DE69716603T2

DE69716603T2 - Mikroporöse fasern

Info

Publication number: DE69716603T2
Application number: DE69716603T
Authority: DE
Inventors: Vasily Aramovich Topolkaraev; Fu-Jya Tsai
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2017-06-20
Also published as: KR20000067995A; EP0914502B1; IL127472A0; TR199900112T2; CA2257862A1; BR9710757A; WO1998003706A1; CO4850632A1; ID19284A; CN1226292A; AU3405497A; AU719272B2; HUP9903824A2; AR008779A1; DE69716603D1; PL331150A1; EP0914502A1; CN1097101C; NZ333655A; SK5299A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Fasern. Insbesondere betrifft die Erfindung synthetische poröse Fasern, die benetzbar sind und die verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Poröse Fasern enthalten Strukturen, die durch den Einsatz herkömmlicher Phasentrennungsverfahren hergestellt werden. Solche Verfahren umfassen im Allgemeinen das Mischen eines Polymerharzes mit einem Verschnittmittel oder einem Weichmacher, das Abschrecken der Polymerlösung in einem flüssigen Medium, um die Phasentrennung einzuleiten, und das Wegwaschen des Verschnittmittels, um eine untereinander verbundene poröse Struktur zu hinterlassen. Andere poröse Fasern werden durch Techniken hergestellt, die ein Blasmittel oder ein Quellmittel einsetzen, um eine mikroporöse Struktur zu erzeugen. Noch andere poröse Materialien werden durch den Einsatz einer Ungebungsrissbildungstechnik hergestellt.
Aus EP-A 0348887 sind poröse Polyethylenfasern ohne einen zentralen Hohlraum, der sich entlang der Längsachse davon erstreckt, bekannt und weisen eine poröse Struktur auf, die Poren enthält, die durch lamellare Kristallabschnitte und eine große Zahl von Fibrillen, die die lamellaren Kristallabschnitte untereinander verbinden, definiert werden. Das Ziel, das gemäß EP-A 0348887 erreicht wird, ist die Bereitstellung einer Faser, die nicht die sich wachsartig anfühlende Eigenschaft von Polyethylen aufweist, sehr leicht ist, sich weich anfühlt und eine große Oberfläche pro Gewichtseinheit aufweist.
Denierfestigkeiten von 1 bis 8 g pro Denier der porösen Fasern sind in EP-A 0348887 beschrieben. Darüberhinaus beschreibt EP-A 0348887 keine Lücken, die Oberflächenlücken enthalten, die unregelmäßig über eine Außenoberfläche der Faser verteilt sind. EP-A 0348887 beschreibt auch keine Lücken, die eine durchschnittliche Verteilungsdichte von nicht weniger als etwa 0,01 Lücken pro um² der Außenoberfläche aufweisen.
Herkömmliche poröse Fasern, wie z. B. die oben beschriebenen, sind nicht in der Lage, gewünschte Kombinationen aus mechanischen Eigenschaften und Wasserzugänglichkeit bereitzustellen. Zusätzlich können mit diesen Techniken nicht in angemessener Weise poröse Fasern mit gewünschten Kombinationen von kleinem Durchmesser, niedrigem Denier, hoher Benetzbarkeit, hoher Durchlässigkeit für Flüssigkeit und hoher Zugfestigkeit hergestellt werden. In der Folge besteht ein anhaltender Bedarf an Fasern mit verbesserten porösen Strukturen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Allgemein gesprochen stellt die vorliegende Erfindung eine einzigartige poröse Faser bereit, die Lücken darin umfasst, um gewünschte Grade an Benetzbarkeit und Flüssigkeitsdurchtritt zu erreichen, und dabei gute mechanische Eigenschaften aufweist.
Die poröse Faser besteht aus einem Fasermaterial mit einer Mehrzahl an verlängerten Lücken darin, und wobei die Lücken in dem Fasermaterial gebildet sind, das von einem partikulären Füllstoffmaterial weg gestreckt und ausgedehnt wurde, welches in dem Fasermaterial enthalten ist, wobei die Faser aufweist:
- einen Denier von nicht mehr als etwa 50 (5,56 tex);
- eine prozentuale Verlängerung bei Bruch von nicht weniger als etwa 30%;
- eine Zugfestigkeit bei Bruch von nicht weniger als etwa 200 MPa; und
- wobei die Lücken über eine Außenoberfläche der Faser mit einer durchschnittlichen Verteilungsdichte von nicht mehr als etwa 0,01 Lücken pro um² der Außenoberfläche verteilt sind.
In ihren verschiedenen Aspekten kann die poröse Faser der Erfindung effektiv und effizient Fasern mit gewünschten Kombinationen aus kleiner Größe, hoher Benetzbarkeit, hoher Wasserzugänglichkeit, hoher Zugfestigkeit und hoher Verlängerung herstellen. In der Folge kann die Faser eine verbesserte Fähigkeit aufweisen, weiter verarbeitet zu werden, um Vliesstoffe und andere Produktionsartikel zu bilden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird besser zu verstehen sein, und weitere Vorteile werden hervorgehen, wenn auf die folgende genaue Beschreibung der Erfindung und die Zeichnungen Bezug genommen wird, wobei:
Fig. 1 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme mit 850facher Vergrößerung ist, die eine repräsentative Querschnittsansicht der porösen Faser der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme mit 1.700facher Vergrößerung, die eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes des Querschnittes zeigt, der in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme mit 250facher Vergrößerung, die eine repräsentative Querschnittsansicht einer Faser nach dem Stand der Technik zeigt, die ein Lumen umfasst;
Fig. 4 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme mit 8.000facher Vergrößerung, die eine vergrößerte Ansicht des Querschnittes, der in Fig. 3 gezeigt ist, an einer Stelle zeigt, die benachbart zur Außenoberfläche der Faser ist;
Fig. 5 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme mit 250facher Vergrößerung, die eine repräsentative Querschnittsansicht einer anderen Faser nach dem Stand der Technik zeigt, die ein Lumen umfasst und durch ein schrittweises Dehnungsverfahren hergestellt worden ist;
Fig. 6 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme mit 5.000facher Vergrößerung, die eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes des Querschnittes zeigt, der in Fig. 5 gezeigt ist;
Fig. 7 ist eine lichtmikroskopische Aufnahme auf der Basis von Ölimmersions-Lichtmikroskopie mit 1.500facher Vergrößerung, die eine repräsentative Ansicht der Lücken an der Oberfläche und im Volumen einer porösen Faser der Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist eine lichtmikroskopische Aufnahme auf der Basis von Ölimmersions-Lichtmikroskopie mit 1.500facher Vergrößerung, die eine andere Ansicht der Lücken entlang der Oberfläche und im Volumen einer porösen Faser der Erfindung zeigt;
