgebildeten Verbundstoff vorliegenden Fasern und saugfähigem Material. Das saugfähige Material liegt in einer Menge von etwa 5 bis 95, wünschenswerterweise von etwa 35 bis etwa 95, bevorzugt von etwa 60 bis etwa 95 und am bevorzugtesten von etwa 70 bis etwa 90 Gew.-% vor, bezogen auf das Gesamtgewicht von in dem naßgebildeten Verbundstoff vorliegenden Fasern und saugfähigem Material.
Die Anmelder haben beobachtet, daß bei höheren Konzentrationen von saugfähigem Material die Verbundstoffe weniger steif (weicher) sind.
Die erfindungsgemäßen naßgebildeten Verbundstoffe haben im allgemeinen ein Flächengewicht von etwa 20 bis etwa 1000, vorzugsweise von etwa 50 bis etwa 200 und am bevorzugtesten von etwa 100 bis etwa 200 Gramm pro Quadratmeter. Eine große Vielzahl von Flächengewichten ist möglich. Geringere Flächengewichte werden oft wegen der relativen Leichtigkeit der Entwässerung und Trocknung der Verbundstoffe mit niedrigem Flächengewicht bei hohen Herstellungsgeschwindigkeiten bevorzugt. Wenn die Herstellungsgeschwindigkeit nicht wichtig ist, können Verbundstoffe mit höherem Flächengewicht hergestellt werden. Die naßgebildeten Verbundstoffe werden unmittelbar nach ihrer Bildung entwässert, um eine deutliche Absorption von Dispersionsmedium durch das saugfähige Material zu vermeiden. Bei höheren Flächengewichten wird die Entwässerung der Verbundstoffe in rascher Vorgangsweise schwieriger und das saugfähige Material hat mehr Zeit, das Dispersionsmedium zu absorbieren. Je mehr Dispersionsmedium von dem saugfähigen Material absorbiert ist, umso weniger wirksam ist das Trocknungsverfahren.
Die naßgebildeten Verbundstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung haben im allgemeinen eine Dichte von etwa 0,05 bis eta 0,75, bevorzugt von etwa 0,05 bis etwa 0,5 und am bevorzugtesten von etwa 0,05 bis etwa 0,25 Gramm pro Kubikzentimeter. Die Dichte wird nach der folgenden Formel berechnet: Dichte (g/cm³) = Flächengewicht (gsm)/[Dicke (Millimeter) · 1000]. Für die Zwecke dieser Anmeldung werden die Dicken durch physikalische Messung unter Verwendung einer 7,62 cm (3 inch) Platte unter einer Belastung von etwa 0,014 kg/cm² (etwa 0,2 Pfund pro Quadratinch) bestimmt. Die Anmelder haben gefunden, daß die physikalischen Dickenmessungen, wie etwa die oben beschriebenen, dazu neigen, höhere Ergebnisse als die optischen Messungen zu liefern, wie etwa jene, die durch Verwendung einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme erhalten werden. Die Anmelder stellen die Hypothese auf, das dieser Unterschied aus kleinen Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Verbundstoffs, die möglicherweise aus der Anwesenheit von Teilchen von saugfähigem Material stammen, herrühren kann.
Die Anmelder haben gefunden, daß durch Vereinigung des saugfähigen Materials und des Breis aus Zellulosefasern unmittelbar vor der Bildung des naßgebildeten Verbundstoffs ein Verbundstoff hergestellt werden kann, der verbesserte Leistungseigenschaften besitzt. Im speziellen haben die Anmelder gefunden, daß ein beträchtlicher Gehalt an saugfähigem Material, selbst bei hohen Konzentrationen des saugfähigen Materials im Verhältnis zur Konzentration der Faser, erreicht wird. Strukturen des Stands der Technik, die aus Laminaten bestehen, in welchen saugfähiges Material sandwichartig zwischen zwei vorgeformten Schichten von Faserblättern angeordnet ist, sind im allgemeinen gut, wenn sie relativ niedrige Konzentrationen an saugfähigem Material enthalten. Bei höheren Konzentrationen an saugfähigem Material neigen die Laminate dazu, saugfähiges Material austreten zu lassen, zum Teil weil die Laminate zur Delaminierung neigen. Dies gilt insbesondere für geschnittene oder geschlitzte Ränder. Wenn die Laminate in saugfähigen Produkten, wie etwa Windeln, verwendet werden, kann das dazu führen, daß absorbierendes Material, das aus dem Laminat austritt, schlußendlich mit dem Körper des Benützers in Kontakt kommt. Das ist unerwünscht.
Ohne die Absicht zu haben, hierdurch gebunden zu sein, stellen die Anmelder die Hypothese auf, daß die mit den erfindungsgemäßen naßgebildeten Verbundstoffen erreichbaren verbesserten Leistungseigenschaften auf ein größeres Ausmaß an Mischung zwischen den Zellulosefasern und dem saugfähigen Material im Vergleich zu Laminatstrukturen zurückzuführen sind.
Dieses größere Ausmaß an Mischung wird durch das Verfahren der Vereinigung des Faserbreis mit dem saugfähigen Material vor der Bildung des naßgebildeten Verbundstoffs erreicht. Fig. 1 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts eines erfindungsgemäßen naßgebildeten Verbundstoffs. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 ersichtlich, ist das in dem naßgebildeten Verbundstoff vorliegende saugfähige Material in innigem Kontakt mit den Fasern. Außerdem ist ersichtlich, daß sich die Fasern im allgemeinen über die gesamte Dicke des naßgebildeten Verbundstoffs erstrecken.
Die Fig. 2 und 3 zeigen rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von Laminaten des Stands der Technik. Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 ersichtlich, liegt hier eine wesentlich weniger intensive Mischung vor und daher besteht ein geringerer Kontakt zwischen den Fasern des Tissue-Blattes und dem saugfähigen Material. Zusätzlich dazu liegen nicht notwendigerweise Fasern über die ganze Dicke des Laminats vor.