Fig. 9 zeigt eine repräsentative Ansicht der Lücken entlang der Außenoberfläche einer anderen porösen Faser der Erfindung mit 3.000facher Vergrößerung;
Fig. 9A ist eine repräsentative Darstellung einer schematischen Ansicht von bestimmten Poren, die in Fig. 9 gezeigt sind;
Fig. 10 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme mit 15.000facher Vergrößerung, die eine repräsentative Ansicht der Oberfläche der Faser bereitstellt, die in Fig. 3 gezeigt ist;
Fig. 11 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme mit 15.000facher Vergrößerung, die eine repräsentative Ansicht der Oberfläche der Faser bereitstellt, die in Fig. 5 gezeigt ist;
Fig. 12 zeigt eine rückgestreute elektronenmikroskopische Aufnahme mit 5.000facher Vergrößerung, die eine repräsentative Querschnittsansicht einer Faser der Erfindung zeigt;
Fig. 13 zeigt eine repräsentative Version von Fig. 12, die für die Bildanalyse digitalisiert worden ist;
Fig. 14 zeigt eine repräsentative grafische Darstellung des aufgenommenen Gewichtes an Wasser zu Zeit für eine poröse Faserprobe.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Mit Bezugnahme auf Fig. 1, 2, 7, 8, 9, 9A und 12 umfasst eine poröse Faser 20 eine Längsabmessung 44 und eine im Allgemeinen quer verlaufende Abmessung 38. Die poröse Faser weist eine einzigartige Form von Lücken oder Poren 22 darin auf, um gewünschte Grade an Benetzbarkeit, Flüssigkeitsdurchtritt und andersartiger Flüssigkeitszugänglichkeit zu erreichen. Die Faser weist einen Denier (d) pro Faser von nicht mehr als 50 (etwa 5,56 tex) auf und weist eine prozentuale Verlängerung bei Bruch von nicht weniger als etwa 30% auf. Die Faser weist auch eine Zugfestigkeit bei Bruch von nicht weniger als etwa 200 MPa auf. In bestimmten Aspekten der Erfindung kann die poröse Faser 54 auch andere Eigenschaften einschließen und kann Lücken oder Poren mit einzigartigen Formen, Größen, Verteilungen und Anordnungen umfassen.
In ihren verschiedenen Aspekten kann die mikroporöse Faser der Erfindung eine verbesserte Dochtwirkung bereitstellen, kann Wasser oder andere Flüssigkeiten schneller in das Innere eines Faserartikels bringen und kann die Auflösungskinetik für Faserartikel beschleunigen, die weggespült werden sollen. Zusätzlich kann die mikroporöse Faser helfen, eine verbesserte Absorptionsfähigkeit, eine verbesserte Verteilung von Flüssigkeit, eine verbesserte Atmungsaktivität in Artikeln, wie z. B. Operationstüchern und Windeln, verbesserte Tast- und ästhetische Eigenschaften und/oder verbesserte biologische Abbaubarkeit bereitzustellen. Die Fasern können direkt zu Vliesbahnen geformt werden mit herkömmlichen Formverfahren, wie z. B. dem gut bekannten Spinnbindeverfahren. Als Alternative kann die Faser in Stapelfasern geschnitten werden und mit anderen Fasern gemischt werden für eine nachfolgende Bildung zu Vliesfaserbahnen unter Einsatz herkömmlicher Luftablegetechniken. Die Vliesbahnen können besonders nützlich sein für die Herstellung von wegspülbaren Hygieneprodukten, wie z. B. Windeln, Tampons, Damenbinden, Slipeinlagen, Tamponschnüren und ähnlichem.
In den verschiedenen Formen der vorliegenden Erfindung kann die poröse Faser 54 eine synthetische Faser sein, die aus einem Ausgangsmaterial hergestellt wird, das ein thermoplastisches, orientierbares Material umfasst, wie z. B. thermoplastische und orientierbare Polymere, Copolymere, Mischungen, Gemische, Verbindungen und andere Kombinationen daraus. Erwünschterweise umfassen die thermoplastischen Materialien keine hoch reaktiven Gruppen.
In bestimmten Anordnungen der Erfindung kann das Ausgangsmaterial ein Polyolefinmaterial sein. Zum Beispiel kann das Ausgangsmaterial Homopolymere von Polyethylen oder Polypropylen umfassen oder kann Copolymere von Ethylen und Polypropylen umfassen. In anderen Anordnungen kann das Ausgangsmaterial ein anderes Polymermaterial umfassen, wie z. B. ein Polyether, ein Copolyether, ein Polyamid, ein Copolyamid, ein Polyester oder Copolyester, sowie Copolymere, Mischungen, Gemische und andere Kombinationen daraus.
Das thermoplastische Material ist schmelzverarbeitbar und in bestimmten Aspekten der Erfindung kann das Material einen Schmelzfließratenwert (MFR) von nicht weniger als etwa 1 g/10 Minuten aufweisen (auf der Basis von ASTM D1238-L). Als Alternative kann der MFR-Wert nicht kleiner als etwa 10 g/10 Minuten sein, und wahlweise kann er nicht kleiner als etwa 20 g/10 Minuten sein. In anderen Aspekten der Erfindung kann der MFR-Wert nicht größer als 200 g/10 Minuten sein. Als Alternative kann der MFR-Wert nicht größer als etwa 100 g/10 Minuten und kann wahlweise nicht größer als etwa 40 g/10 Minuten sein, um gewünschte Grade an Verarbeitbarkeit bereitzustellen.
Ein solches schmelzverarbeitbares thermoplastisches Material kann zum Beispiel durch ein Homopolymer-Polypropylen bereitgestellt werden. Im Handel erhältliche Polyolefine, wie z. B. Himont PF 301, PF 304 und PF 305, Exxon PP 3445, Shell Polymer E5D47 sind ebenfalls Beispiele für geeignete Materialien. Noch andere geeignete Materialien können zum Beispiel statistische Copolymere, wie z. B. ein statistisches Copolymer, das Propylen und Ethylen enthält (z. B. Exxon 9355, das 3,5% Ethylen enthält), und Homopolymere, wie z. B. Homopolymer-Polyethylen, umfassen, die MFR-Werte aufweisen, die den hier erwähnten ähnlich sind. Die Polymerharze können geringe Mengen (z. B. etwa 0,05 bis 5 Teile an Zusatzstoff auf 100 Teile Harz) an Verarbeitungszusatzstoffen enthalten, wie z. B. Kalziumsterat und andere Säurespülmittel. Andere Zusatzstoffe können zum Beispiel Siliziumglykol-Copolymere, Organosilikon- Verbindungen, Olefinelastomere und Paraffine mit geringem Molekulargewicht oder andere Schmälzzusatzstoffe umfassen. Verschiedene Pigmentzusatzstoffe können ebenfalls eingesetzt werden. Zum Beispiel können Pigmentkonzentrate, wie z. B. ein Titandioxid-Pigmentkonzentrat mit einem Polyethylenweichmacher mit geringem Molekulargewicht, als Verarbeitungszusatzstoff eingesetzt werden. Die verschiedenen Zusatzstoffe können eine weichmachende Wirkung haben, können die Festigkeit und Weichheit der Faser verbessern und können helfen, eines oder mehrere von Extrusions-, Faserspinn- und Dehnungsverfahren zu erleichtern.
Das Ausgangsmaterial für die Faser 54 umfasst auch ein Füllstoffmaterial und kann auch einen oberflächenaktiven Stoff oder ein oberflächenaktives Material umfassen. Das Füllstoffmaterial ist ein partikuläres Material, das helfen kann, porositätsauslösende, bindungsvermindernde Stellen bereitzustellen, um die gewünschte Bildung von Poren während der verschiedenen Dehnungsvorgänge, die auf die Faser angewendet werden, zu verbessern. Das Füllstoffmaterial kann helfen, eine gewünschte oberflächenmodifizierte Faser bereitzustellen, und kann helfen, einen gewünschten "Gleiteffekt" zu verbessern, der während der nachfolgenden Dehnungsvorgänge erzeugt wird. Zusätzlich kann das Füllstoffmaterial helfen, die Poren zu erhalten, die während der verschiedenen Dehnungsvorgänge erzeugt werden.
Wenn das zusätzliche Material ein oberflächenaktives Material umfasst, wie z. B. einen oberflächenaktiven Stoff, oder ein anderes Material mit einer geringen Oberflächenenergie (z. B. Silikonöl), kann das oberflächenaktive Material helfen, die Oberflächenenergie der Faser zu verringern, sowie eine Schmierung innerhalb der Polymersegmente bereitzustellen, die die Faser bilden. Die verringerte Oberflächenenergie und die Schmierung können helfen, den "Gleiteffekt" während der nachfolgenden Dehnungsvorgänge zu erzeugen.
Das zusätzliche Füllstoffmaterial kann organisch oder anorganisch sein und das Füllstoffmaterial liegt erwünschterweise in Form von einzelnen, getrennten Partikeln vor. Die Füllstoffe können einer Oberflächenbehandlung mit verschiedenen Beschichtungen und oberflächenaktiven Stoffen unterzogen werden, um eine Affinität zu dem Polymerharz im Ausgangsmaterial zu verleihen, um Agglomeration zu verringern, um die Füllstoffverteilung zu verbessern und um eine kontrollierte Interaktion mit Fluids, wie z. B. Körperfluids, Blut oder Wasser, bereitzustellen. Beispiele für einen anorganischen Füllstoff können Metalloxide umfassen, sowie Hydroxide, Karbonate und Sulfate von Metallen. Andere geeignete anorganische Füllstoffmaterialien können zum Beispiel Kalziumkarbonat, verschiedene Arten von Ton, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Bariumsulfat, Natriumkarbonat, Talk, Magnesiumkarbonat, Magnesiumsulfat, Bariumkarbonat, Kaolin, Glimmer, Kohlepapier, Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumhydroxid, Titandioxid, pulverisierte Metalle, Glas-Mikrokügelchen oder Partikel mit drusenartigen Lücken umfassen. Noch andere anorganische Füllstoffe können jene mit Partikeln mit höheren Längenverhältnissen einschließen, wie z. B. Talk, Glimmer und Wollastonit, aber solche Füllstoffe sind möglicherweise weniger effektiv. Repräsentative organische Füllstoffe können zum Beispiel Zellstoffpulver, Holzpulver, Zellulosederivate, Chitin, Chitosanpulver, Pulver von hoch kristallinen Polymeren mit hohem Schmelzpunkt, Perlen von hoch vernetzten Polymeren, Pulver von Organosilikonen und ähnliches; sowie Kombinationen und Derivate davon einschließen.
In besonderen Aspekten der Erfindung können die Füllstoffe eine durchschnittliche Partikelgröße aufweisen, die nicht größer als etwa 10 Mikron (um) ist. Als Alternative kann die durchschnittliche Partikelgröße nicht mehr als etwa 5 um sein und kann wahlweise nicht mehr als etwa 1 um sein, um eine verbesserte Verarbeitbarkeit bereitzustellen. In anderen Aspekten der Erfindung ist die oberste Partikelgröße nicht mehr als etwa 25 um. Als Alternative kann die oberste Partikelgröße nicht mehr als etwa 10 um sein und kann wahlweise nicht mehr als etwa 4 um sein, um eine verbesserte Verarbeitbarkeit während der Bildung von Fasern mit der gewünschten Größe und Porenstruktur bereitzustellen. Die Füllstoffe können auch oberflächenmodifiziert sein durch die Einbindung von Oberflächenaktiven Stoffen und/oder anderen Materialien, wie z. B. Stearinsäure oder Behensäure, die verwendet werden können, um die Verarbeitbarkeit des Ausgangsmaterials zu verbessern.
Beispiele für geeignete Füllstoffmaterialien können eines oder mehrere der folgenden umfassen:
(1) Dupont R-101 TiO&sub2;, das erhältlich ist von E. I. DuPont de Nemours und in konzentrierter Form von Standrich Color Corporation, einer Firma mit Sitz in Social Circle, Georgia 30279, geliefert werden kann. Dieses Material kann eine gute Verarbeitbarkeit bereitstellen.
(2) Pigment Blue 15 : 1 (10% Kupfer), das vertrieben wird durch Standridge Color Corporation. Fasern, die mit diesem Material hergestellt worden sind, können öfter brechen.
(3) OMYACARB® UF CaCO&sub3;, das erhältlich ist von OMYA, Inc., einer Firma mit Sitz in Proctor, Vermont 05765. Dieses Material kann eine oberste Partikelgröße von etwa 4 um und eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 0,7 um aufweisen und kann eine gute Verarbeitbarkeit bereitstellen. Dieser Füllstoff kann mit einem oberflächenaktiven Stoff beschichtet werden, wie z. B. dem oberflächenaktiven Stoff Dow Corning 193, bevor eine Verbindung oder eine andere Kombination mit dem Ausgangsmaterial 56 hergestellt wird. Der Füllstoff kann auch mit anderen angemessenen oberflächenaktiven Stoffen beschichtet werden, wie z. B. jenen, die an anderen Stellen in der vorliegenden Beschreibung erwähnt werden.