Die Anmelder stellen die Hypothese auf, daß das größere Ausmaß der Mischung zwischen den Fasern und dem saugfähigen Material einen verbesserten Fluidtransfer in und durch die Dicke des naßgebildeten Verbundstoffs ermöglicht. Das kann hinwiederum ermöglichen, daß das saugfähige Material wirksamer arbeitet, indem zusätzlicher Kontakt zwischen dem saugfähigen Material und in dem Verbundstoff vorliegender Flüssigkeit geschaffen wird.
Wie weiter unten detaillierter besprochen werden wird, kann in Abhängigkeit von dem zur Bildung der naßgebildeten Verbundstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Verfahren eine unterschiedliche Positionierung des saugfähigen Materials im Verhältnis zu den in dem naßgebildeten Verbundstoff vorliegenden Fasern erreicht werden. Dadurch wird die Herstellung eines Verbundstoffs ermöglicht, der unterschiedliches Saugverhalten hat. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung kann am besten unter Bezugnahme auf die Figuren verstanden werden, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Materialien bezeichnen.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 4 wird ein naßgebildeter Verbundstoff 10 dargestellt. Der naßgebildete Verbundstoff umfaßt Fasern 12, in welchen einzelne Partikel von saugfähigem Material 14 verteilt sind. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 ersichtlich, sind die Teilchen von saugfähigem Material im allgemeinen gleichmäßig zwischen den Fasern verteilt. Diese im allgemeinen gleichmäßige Verteilung des saugfähigen Materials und der Zellulosefasern tritt auf, wenn ein relativ hohes Ausmaß an Mischung von saugfähigem Material und Faser vor der Bildung des naßgebildeten Verbundstoffs stattfindet.
Eine andere relative Positionierung wird in Fig. 5 gezeigt, worin ein zweiter naßgelegter Verbundstoff dargestellt ist.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 5 ersichtlich, sind die Teilchen des saugfähigen Materials 14 nicht gleichmäßig verteilt, sondern sind in dem Verbundstoffs 10 angeordnet. In spezieller Weise sind die Teilchen aus saugfähigem Material 14 im Zentrum des naßgebildeten Verbundstoffs 10 in relativ hoher Konzentration in einer Zone angereichert. Die Fasern 12 sind in höherer Konzentration an den äußeren Oberflächen 16, 18 des naßgebildeten Verbundstoffs 10. Mindestens 55 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 60 Gew.-% und am bevorzugtesten mindestens 70 Gew.-% des in dem naßgebildeten Verbundstoff vorliegenden saugfähigen Materials ist in der mittigen Hälfte der Dicke des naßgebildeten Verbundstoffs 10 lokalisiert. Das heißt, wenn die Dicke des naßgebildeten Verbundstoffs bestimmt und in gleiche Viertel unterteilt wird, enthalten die beiden mittleren Viertel mindestens 55 Gew.-% des saugfähigen Materials; während das erste Viertel und das vierte Viertel, die beide eine äußere Oberfläche des naßgebildeten Verbundstoffs enthalten, den Rest des saugfähigen Materials enthalten.
Verfahren zur Bestimmung der Menge des saugfähigen Materials, die in den verschiedenen Vierteln der Dicke des Verbundstoffs vorliegt, sind dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt. Solche Verfahren umfassen chemische Methoden oder optische Methoden, wie etwa Bildanalyse und dergleichen.
Fig. 6 stellt eine dritte andere relative Positionierung des saugfähigen Materials und der Fasern dar, die in dem naßgebildeten Verbundstoff 10 vorliegen. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 6 ersichtlich, liegt ein Hauptteil der Partikel des saugfähigen Materials 14 in Zonen oder angereichert an einer äußeren Oberfläche 16 des saugfähigen Verbundstoffs 10 vor. Die gegenüberliegende äußere Oberfläche 18 enthält eine höhere Konzentration an Fasern 12.
Andere mögliche Anordnungen von saugfähigem Material und Zellulosefasern sind für den Fachmann auf diesem Gebiet eindeutig.
Die Fähigkeit der erfindungsgemäßen naßgebildeten Verbundstoffe, das saugfähige Material im wesentlichen zu zurückzuhalten, rührt aus dem Naßformungsprozeß her. Das saugfähige Material hat eine hohe Gelfestigkeit und es wird ihm gestattet, zu quellen, so daß das absorbierende Material weniger als 5-mal seines Gewichts bis zum Punkt der Trocknung absorbiert, wobei wenig oder praktisch gar keine Bindung zwischen den saugfähigen Partikeln und den Fasern auftritt.
Nichtsdestoweniger zeigen die naßgebildeten Verbundstoffe der Zellulosefasern einen relativ hohen Grad an Interfaser- Wasserstoffbindung, sodaß die Fasern im wesentlichen aneinander gebunden sind. Somit wird das saugfähige Material durch die Bindung zwischen den Fasern zurückgehalten. Wenn das saugfähige Material während der Bildung des naßgebildeten Verbundstoffs zu einem größeren Ausmaß quellen gelassen wird, wird angenommen, daß die Oberfläche des saugfähigen Materials klebriger werden kann, wodurch zusätzliche Bindung zwischen dem saugfähigen Material und den Fasern ermöglicht wird. In ähnlicher Weise kann die Verwendung von saugfähigen Materialien mit einer geringeren Gelfestigkeit zu einer Bindung zwischen dem saugfähigen Material und den Fasern führen.
Die Verbundstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung halten das saugfähige Material zurück.
Im besonderen ist es erwünscht, daß die Verbundstoffe einen Ausschüttelwert von weniger als etwa 10%, wünschenswerterweise von weniger als etwa 2%, bevorzugt von weniger als etwa 0,5% und am bevorzugtesten von weniger als etwa 0,2% bei dar Bestimmung aufweisen, wie sie weiter unten im Zusammenhang mit den Beispielen dargelegt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines naßgebildeten Verbundstoffs. Die Schritte dieses Verfahrens umfassen die Bildung eines Breis aus Fasern und einem Dispersionsmedium, wobei aus dem Brei ein naßgebildeter Verbundstoff hergestellt werden kann. Ein saugfähiges Material, das in dem Dispersionsmedium quellbar ist, wird dann mit dem Faserbrei unmittelbar vor der Bildung des naßgebildeten Verbundstoffs vereinigt. Ein naßgebildeter Verbundstoff, der eine Kombination von faserigem Material und saugfähigem Material enthält, wird dann gebildet und getrocknet. Bestandteile, wie etwa Faser, Dispersionsmedium und saugfähiges Material, die zur Verwendung in dem beschriebenen Verfahren geeignet sind, sind die gleichen wie sie oben dargelegt wurden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann am besten durch Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 verstanden werden. Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Vorrichtung umfaßt einen Stoffauflaufkasten 20 mit mehrfachen Strömungskanälen.
Stoffauflaufkästen mit mehrfachen Strömungskanälen sind dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt. Eine solche Anordnung ist in der US-PS 4,486.268, ausgegeben am 4. Dezember 1984 an Nuttall et al., beschrieben. In der Regel werden solche Stoffauflaufkästen zur Bildung mehrschichtiger naßgebildeter Strukturen verwendet. Der Stoffauflaufkasten von Fig. 7 ist so ausgerichtet, daß er drei Materialströme vereinigt.
Insbesondere ist ein erstes Ausgangsmaterial, wie etwa ein Brei aus Zellulosefasern, durch die Öffnung 22 vorgesehen. Ein zweites Ausgangsmaterial, wie etwa ein Faserbrei, ist durch die Öffnung 24 vorgesehen.
Mittel zur Herstellung und Bereitstellung von Ausgangsmaterialien, wie etwa Brei aus Zellulosefasern, sind dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt und werden nicht dargestellt. Ein drittes Ausgangsmaterial, wie etwa partikuläres saugfähiges Material 26, ist von der Zuführeinrichtung 28 her vorgesehen. Das saugfähige Material 26 wird wünschenswerterweise in einer trockenen Form bereitgestellt und kann in günstiger Weise in einem Luftstrom enthalten sein, um den Kontakt mit Wasser minimal zu halten. Das dritte Ausgangsmaterial kann Stoffe, wie etwa Füllstoffe, Streckmittel, Naßendadditive und dergleichen, zusätzlich zu dem saugfähigen Material enthalten.
Wie es hierin verwendet wird, wird das saugfähige Material dann als trocken erachtet, wenn es weniger als etwa 25% und bevorzugt weniger als etwa 10% Feuchtigkeit enthält.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 7 ersichtlich, wird das dritte Ausgangsmaterial, das das saugfähige Material 26 umfaßt, durch eine Öffnung 30, die sich allgemein beim Schnittpunkt der durch die Öffnungen 22, 24 eintretenden Faserbreie befindet, zum Stoffauflaufkasten 20 herangeführt. Das Mischen von Faserbreien und saugfähigem Material erfolgt im allgemeinen im Bereich 32 und in der Düse 34. Die Mischung aus Brei aus Zellulosefasern und saugfähigem Material gelangt durch die Düse 34, tritt durch die Öffnung 36 aus und wird zwischen den Formungssieben 38 und 40 abgelegt, durch welche ein Ablaufen des Dispersionsmediums erfolgt. Zusätzliches Dispersionsmedium wird aus dem Verbundstoff durch die Anwendung von Druck, Vakuum oder beidem abgezogen. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, daß die im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebene Methode ein Doppelsieb-Formungsverfahren ist, und wird erkennen, daß auch ein Einzelsiebverfahren verwendet werden könnte.
Die Öffnung 30 kann zur umgebenden Atmosphäre offen sein.
Die in den Bereich 32 aus den Öffnungen 22, 24 eintretenden Ausgangsmaterialien stehen im allgemeinen unter Druck. Demzufolge ist es wünschenswert, die Öffnung, durch welche die Ausgangsmaterialien in den Bereich 32 eintreten, in ihrer Größe im Verhältnis zu der in der Düse 34 vorliegenden Öffnung und zur Öffnung 36 abzustimmen, sodaß an der Öffnung 30 Kräfte hervorgerufen werden, um das saugfähige Material in den Bereich 32 zu ziehen.
Die in Fig. 7 dargestellte Vorrichtung wird günstigerweise zur Herstellung naßgebildeter Verbundstoffe mit im allgemeinen gleichmäßiger Verteilung von saugfähigem Material und Fasern verwendet, so wie dies in den Fig. 1, 4 oder 10 dargestellt ist. Eine im allgemeinen gleichmäßige Verteilung, wie jene, die in Fig. 4 dargestellt ist, wird am besten dadurch erreicht, daß ein hohes Mischungsausmaß im Bereich 32 und in der Düse 34 erzielt wird.
Das erste und das zweite Ausgangsmaterial können die gleichen Materialien umfassen oder sie können unterschiedliche Materialien umfassen. Wenn zum Beispiel die Ausgangsmaterialien Faseraufbreie umfassen, können der erste und der zweite Faserbrei identische Mischungen von Faser und Dispersionsmedium umfassen oder sie können unterschiedliche Fasern oder unterschiedliche Mischungen von Fasern und Dispersionsmedium umfassen. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, Fasern mit unterschiedlichen Eigenschaften zu verwenden, wie etwa hinsichtlich Faserart, Faserlänge, Faserdurchmesser etc., wenn die beiden Faserbreie gebildet werden. Als ein Ergebnis können die Ausgangsmaterialien unterschiedliche Fluideigenschaften aufweisen. Auf diese Art kann ein naßgebildeter Verbundstoff mit einem Fasertyp an einer äußeren Oberfläche und einem unterschiedlichen Fasertyp an der gegenüberliegenden äußeren Oberfläche gebildet werden.
Zum Beispiel kann eine Oberfläche Fasern enthalten, die im Hinblick auf eine maximale Dochtwirkung gegenüber Flüssigkeiten ausgewählt wurden, während die gegenüberliegende Oberfläche Fasern enthalten kann, die im Hinblick auf die Maximierung der Kapazität ausgewählt wurden.