(4) OMYACARB® UFT CaCo&sub3;, beschichtet mit Stearinsäure, das erhältlich ist von OMYA, Inc. Dieses Material kann eine oberste Partikelgröße von etwa 4 um und eine mittlere Partikelgröße von etwa 0,7 um aufweisen und kann eine gute Verarbeitbarkeit bereitstellen.
(5) SUPERCOATTM CaCO&sub3;, das erhältlich ist von ECC International, einer Firma mit Sitz in Atlanta, Georgia 30342, 5775 Peachtree-Dunwoody Road. Dieses Material kann eine oberste Partikelgröße von etwa 8 um und eine mittlere Partikelgröße von etwa 1 um aufweisen. Fasern, die mit diesem Material hergestellt worden sind, können öfter brechen.
(6) Pulverisiertes Polydimethyl-Silsesquioxan (#22 oder #23 Dow Corning Zusatzstoff), das erhältlich ist von Dow Corning, einer Firma mit Sitz in Midland, Michigan 48628-0997. Dieses Material kann eine gute Verarbeitbarkeit bereitstellen, obwohl einige Agglomerationen zu beobachten sind.
Das zusätzliche Material kann wahlweise ein oberflächenaktives Material umfassen, wie z. B. einen oberflächenaktiven Stoff oder ein anderes Material mit einer niedrigen Oberflächenenergie (z. B. Silikonöl). In besonderen Aspekten der Erfindung kann der oberflächenaktive Stoff oder ein anderes oberflächenaktives Material eine Hydrophile-Lipophile Balance (HLB)-Zahl aufweisen, die nicht größer als etwa 18 ist. Als Alternative ist die HLB-Zahl nicht größer als etwa 16 und wahlweise nicht größer als etwa 15. In anderen Aspekten der Erfindung ist die HLB Zahl nicht kleiner als etwa 6. Als Alternative ist die HLB-Zahl nicht kleiner als etwa 7 und wahlweise ist die HLB-Zahl nicht kleiner als etwa 12. Wenn die HLB- Zahl zu klein ist, kann es eine unzureichende Benetzbarkeit geben. Wenn die HLB-Zahl zu hoch ist, kann der oberflächenaktive Stoff eine unzureichende Adhäsion an die Polymermatrix des Ausgangsmaterials aufweisen und kann möglicherweise zu leicht beim Gebrauch weggewaschen werden. Die HLB-Zahlen von im Handel erhältlichen oberflächenaktiven Stoffen sind zum Beispiel in McCUTCHEON's Vol 2: Functional Materials, 1995 zu finden.
Ein geeigneter oberflächenaktiver Stoff kann Siliziumglykol-Copolymere, karboxilierte Alkoholethoxylate, verschiedene ethoxylierte Alkohole, ethoxylierte Alkylphenole, ethoxylierte Fettester und ähnliches, sowie Kombinationen davon umfassen. Andere geeignete oberflächenaktive Stoffe können zum Beispiel einen oder mehrere der folgenden einschließen:
(1) Oberflächenaktive Stoffe, die aus ethoxylierten Alkylphenolen bestehen, wie z. B. IGEPAL RC-620, RC -630, CA-620, 630, 720, C0-530, 610, 630, 660, 710 und 730, die erhältlich sind von Rhone-Poulenc, einer Firma mit Sitz in Cranbury, New Jersey.
(2) Oberflächenaktive Stoffe, die aus Silikonglykol- Copolymeren bestehen, wie z. B. Dow Corning D190, D193, FF400 und D1315, die erhältlich sind von Dow Corning, einer Firma mit Sitz in Midland, Michigan.
(3) Oberflächenaktive Stoffe, die aus ethoxylierten Mono- und Diglyceriden bestehen, wie z. B. Mazel 80 MGK, Masil SF 19 und Mazel 1650, die erhältlich sind von PPG Industries, einer Firma mit Sitz in Gumee, TL 60031.
(4) Oberflächenaktive Stoffe, die aus ethoxylierten Alkoholen bestehen, wie z. B. Genapol 26-L-98 N, Genapol 26-L-60 N und Genapol 26-L-5, die erhältlich sind von Hoechst Celanese Corp., einer Firma mit Sitz in Charlotte, NC 28217.
(5) Oberflächenaktive Stoffe, die aus karboxilierten Alkoholethoxylaten bestehen, wie z. B. Marlowet 4700 und Marlowet 4703, die erhältlich sind von Huls America Inc., einer Firma mit Sitz in Piscataway, NJ 08854.
(6) Ethoxylierte Fettester, wie z. B. Pationic 138C, Pationic 122A und Pationic SSL, die erhältlich sind von R. I. T. A. Corp., einer Firma mit Sitz in Woodstock, IL 60098.
Das Ausgangsmaterial für die poröse Faser 54 kann nicht weniger als etwa 0,35 Gew.-% des zusätzlichen Materials umfassen, wenn der Gewichtsprozentanteil bezüglich des Gesamtgewichtes des kombinierten Ausgangsmaterials bestimmt wird. In besonderen Aspekten der Erfindung ist die Menge an zusätzlichem Material nicht weniger als etwa 0,5 Gew.-% und kann erwünschterweise wenigstens etwa 1 Gew.-% sein. Als Alternative ist die Menge an zusätzlichem Material nicht weniger als etwa 5 Gew.-% und wahlweise nicht weniger als etwa 10 Gew.-%. In anderen Aspekten der Erfindung kann die Menge an zusätzlichem Material bis zu etwa 50 Gew.-% oder mehr sein. Die Menge an zusätzlichem Material ist erwünschterweise nicht mehr als etwa 30 Gew.-%. Als Alternative kann die Menge an zusätzlichem Material nicht mehr als etwa 20 Gew.-% und wahlweise nicht mehr als etwa 15 Gew.-% sein, um erwünschte Verarbeitbarkeitseigenschaften bereitzustellen.
In besonderen Aspekten der Erfindung kann das Ausgangsmaterial nicht weniger als etwa 0,35 Gew.-% des Füllstoffmaterials umfassen. In besonderen Aspekten der Erfindung ist die Menge an Füllstoffmaterial nicht weniger als etwa 0,5 Gew.-%. Als Alternative ist die Menge an Füllstoffmaterial nicht weniger als etwa 1 Gew.-% und wahlweise nicht weniger als etwa 5 Gew.-%. In anderen Aspekten der Erfindung kann die Menge an Füllstoffmaterial bis zu etwa 50 Gew.-% oder mehr sein. Die Menge an Füllstoffmaterial kann erwünschterweise nicht mehr als etwa 30 Gew.-% sein. Als Alternative kann die Menge an Füllstoffmaterial nicht mehr als etwa 20 Gew.-% und wahlweise nicht mehr als etwa 10 Gew.-% sein.