Fig. 8 stellt eine Formungsvorrichtung ähnlich der in Fig. 7 gezeigten dar. Insbesondere sind Öffnungen 22 und 24 zur Aufnahme eines Ausgangsmaterials vorgesehen. Teilchen von saugfähigem Material 26 werden von einem Mittel 28 durch eine Öffnung 30 zu dem Bereich 32 herangebracht. Die Vorrichtung von Fig. 8 unterscheidet sich von der von Fig. 7 dadurch, daß eine Trennwand 31 im Bereich 32 und in der Düse 34 angeordnet ist, wodurch ein Mischen des durch die Öffnung 22 eintretenden Ausgangsmaterials mit den Ausgangsmaterialien, die durch die Öffnungen 24 und 30 eintreten, nicht stattfindet, bevor die Ausgangsmaterialien aus der Düse 34 bei der Öffnung 36 austreten. Ein Mischen der saugfähigen Teilchen 26 und des durch die Öffnung 24 eintretenden Ausgangsmaterials findet im Bereich 32 in einer Weise statt, die mit der im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebenen Weise ähnlich ist. Die Ausgangsmaterialien verlassen die Düse 34 durch die Öffnung 36 und werden zwischen Formungssieben 38 und 40 abgelegt, in welchen ein Ablaufen des Dispersionsmediums stattfindet. Zusätzliches Dispersionsmedium wird durch Anwendung von Druck, Vakuum oder beidem aus dem Verbundstoff abgezogen.
Die Anwesenheit des Trennwand 31 verhindert ein hohes Mischungsausmaß zwischen dem durch die Öffnung 22 eintretenden Ausgangsmaterial und den durch die Öffnungen 24 und 30 eintretenden Ausgangsmaterialien. Eine Vorrichtung, wie die in Fig. 8 dargestellte, gestattet die Herstellung eines naßgebildeten Verbundstoffs, wie von solchen, die in den Fig. 5 und 6 dargestellt sind. Insbesondere erfahren die durch die Öffnung 22 eintretenden Fasern eine sehr geringe Mischung mit den Teilchen aus saugfähigem Material vor der Ablegung auf dem Formungssieb 38. Es kann ein relativ hohes Ausmaß an Mischung zwischen dem durch die Öffnung 24 und dem durch die Öffnung 30 eintretenden Ausgangsmaterial stattfinden. Auf diese Weise kann das saugfähige Material im Mittelbereich oder an einer äußeren Oberfläche des naßgebildeten Verbundstoffs angereichert werden.
In manchen Fällen, wo eine hohe Konzentration von saugfähigem Material an einer äußeren Oberfläche des naßgebildeten Verbundstoffs erwünscht ist, wie in den Fig. 6 und 11 gezeigt ist, kann das durch die Öffnung 24 eintretenden Ausgangsmaterial Wasser oder ein anderes Dispersionsmedium mit einer geringe ren Faserkonzentration als in dem durch die Öffnung 22 eintretenden Ausgangsmaterial vorliegen, oder es kann tatsächlich das durch die Öffnung 24 eintretende Ausgangsmaterial zum Beispiel Wasser allein enthalten. Noch weiters kann ein Verbundstoff selbst dann gebildet werden, wenn kein Material durch die Öffnung 22 eintritt.
Wenn eine hohe Konzentration von saugfähigem Material im Mittelbereich gewünscht wird, wie in den Fig. 5 und 12 gezeigt ist, umfaßt das durch die Öffnung 24 eintretende Ausgangsmaterial Fasern. Die durch die Öffnungen 22, 24 eintretenden Ausgangsmaterialien können unterschiedliche Konzentrationen und Arten von Fasern enthalten. Andere Anordnungen von Faser und saugfähigem Material können durch Steuerung anderer Formungsvariabler erreicht werden.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß dem in Fig. 9 dargestellten Verfahren wird eine Kombination von saugfähigem Material und einem Faserbrei aus einem Stoffauflaufkasten 50 zwischen Formungssieben 52, 56 abgelegt. Es versteht sich, daß der Stoffauflaufkasten 50 einen Stoffauflaufkasten wie jenen, der in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, oder einen mit anderer Ausführung umfassen kann. Der naßgebildete Verbundstoff 54 wird dann über die Vakuumkammer 62 geführt, zu welchem Zeitpunkt Dispersionsmedium aus dem naßgebildeten Verbundstoff 54 abgezogen wird. Der naßgebildete Verbundstoff 54 wird dann durch die Trockeneinrichtung 64 geführt, damit die gewünschte Menge an verbleibendem Dispersionsmedium abgezogen und ein naßgebildeter Verbundstoff mit der gewünschten Trockenheit erhalten wird. Der naßgebildete Verbundstoff 54 wird dann auf der Aufnahmewalze 66 aufgerollt oder kann gekreppt und dann aufgerollt werden.
Der Fachmann auf diesem Gebiet wird geeignete Einrichtungen zur Verwendung als Vakuumkammer 62 erkennen. Zusätzlich dazu wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, daß die Trockeneinrichtung 64 beliebige einer großen Vielzahl von bekannten Trocknern zur Verwendung in der Papierindustrie umfassen kann. Beispiele solcher Trockner sind Yankee- Trockner, Durchblase-Trockner, Infrarot-Trockner, Mikrowellen-Trockner und dergleichen. Als allgemeine Regel ist zu sagen, daß es wünschenswert ist, wenn die naßgebildeten Verbundstoffe auf einen Feuchtigkeitsgehalt innerhalb des Bereichs von etwa 0 bis etwa 25, vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbund- ' stoffs, getrocknet werden. Die naßgebildeten Verbundstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung werden geeigneterweise in saugfähigen Produkten, wie etwa Windeln, Sporthosen, Damenhygieneprodukten, Inkontinenzkleidungsstücken für Erwachsene und dergleichen eingesetzt.
Wenn die Verbundstoffe in Windeln verwendet werden, werden die Verbundstoffe geeigneterweise sandwichartig zwischen einer körperseitigen flüssigkeitsdurchlässigen Abdeckung und einem äußeren flüssigkeitsundurchlässigen Überzug angeordnet. Bei einer bevorzugten Verwendung werden die naßgebildeten Verbundstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung als eine mit der Spülung abgehende saugfähige Einlage in einer wegwerfbaren Windel verwendet.

Testmethoden

Ausschütteltest

Eine Testprobe mit etwa 6,3 cm · 30 cm (etwa 2,5 inch · 11 inch) wird bereitgestellt und gewogen. Die zu untersuchende Probe wird auf ein nicht fusselndes Löschpapier oder auf ein Pappestück mit den Dimensionen 7,62 cm · 30,48 cm (3 inch · 12 inch) aufgebracht. Die zu untersuchende Probe wird auf dem Löschblatt aufgebracht, indem sie im Zentrum eines Stücks eines Spinnvliesmaterials mit 0,028 kg/cm² (0,4 Unzen pro Quadratyard), wie es typischerweise für die körperseitige Abdeckung von wegwerfbaren Windeln verwendet wird, von der Größe 15,24 cm · 38,1 cm (6 inch · 15 inch) aufgelegt wird. Das Löschblatt wird oben auf die zu untersuchende Probe aufgelegt und bedeckt sie und das Spinnvliesmaterial wird herumgewickelt und an der Oberfläche des Löschblatts gegenüber der zu untersuchenden Probe befestigt. Das Spinnvliesmaterial ist porös, sodaß die einzelnen Fasern und Teilchen von saugfähigem Material, aus welchen die zu untersuchende Probe gebildet ist, durch das Spinnvliesmaterial hindurchgelangen kann. Die zu untersuchende Probe wird dann in eine RX-24 Schüttelvorrichtung, die im Handel von Tyler Co. erhältlich ist, eingebracht und während eines Zeitraums von 5 Minuten geschüttelt. Die Schüttelvorrichtung wird so modifiziert, daß sie einen Korb aufweist, in den die Testprobe eingesetzt werden kann. Krümel, die aus der zu untersuchenden Probe herausfallen, werden in Filterkassetten aufgefangen und gewogen. Der notierte Ausschüttelwert wird durch Dividieren des Gewichts der aus der zu untersuchenden Probe herausgefallenen Krümel durch das Gewicht des in der zu untersuchenden Probe vorliegenden saugfähigen Materials berechnet und wird als Gewichtsprozent des in der zu untersuchenden Probe vorliegenden saugfähigen Materials angegeben. Es wird für den Zweck dieses Tests angenommen, daß das gesamte aus der zu untersuchenden Probe herausfallende Material saugfähiges Material ist. Diese Annahme stimmt mit den beobachteten Krümeln überein.