In weiteren Aspekten der Erfindung, wo das zusätzliche Material ein oberflächenaktives Material umfasst, kann die Menge an oberflächenaktivem Material, wie z. B. einem oberflächenaktiven Stoff, wenigstens etwa 0,1 Gew.-% sein. Als Alternative ist die Menge an oberflächenaktivem Material wenigstens etwa 1 Gew.-% und wahlweise wenigstens etwa 3 Gew.-%. In anderen Aspekten der Erfindung ist die Menge an oberflächenaktivem Material nicht mehr als etwa 20 Gew.-%. Als Alternative ist die Menge an oberflächenaktivem Material nicht mehr als etwa 15 Gew.-% und wahlweise nicht mehr als etwa 10 Gew.-%.
Eine geeignete Technik zur Bildung der porösen Faser 54 ist in US-Patentanmeldung Seriennr. 08/697,996 mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR MAKING MICROPOROUS FIBERS WITH IMPROVED PROPERTIES, eingereicht am 4. September 1996 von F. J. Tsai et al. (Anwaltsregister Nr. 12,242), beschrieben.
Herkömmliche poröse Fasern weisen oft Lumen darin eingeschlossen auf. Das Lumen ist typischerweise ein Bohrloch, das sich durch ein Rohr aus Fasermaterial erstreckt, wie repräsentativ in Fig. 3 und 5 gezeigt. Dementsprechend stellt das Lumen typischerweise eine hohle Faser bereit, in der das Verhältnis des äußeren Durchmessers des Rohres zum Durchmesser des Bohrloches im Bereich von 50 : 1 bis 50 : 48 sein kann. Fasern mit Lumen sind üblicherweise langwieriger herzustellen und können anfällig für unerwünschtes Zusammenfallen sein, wenn die Fasern mit hohen Geschwindigkeiten verarbeitet werden. Zusätzlich weisen solche Fasern unangemessene mechanische Festigkeitseigenschaften auf, die es schwierig machen, die Faser weiter zu verarbeiten, um Vliesstoffe zu bilden.
Die poröse Faser 54 der vorliegenden Erfindung allerdings ist im Wesentlichen frei von Lumen. In der Folge kann die Faser einen Anstieg der Schmelzfestigkeit während der Faserbildung aufweisen, und die größere Schmelzfestigkeit kann die unmittelbare Spinnbarkeit und Dehnbarkeit der Faser verbessern. Zum Beispiel können einfachere Düsenausführungen eingesetzt werden, um die naszierende Faser zu bilden. Die poröse Faser kann auch eine erhöhte mechanische Festigkeit aufweisen, um verbesserte Maßbeständigkeit bereitzustellen, und kann andere verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen, um die nachfolgende Verarbeitung der Faser zu erleichtern. Zum Beispiel können die verbesserten mechanischen Eigenschaften die Fähigkeit verbessern, die Fasern weiter zu verarbeiten, um Vliesstoffbahnen herzustellen. In ihren verschiedenen Aspekten kann die poröse Faser 54 auch verbesserte Kombinationen aus kleinem Durchmesser, niedrigem Denier, Zugfestigkeit, Verlängerung und Widerstandsfähigkeit aufweisen (wobei Widerstandsfähigkeit die Fähigkeit ist, Energie zu absorbieren, wie im Dictionary of Fiber & Textile Technology, Hoechst Celanese, 1990 beschrieben).
Die verschiedenen Formen der porösen Faser 54 können einen verhältnismäßig geringen Durchmesser und einen verhältnismäßig niedrigen Denier aufweisen. In besonderen Aspekten kann die poröse Faser einen Faserdenier von nicht mehr als etwa 5,56 tex (50) aufweisen. Als Alternative kann der Denier der porösen Faser nicht mehr als etwa 2,22 tex (20) und wahlweise nicht mehr als etwa 1,11 tex (10) sein. In anderen Aspekten kann die poröse Faser einen Denier von etwa 0,06 tex (0,5) oder weniger aufweisen und kann wahlweise einen Denier von etwa 0,01 tex (0,1) oder weniger aufweisen, um eine verbesserte Leistung bereitzustellen.
In anderen Aspekten kann die Zugfestigkeit bei Bruch der porösen Faser 54 nicht weniger als etwa 200 Megapascal (MPa) sein. Als Alternative kann die Zugfestigkeit nicht weniger als etwa 250 MPa und wahlweise nicht weniger als etwa 300 MPa sein. In anderen Aspekten können das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung eine Faserzugfestigkeit bereitstellen, die nicht mehr als etwa 100 Megapascal (MPa) ist. Als Alternative kann die Faserzugfestigkeit nicht mehr als etwa 750 MPa und wahlweise nicht mehr als etwa 450 MPa sein, um verbesserte Leistung und Verarbeitbarkeit während der nachfolgenden Herstellungsvorgänge bereitzustellen.
In weiteren Aspekten kann die poröse Faser 54 eine prozentuale Verlängerung bei Bruch von nicht weniger als etwa 30% aufweisen, wie bestimmt wird durch die Formel: (Lr-Li)Li; wobei Lr die endgültige Länge der Faser bei Bruch ist, und Li die ursprüngliche Länge der Faser vor der Verlängerung ist. Als Alternative kann die Verlängerung bis zum Bruch nicht weniger als etwa 50% und wahlweise nicht weniger als etwa 90% sein. In weiteren Aspekten stellen das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung eine poröse Faser 54 bereit, die eine prozentuale Verlängerung bis zum Bruch von bis zu etwa 500% oder mehr aufweisen kann. Als Alternative kann die Verlängerung bis zum Bruch nicht mehr als etwa 200% und wahlweise nicht mehr als etwa 160% sein, um gewünschte Leistungsattribute und Verarbeitungsfähigkeiten bereitzustellen.
In noch anderen Aspekten der Erfindung kann die poröse Faser 54 einen Widerstandsfähigkeitsindex von nicht weniger als etwa 0,9 g-cm/tex-cm (0,1 Gramm-Zentimeter pro Denier-Zentimeter (g-cm/Denier-cm)) aufweisen. Als Alternative kann die Faserwiderstandsfähigkeit nicht weniger als etwa 13,5 g-cm/tex-cm (1,5 g-cm/Denier-cm) und wahlweise nicht weniger als etwa 18 g-cm/tex-cm (2 gcm/Denier-cm) sein. Zusätzliche Aspekte der Erfindung können eine poröse Faser 54 bereitstellen, die einen Widerstandsfähigkeitsindex von nicht mehr als etwa 180 gcm/tex-cm (20 g-cm/Denier-cm) aufweist. Als Alternative kann der Faserwiderstandsfähigkeitsindex nicht mehr als etwa 90 g-cm/tex-cm (10 g-cm/Denier-cm) und wahlweise nicht mehr als etwa 45 g-cm/tex-cm (5 g-cm/Denier-cm) sein, um eine verbesserte Leistung bereitzustellen. Der Widerstandsfähigkeitsindex repräsentiert die Fähigkeit der Faser, Energie zu absorbieren, und wird bestimmt durch Multiplizieren der Faserzähigkeit mit der Verlängerung bei Bruch der Faser und Dividieren durch 2. Zum Beispiel wäre eine typische Berechnung (Gramm Belastung bei Bruch · Verlängerung bei Bruch)/(Denier · 2) und kann die Einheiten (Gramm-cm)/(Denier-cm) aufweisen.
Geeignete Testtechniken zum Ermitteln der Daten zum Bestimmen der verschiedenen mechanischen Eigenschaften der porösen Faser sind weiter im Abschnitt Testverfahren beschrieben, der weiter unterhalb angeführt ist.
Die poröse Faser 54 kann vorteilhafterweise eine verbesserte Wasserzugänglichkeit bereitstellen. In besonderen Aspekten der Erfindung kann die Wasseraufnahmerate der porösen Faser 54 nicht weniger als 0,1 mg/s sein. Als Alternative kann die Wasseraufnahmerate nicht weniger als etwa 0,15 mg/s und wahlweise nicht weniger als etwa 0,2 mg/s sein. In anderen Aspekten kann die Wasseraufnahmerate nicht mehr als etwa 15 mg/s sein. Als Alternative kann die Wasseraufnahmerate nicht mehr als etwa 5 mg/s und wahlweise nicht mehr als etwa 1,5 mg/s sein, um verbesserte Vorteile bereitzustellen. Im Vergleich dazu weist eine nicht poröse Faser eine Wasseraufnahmerate von weniger als 0,1 mg/s auf, wie in Beispiel 8, 9 und 10 dargestellt, die nachfolgend angeführt sind.
Zusätzlich kann die Wasseraufnahmemenge der porösen Faser 54 nicht weniger als 0,1 mg in 60 s sein. Als Alternative kann die Wasseraufnahmemenge nicht weniger als etwa 0,2 mg in 60 s und wahlweise nicht weniger als etwa 0,3 mg in 60 s sein. In anderen Aspekten kann die Wasseraufnahmemenge nicht mehr als etwa 25 mg in 60 s sein. Als Alternative kann die Wasseraufnahmemenge nicht mehr als etwa 5 mg in 60 s und wahlweise nicht mehr als etwa 2,5 mg in 60 s sein, um verbesserte Vorteile bereitzustellen. Im Vergleich dazu weist eine nicht poröse Faser eine Wasseraufnahmemenge von weniger als 0,1 mg in 60 s auf, wie in Beispiel 8, 9 und 10 dargestellt, die nachfolgend angeführt sind.
Geeignete Testtechniken zum Ermitteln der Daten zur Bestimmung der verschiedenen Wasserzugänglichkeitseigenschaften der porösen Faser sind weiter im Abschnitt Testverfahren beschrieben, der nachfolgend angeführt ist.
Eine Mehrzahl an Lücken oder Poren 52, die der Faser 54 die gewünschte Porosität verleihen, kann über die Außenoberfläche der Faser verteilt sein und kann auch durch das Innere der Faser verteilt sein. In besonderen Aspekten umfasst die poröse Struktur der Faser 54 verlängerte Lücken von im Allgemeinen ellipsoider und/oder doppelt konischer Form, wie z. B. jene, die repräsentativ in Fig. 7, 8, 9 und 9A gezeigt sind. Erwünschterweise weisen die verlängerten Lücken 52 ihre langen Hauptachsen 46 im Wesentlichen entlang einer der Länge nach verlaufenden Längsabmessung 44 der Faser ausgerichtet auf. In besonderen Aspekten der Erfindung können die verlängerten Lücken eine Hauptachse 46 aufweisen, wobei die Länge 42 der Hauptachse nicht kleiner als etwa 0,1 um ist. Als Alternative ist die Länge der Hauptachse nicht kleiner als etwa 0,2 um und wahlweise nicht kleiner als etwa 0,25 um. In anderen Aspekten ist die Länge der Hauptachse nicht größer als etwa 30 um. Als Alternative ist die Länge 42 der Hauptachse nicht größer als etwa 10 um und wahlweise nicht größer als etwa 7 um, um eine verbesserte Leistung bereitzustellen.
Um die gewünschte Kombination aus mechanischer Festigkeit und Wasserzugänglichkeit bereitstellen zu helfen, weisen besondere Aspekte der Erfindung Fasern auf, in denen die Lücken mit gewünschten Porengrößenabmessungen wenigstens etwa 30% der gesamten Anzahl an Poren entweder auf der Außenoberfläche der Faser oder dem Querschnitt der Faser oder beiden ausmachen. Als Alternative machen die Lücken der gewünschten Porengrößenabmessungen wenigstens etwa 50% und wahlweise wenigstens etwa 60% der gesamten Anzahl an Poren entweder auf der Außenoberfläche der Faser oder am Querschnitt der Faser oder beiden aus.
In weiteren Aspekten der porösen Fasern der Erfindung machen die Lücken mit einer Hauptachsenlänge im Bereich von etwa 0,25-10 um wenigstens etwa 30% der gesamten Anzahl von Poren entweder auf der Außenoberfläche der Faser oder dem Querschnitt der Faser oder beiden aus. Als Alternative machen die Lücken der Porengrößenabmessungen von 0,25-10 um wenigstens etwa 50% und wahlweise wenigstens etwa 60% der gesamten Anzahl an Poren entweder an der Außenoberfläche der Fasern oder dem Querschnitt der Faser oder beiden aus, um verbesserte mechanische Eigenschaften und Wasserzugänglichkeitseigenschaften bereitzustellen.