Beispiel 1

Ein naßgebildeter Verbundstoff gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der in den Fig. 7 und 9 dargestellten Vorrichtung hergestellt. Das erste Ausgangsmaterial ist ein Brei aus Wasser und Holz-Zellstoff-Fasern, wobei der genannte Brei eine Konsistenz von 1,75% aufweist. Wie der Ausdruck hierin verwendet wird, ist die Konsistenz eines Breis definiert als die Gewichtsprozente der in dem Brei vorliegenden Holz-Zellstoff-Fasern, bezogen auf das Gesamtgewicht des Breis. Die verwendeten Holz-Zellstoff- Fasern sind ein gebleichter, chemithermomechanischer Weichholz-Zellstoff, der im Handel von Cascades Inc. unter der Handelsbezeichnung Black Spruce 601/80 erhältlich ist. Das zweite Ausgangsmaterial ist ein wässeriger Brei von Eukalyptusholz-Zellstoff, wobei dieser Brei eine Konsistenz von 2,0% hat. Der Eukalyptusholz-Zellstoff ist im Handel von Aracruz Cellulose erhältlich. Das saugfähige Material ist ein auf Polyacrylat basierendes Absorptionsmittel, das im Handel von der Hoechst-Celanese Corporation unter der Handelsbezeichnung IM-5000P erhältlich ist.
Die saugfähigen Teilchen haben eine Teilchengröße von etwa 90 bis etwa 600 Mikrometer. Es wird ein naßgebildeter Verbundstoff hergestellt und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundstoffs, getrocknet. Der naßgebildete Verbundstoff enthält 21 Gew.-% gebleichten chemithermomechanischen Zellstoff, 27 Gew.-% Eukalyptus-Zellstoff und 52 Gew.-% saugfähiges Material, bezogen auf das Gesamtgewicht von knochentrockenem naßgebildetem Verbundstoff. Der Verbundstoff hat ein Flächengewicht von 327 Gramm pro Quadratmeter und eine Dichte von 0,19 Gramm pro Kubikzentimeter. Eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts eines so hergestellten naßgebildeten Verbundstoffs ist aus Fig. 10 ersichtlich.

Beispiel 2

Ein erfindungsgemäßer naßgebildeter Verbundstoff wird unter Verwendung der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Vorrichtung hergestellt. Das erste Ausgangsmaterial ist der als das zweite Ausgangsmaterial von Beispiel 1 beschriebene wässerige Brei. Das zweite Ausgangsmaterial ist Wasser. Das saugfähige Material ist das gleiche saugfähige Material, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde. Es wird ein naßgebildeter Verbundstoff hergestellt und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundstoffs, getrocknet. Der naßgebildete Verbundstoff umfaßt 63 Gew.-% Eukalyptusfasern und etwa 37 Gew.-% saugfähiges Material, bezogen auf das Gesamtgewicht des knochentrockenen Verbundstoffs. Der Verbundstoff hat ein Flächengewicht von 222 Gramm pro Quadratmeter und eine Dichte von 0,19 Gramm pro Kubikzentimeter. Fig. 11 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts dieses naßgebildeten Verbundstoffs.

Beispiel 3

Ein erfindungsgemäßer naßgebildeter Verbundstoff wird unter Verwendung der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Vorrichtung hergestellt. Das erste Ausgangsmaterial ist der in Beispiel 1 als das zweite Ausgangsmaterial beschriebene wässerige Brei. Das zweite Ausgangsmaterial ist der in Beispiel 1 als das erste Ausgangsmaterial beschriebene wässerige Brei. Das saugfähige Material ist das gleiche, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde. Der naßgebildete Verbundstoff gemäß der vorliegenden Erfindung wird gebildet und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundstoffs, getrocknet. Der naßgebildete Verbundstoff enthält etwa 21 Gew.-% gebleichten chemithermomechanischen Zellstoff, etwa 27 Gew.-% Eukalyptus- Zellstoff und etwa 52 Gew.-% saugfähiges Material, bezogen auf das Gesamtgewicht des knochentrockenen naßgebildeten Verbundstoffs. Der Verbundstoff hat ein Flächengewicht von 325 Gramm pro Quadratmeter und eine Dichte von 0,2 Gramm pro Kubikzentimeter. Eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Querschnitts eines naßgebildeten Verbundstoffs dieses Beispiels ist in Fig. 12 dargestellt.

Beispiel 4

Ein naßgebildeter Verbundstoff gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Vorrichtung hergestellt. Das erste Ausgangsmaterial umfaßt einen Brei von Wasser und gebleichtem Weichholz- Zellstoff (südliche Pinie). Der Brei hat eine Konsistenz von 0,5%. Das zweite Ausgangsmaterial ist das gleiche wie das erste Ausgangsmaterial. Das saugfähige Material ist das gleiche, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde. Ein Verbundstoff gemäß der vorliegenden Erfindung wird gebildet und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 0 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundstoffs, getrocknet. Der saugfähige Verbundstoff enthält etwa 24 Gew.-% gebleichte Weichholz-Fasern und etwa 76 Gew.-% saugfähiges Material. Es zeigte sich, daß der naßgebildete Verbundstoff dieses Beispiels einen mittleren Ausschüttelwert von etwa 0,02%, ein Flächengewicht von 145 Gramm pro Quadratmeter und eine Dichte von 0,25 Gramm pro Kubikzentimeter hatte.

Beispiel 5

Ein erfindungsgemäßer naßgebildeter Verbundstoff wird, wie in Beispiel 4 dargelegt, hergestellt. Dann wird der Verbundstoff mechanisch durch Prägung zwischen zwei gemusterten Stahlwalzen weichgemacht. Es zeigte sich, daß der weichgemachte Verbundstoff einen mittleren Ausschüttelwert von etwa 0,02%, ein Flächengewicht von 145 Gramm pro Quadratmeter und eine Dichte von 0,15 Gramm pro Kubikzentimeter hatte.

Beispiel 6

Ein erfindungsgemäßer naßgebildeter Verbundstoff wird, wie in Beispiel 4 dargelegt, hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Ausgangsmaterialien so variiert werden, daß ein naßgebildeter Verbundstoff hergestellt wird, der etwa 50 Gew.-% Weichholz- Faser und etwa 50 Gew.-% saugfähiges Material, basierend auf dem Gesamtgewicht des knochentrockenen saugfähigen Verbundstoffs, enthält. Der Verbundstoff wird, wie in Beispiel 5 angegeben, weichgemacht und es zeigte sich, daß er einen mittleren Ausschüttelwert von etwa 0,04%, ein Flächengewicht von 154 Gramm pro Quadratmeter und eine Dichte von 0,14 Gramm pro Kubikzentimeter hatte.

Vergleichsbeispiel 1

Es wird eine Laminatstruktur gemäß dem Stand der Technik hergestellt. Das Laminat wird aus einem naßgelegten Faserblatt gebildet, das aus 78 Gew.-% qualitativ hochwertigem gebleichtem Weichholz-Zellstoff und 22 Gew.-% gebleichtem Zedern-Zellstoff gebildet ist. Das Faserblatt wird nach den für den Fachmann auf diesem Gebiet bekannten Methoden hergestellt und hat ein Flächengewicht von 45 Gramm pro Quadratmeter. Das Laminat wird durch Besprühen eines Grundfaserblattes mit Wasser bis zu einer Aufnahme von 60% und Aufbringen einer Schichte aus saugfähigem Material von 75 Gramm pro Quadratmeter gebildet, worauf das saugfähige Material anschließend mit einem zweiten Faserblatt abgedeckt wird, das mit dem ersten identisch ist. Die Laminatstruktur, die etwa 45 Gew.-% saugfähiges Material und etwa 55 Gew.-% Fasern enthält, wird dann in einer Gummi/Stahl-Quetsche abgedrückt und über Dampftrommeln getrocknet. Das saugfähige Material enthält ein im Handel von Stockhausen unter der Bezeichnung Favor-840 erhältliches Polyacrylatharz. Es zeigte sich, daß das Laminat einen mittleren Ausschüttelwert von etwa 0,07%, ein Flächengewicht von etwa 165 Gramm pro Quadratmeter und eine Dichte von etwa 0,33 Gramm pro Kubikzentimeter hatte. Fig. 2 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts dieses Laminatmaterials.

Vergleichsbeispiel 2

Es wird eine Laminatstruktur gemäß dem Stand der Technik hergestellt. Das Laminat ist das gleiche wie das vom Vergleichsbeispiel 1 mit der Ausnahme, daß anstelle der Verwendung von 75 Gramm saugfähigem Material pro Quadratmeter 290 Gramm saugfähiges Material pro Quadratmeter verwendet werden. Auch wird das Laminat unter Druck auf einer Laboratoriumsdampftrommel getrocknet. Es zeigte sich, daß das Laminat einen mittleren Ausschüttelwert von etwa 1,6%, ein Flächengewicht von etwa 185 Gramm pro Quadratmeter und eine Dichte von etwa 0,33 Gramm pro Kubikzentimeter hatte.

Vergleichsbeispiel 3

Ein im Handel erhältliches Laminat wird von Gelok International Corporation gekauft. Das Laminat besteht aus zwei im Luftstrom gelegten Zellstoffblättern mit 48 Gramm pro Quadratmeter und einer Schichte von saugfähigem Material mit 75 Gramm pro Quadratmeter. Das saugfähige Material ist das gleiche wie jenes, das im Vergleichsbeispiel 1 verwendet wurde. Die im Luftstrom gelegten Zellstoffblätter werden durch Besprühen mit einem Bindemittel auf Basis Ethylenvinylacrylat gebunden. Es zeigte sich, daß das Laminat einen mittleren Ausschüttelwert von etwa 0,02%, ein Flächengewicht von etwa 396 Gramm pro Quadratmeter und eine Dichte von etwa 0,32 Gramm pro Kubikzentimeter hatte.
Eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Querschnitts dieses Materials ist in Fig. 3 zu sehen.
Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 12 ersichtlich ist, kann das saugfähige Material an verschiedenen Stellen innerhalb der erfindungsgemäßen naßgebildeten Verbundstoffe angeordnet werden. Das kann zur Beeinflussung der Saugeigenschaften, des Fluidtransports und der physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Verbundstoffe von Vorteil sein. Es ist auch aus dem Vergleich der Ausschüttelwerte, die für die Beispiele 4 bis 6 und für die Vergleichsbeispiel 1 und 2 berichtet werden, ersichtlich, daß die naßgebildeten Verbundstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung hinsichtlich des Zurückhaltens von saugfähigem Material überlegen sind.
Diese Verbesserung ist bei höheren Konzentrationen an saugfähigem Material besonders eindeutig.

Claims

1. Naßgebildeter Verbundstoff (10), wobei der Verbundstoff Zellulosefasern (12) und saugfähiges Material (14) aufweist, wobei der naßgebildete Verbundstoff erhältlich ist aus einer Kombination aus saugfähigem Material (14) und einem Brei mit den Zellulosefasern (12), welche in einem Dispersionsmedium dispergiert sind, in welchem das saugfähige Material quellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß: das saugfähige Material mit dem Brei unmittelbar vor der Bildung des naßgebildeten Verbundstoffs verbunden wird, so daß das saugfähige Material bis zum Punkt des Trocknens weniger als das 5fache seines Gewichts absorbiert, wobei das saugfähige Material im Wesentlichen innerhalb des naßgeformten Verbundstoffes enthalten ist, da der naßgeformte Verbundstoff aus Zellulosefasern einen relativ hohen Grad an Wasserstoffbindung der Fasern aufweist, so daß die Zellulosefasern im Wesentlichen mit einander verbunden sind, aber es ist im Wesentlichen frei von Bindung mit den Zellulosefasern, da das saugfähige Material eine hohe Gelstärke aufweist.