Die verlängerten Poren oder Lücken können auch einen Längenverhältniswert aufweisen, der bestimmt wird durch das Verhältnis der Länge 42 der Porenhauptachse 48 zur Länge 40 einer kleineren Porenachse 46, die senkrecht auf die Hauptachse ausgerichtet ist, wie in der mikroskopischen Aufnahme oder einem anderen Bild- oder Messmechanismus zu beobachten ist, der eingesetzt wird, um das Längenverhältnis zu bestimmen. In weiteren Aspekten der Erfindung ist das Längenverhältnis nicht kleiner als etwa 1,3. Als Alternative ist das Längenverhältnis nicht kleiner als etwa 1,5 und wahlweise nicht kleiner als etwa 2. In anderen Aspekten ist das Längenverhältnis nicht größer als etwa 50. Als Alternative ist das Längenverhältnis nicht größer als etwa 20 und wahlweise nicht größer als etwa 15, um verbesserte Porositätseigenschaften und Faserleistung bereitzustellen. Die Hauptachse jeder verlängerten Pore oder Lücke ist typischerweise eine Achse, die im Wesentlichen entlang der Längsabmessung der Faser ausgerichtet ist, und kann typischerweise durch die größte Längenmessung jeder Pore dargestellt werden.
Wie in Fig. 7, 8, 9 und 9A dargestellt, kann die poröse Struktur der Faser 54 Poren entlang der Außenoberfläche der Faser verteilt aufweisen. Die Oberflächenporen weisen eine Verteilung mit einer Porenzahl pro Einheit der Außenoberfläche von nicht mehr als etwa 0,01/um² auf. Als Alternative ist die Porenanzahl pro Einheit der Außenoberfläche nicht kleiner als etwa 0,015/um² und wahlweise nicht kleiner als etwa 0,05/um². In weiteren Aspekten ist die Porenanzahl pro Einheit der Außenoberfläche nicht größer als etwa 10 um². Als Alternative ist die Porenanzahl pro Einheit der Außenoberfläche nicht mehr als etwa 8/um² und wahlweise nicht mehr als etwa 5/um², um eine verbesserte Benetzbarkeit und einen verbesserten Flüssigkeitsdurchtritt bereitzustellen.
Wie in Fig. 1, 2, 12 und 13 dargestellt kann die poröse Struktur der Erfindung bezüglich der Querschnittsfläche der Faser 54 Porenlücken mit einer durchschnittlichen Porenfläche (pro Pore) von nicht weniger als etwa 0,001 Mikron (um²) aufweisen. Als Alternative ist die durchschnittliche Porenfläche (pro Pore) nicht kleiner als etwa 0,002 um² und wahlweise nicht kleiner als etwa 0,03 um². In anderen Aspekten ist die durchschnittliche Porenfläche (pro Pore) nicht größer als etwa 20 um². Als Alternative ist die durchschnittliche Porenfläche (pro Pore) nicht größer als etwa 10 um² und wahlweise nicht größer als etwa 3 um², um eine verbesserte Benetzbarkeit und einen verbesserten Flüssigkeitsdurchtritt bereitzustellen.
Die poröse Struktur der Faser 54 kann auch Poren entlang ihrer Querschnittsfläche verteilt aufweisen, um eine Porenanzahl pro Flächeneinheit bereitzustellen, die nicht kleiner als etwa 0,01/um² ist. Als Alternative ist die Porenanzahl pro Flächeneinheit nicht kleiner als etwa 0,015/um² und wahlweise nicht kleiner als etwa 0,1/um². In anderen Aspekten ist die Porenanzahl pro Flächeneinheit nicht kleiner als etwa 10/um². Als Alternative ist die Porenanzahl pro Flächeneinheit nicht größer als etwa 8/um² und wahlweise nicht größer als etwa 5 um², um eine verbesserte Benetzbarkeit und einen verbesserten Flüssigkeitsdurchtritt bereitzustellen.
In weiteren Aspekten weist die poröse Struktur der Faser 54 Poren entlang des Faserquerschnittes verteilt auf, wobei eine Summe der Flächen der einzelnen Poren im Querschnitt eine gesamte Porenfläche bereitstellt, die nicht weniger als etwa 0,1% der gesamten Fläche ist, die durch die Faser im Querschnitt eingenommen wird (eine prozentuelle Porenfläche von nicht weniger als etwa 0,1%). Als Alternative ist die prozentuelle Porenfläche nicht kleiner als etwa 1% und wahlweise nicht kleiner als etwa 2%. In anderen Aspekten ist die prozentuelle Porenfläche nicht größer als etwa 70%. Als Alternative ist die prozentuelle Porenfläche nicht größer als etwa 50% und wahlweise nicht größer als etwa 20%, um eine verbesserte Benetzbarkeit und einen verbesserten Flüssigkeitsdurchtritt bereitzustellen.
Mit Bezugnahme auf Fig. 1, 2, 9, 9A und 12 können besondere Aspekte der porösen Faser eine Mehrzahl an Lücken oder Poren umfassen, die hauptsächlich an strukturellen Unregelmäßigkeiten oder anderen physikalischen Inhomogenitäten des Fasermaterials initiiert werden und die von dort ausgedehnt oder gestreckt werden. Ein solcher Initiator, strukturelle Inhomogenitäten, kann durch einen oder mehrere der folgenden Mechanismen bereitgestellt werden:
Grenzflächen zwischen partikulärem Füllstoffmaterial und Polymerharz, Dichte- und/oder Modulschwankungen in einem Fasermaterial, Lücken und/oder Luftblasen von Submikronengröße, jede Art von Einschlüssen, die ein Modul und/oder eine Dichte aufweisen, das/die von jenem/jener des Fasermaterials abweichen, sowie Kombinationen der Mechanismen. Insbesondere kann die Faser erwünschterweise eine Mehrzahl von ausgedehnten oder auf andere Weise gestreckten Lücken umfassen, wobei jede der Lücken mit einem partikulären Initiator 50 assoziiert sein kann, der durch ein Material bereitgestellt wird, das aus einer Vielzahl von einzelnen Partikeln besteht, wie z. B. ein partikuläres Füllstoffmaterial.