2. Verbundstoff gemäß Anspruch 1, bei dem die Fasern in einer Menge von 5 bis 65 Gew.-% und das saugfähige Material in einer Menge von 35 bis 95 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern und des saugfähigen Materials in dem naßgebildeten Verbundstoff vorliegen.

3. Verbundstoff gemäß Anspruch 2, bei dem die Zellulosefasern in einer Menge von 5 bis 40 Gew.-% und das saugfähige Material in einer Menge von 60 bis 95 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern und des saugfähigen Materials in dem naßgebildeten Verbundstoff vorliegen.

4. Verbundstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zellulosefasern und das saugfähige Material im allgemeinen gleichmäßig vermischt sind.

5. Verbundstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das saugfähige Material über die Dicke des naßgebildeten Verbundstoffs hinweg in Zonen angeordnet ist.

6. Verbundstoff gemäß Anspruch 5, bei dem mindestens etwa 55 Gew.-% des saugfähigen Materials in einer mittigen Hälfte der Dicke des naßgebildeten Verbundstoffs angeordnet sind.

7. Verbundstoff gemäß Anspruch 5, bei dem mindestens etwa 60 Gew.-% des saugfähigen Materials in einer mittigen Hälfte der Dicke des naßgebildeten Verbundstoffs angeordnet sind.

8. Verbundstoff gemäß Anspruch 5, bei dem mindestens etwa 70 Gew.-% des saugfähigen Materials in einer mittigen Hälfte der Dicke des naßgebildeten Verbundstoffs angeordnet sind.

9. Verbundstoff gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Zellulosefasern und das saugfähige Material vermischt sind.

10. Verbundstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verbundstoff einen Ausschüttelwert von weniger als etwa 2 Prozent aufweist.

11. Verbundstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Verbundstoff einen Ausschüttelwert von weniger als etwa 0,2 Prozent aufweist.

12. Verbundstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dispersionsmedium Wasser enthält.

13. Verbundstoff gemäß Anspruch 12, bei dem das saugfähige Material bis zum Punkt des Trocknens weniger als etwa das 1,5fache seines Gewichts absorbiert.

14. Naßgebildeter Verbundstoff gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbundstoff eine Kombination aus Zellulosefasern und saugfähigem Material aufweist, wobei die Zellulosefasern in einer Menge von 5 bis 65 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zellulosefasern und des saugfähigen Materials vorliegen, wobei das saugfähige Material in einer Menge von 35 bis 95 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zellulosefasern und des saugfähigen Materials vorliegt, wobei der naßgebildete Verbundstoff aus einer Mischung des saugfähigen Materials und eines Breis mit den Fasern gebildet ist, welche in einem Dispersionsmedium dispergiert sind, wobei das saugfähige Material in dem Dispersionsmedium guellbar ist.

15. Verfahren zur Herstellung eines naßgebildeten Verbundstoffs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Bildung eines Breis aus Zellulosefasern und einem Dispersionsmedium, wobei aus dem Brei ein naßgebildeter Verbundstoff herstellbar ist;

Verbinden eines in dem Dispersionsmedium quellbaren saugfähigen Materials mit dem Brei aus Zellulosefasern unmittelbar vor der Bildung eines naßgebildeten Verbundstoffs,

Bildung eines naßgebildeten Verbundstoffs, der eine Kombination aus Zellulosefasern und saugfähigem Material enthält; und

Trocknen des naßgebildeten Verbundstoffs, so daß das saugfähige Material vor dem Punkt des Trocknens weniger als das 5fache seines Gewichts absorbiert, wobei das saugfähige Material im Wesentlichen innerhalb des naßgeformten Verbundstoffes enthalten ist, da der naßgeformte Verbundstoff aus Zellulosefasern einen relativ hohen Grad an Wasserstoffbindung der Fasern aufweist, so daß die Zellulosefasern im Wesentlichen miteinander verbunden sind, aber im Wesentlichen frei von Bindung mit den Fasern ist, da das saugfähige Material eine hohe Gelstärke aufweist.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem das Dispersionsmedium Wasser enthält.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 16, bei dem das saugfähige Material und der Faserbrei in einem Stoffauflaufkasten verbunden werden.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem es sich bei dem Stoffauflaufkasten um einen Mehrfachflußkanalstoffauflaufkasten handelt.

19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem das saugfähige Material und der Brei aus Zellulosefasern im Allgemeinen gleichmäßig vermischt sind.

20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem das saugfähige Material in Form eines Trockenpartikels vorliegt.

21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, das des weiteren den Schritt der Entwässerung des naßgebildeten Verbundstoffs durch Anwendung eines Vakuums unmittelbar nach der Bildung des naßgebildeten Verbundstoffs umfaßt.

22. Verfahren zur Herstellung eines naßgebildeten Verbundstoffs gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei der Brei weniger als etwa 3 Gew.-% Zellulosefasern bezogen auf das Gesamtgewicht der Zellulosefasern und des Dispersionsmediums aufweist.

23. Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem der Brei weniger als etwa 2 Gew.-% Zellulosefasern bezogen auf das Gesamtgewicht der Zellulosefasern und des Dispersionsmediums enthält.