Die Poren oder Lücken können im Wesentlichen die Initiatoren umgeben oder können unmittelbar angrenzend an die Initiatoren sein. Die Poren können auch in Gebieten zwischen einzelnen Initiatoren gelegen sein. Zusätzlich kann jede der ausgedehnten Lücken eine Länge aufweisen, die größer ist als eine Länge ihres assoziierten Initiators, wie zu beobachten ist, wenn man die Lücken in einem Längsschnitt entlang der Faserlänge betrachtet. Mit Bezug auf eine Richtung entlang der Faserlänge können die Lücken eine im Wesentlichen verlängerte elliptische Form aufweisen und/oder können eine im Wesentlichen doppelt konische Form aufweisen, wobei die zwei Kegel mit den Grundflächen zueinander angeordnet sind. Mit Bezug auf einen Querschnitt, der senkrecht auf die Faserlänge vorgenommen wird, können die Lücken eine im Allgemeinen runde Form oder eine leicht ovale oder eiförmige Form aufweisen. In einem besonderen Aspekt der mikroporösen Fasern dieser Erfindung ist im Wesentlichen kein spezielles Muster oder keine regelmäßige Anordnung der Lücken in einer Oberflächenansicht oder anderen längsgerichteten Ansicht der Faser zu beobachten. In einem anderen Aspekt ist im Wesentlichen kein spezielles Muster oder keine regelmäßige Anordnung der Lücken in einer repräsentativen Querschnittsansicht der Faser zu beobachten. Dementsprechend kann die Anordnung der Lücken im Fasermaterial unregelmäßig sein und kann im Wesentlichen zufallsmäßig sein mit einigen unregelmäßigen Anhäufungen. Zum Beispiel kann es solche Anhäufungen in den Bereichen der Agglomeration jedes beliebigen eingebauten Füllstoffmaterials geben. Die betrachtete Struktur der porösen Faser der Erfindung kann eine breite Porengrößenverteilung in einem bestimmten Querschnitt der Faser aufweisen auf Grund von aufgelockerten Porenverteilungen und der Natur der sich verändernden, sich verjüngenden Querschnitte der Poren entlang der Länge der Faser. Die verlängerten Formen (z. B. elliptische oder doppelt konische Formen) der Lücken und das Fehlen von speziellen Lückenverteilungsmustern kann klar die mikroporäse Struktur dieser Erfindung von den porösen Fasern unterscheiden, die durch ein Phasentrennungsverfahren oder durch andere Dehnungsverfahren hergestellt werden, wie z. B. das schrittweise Dehnungsverfahren, das für die Herstellung der mikroporösen CELGARD-Fasern eingesetzt wird.
In einer Oberflächenansicht einer CELGARD-Faser bei einer 15.000fachen Vergrößerung, wie repräsentativ in Fig. 11 gezeigt, sind zahlreiche Mikroporen von im Allgemeinen ovaler oder rechteckiger Form in Streifen von im Allgemeinen ebenen mikroporösen Zonen angeordnet, die ungefähr entlang der Richtung ausgerichtet sind, die senkrecht auf die Faserlänge ist. Diese Streifen von mikroporösen Zonen sind weiter in Anordnungen angeordnet, in denen die Streifen in einer fast periodischen, regelmäßigen Weise auftreten.
Mit Bezugnahme auf Fig. 3, 4 und 10 umfasst eine poröse Faser, die durch ein herkömmliches Phasentrennungsverfahren hergestellt wird, ein schwammartiges System von Poren oder Lücken, die durch verhältnismäßig dünne Wände getrennt sind. Das System wird zu einer spitzenartigen, untereinander verbundenen Struktur angeordnet, die die Poren mit membranartigen Wänden definiert. In der gezeigten Form bildet das System Schichten von fingerartigen Makrolücken, die benachbart zum Lumen der hohlen Faser angeordnet sind. Die Anordnung der Lücken, insbesondere entlang des Faserquerschnittes, stellt eine im Wesentlichen regelmäßige Anordnung bereit. Mit Bezugnahme auf Fig. 10 erscheint die Oberfläche der Faser unter 15.000facher Vergrößerung im Wesentlichen nicht porös.
Im Gegensatz dazu können besondere Aspekte der porösen Faser der Erfindung Poren umfassen, die durch zuggedehnte, verlängerte Bereiche begrenzt sind, die zum Beispiel durch eine plastische Verformung im Fasermaterial bereitgestellt werden können. Die gedehnten Bereiche können zumindest entlang der Grenzkanten der gestreckten Oberflächenlücken beobachtet werden, die auf der ausgesetzten, äußersten Oberfläche der Faser vorliegen. In der porösen Faser der Erfindung sind die Kantengrenzen und Kantenumfänge des Fasermaterials winkelig, scharf definiert, um Wesentlichen nicht filamentiert und im Wesentlichen nicht schwammartig in den Bereichen, die die gestreckte, verlängerte Lücke umgeben. Dementsprechend werden die Lücken effektiv durch Fasermaterial begrenzt, das solche Grenzkanten aufweist, und diese Grenzkanten sind entlang jeder von Oberflächenansicht, Querschnittsansicht oder Volumenansicht der Faser zu beobachten. Das Fasermaterial in den Bereichen, die zwischen den Lücken zu beobachten sind, weist im Allgemeinen die Form eines Plateaus auf, das durch die Lücken unterbrochen wird.
Geeignete Techniken zum Ermitteln der Daten zur Bestimmung der verschiedenen Porengrößeneigenschaften und Porenverteilungen der porösen Faser sind weiter im Abschnitt Testverfahren beschrieben, der nachfolgend angeführt ist.

Testverfahren

Mechanische Eigenschaften

Eine geeignete Technik zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften der porösen Faser 54 kann einen Sintech Zufestigkeitstester (SINTECH 1/D) und Testworks 3.03 Software einsetzen. Der Zugfestigkeitstester ist eine Vorrichtung, die erhältlich ist von MTS System Co., einer Firma mit Sitz in Cary, NC 27513. Die Software ist erhältlich von MTS System Co., Sintech Division, einer Firma mit Sitz in Cary, NC 27513. Ausrüstung und Software, die im Wesentlichen gleichwertige Fähigkeiten aufweisen, können ebenfalls verwendet werden.
Mechanische Eigenschaften können mit dem Zugfestigkeitstester ermittelt werden unter Verwendung seiner Fasertestausführung. Das Testen wird mit einer 10 Pfund (44,5 N) Kraftmessdose und luftbetriebenen, gummibeschichteten 3 Inch (7,6 cm) Einspannköpfen durchgeführt. Das Fasertesten wird mit einer Messlänge von 2 Inch (5,08 cm) und einer Laufholmgeschwindigkeit von 500,00 mm/min durchgeführt. Eine einzelne Probefaser wird senkrecht auf und in der Mitte der Einspannköpfe angeordnet und an der Stelle gehalten, wenn die Einspannköpfe durch Luftdruck zusammengeschlossen werden. Der Durchmesser der Faser wird vom Anwender eingegeben, bevor das Zugfestigkeitstesten begonnen wird. Für die Hohlfaserproben, wie jene, die in Beispiel 11 und 12 gezeigt sind, wurde die runde Querschnittsfläche, n((äußerer Radius)² - (innerer Radius)²) für die Berechnung der Zugfestigkeit verwendet. Bei jedem Experiment wird die Faser gedehnt, bis ein Brechen auftritt, und die Ausrüstungssoftware oder ein anderes Ausrüstungsprogramm erzeugt einen Spannung-Dehnung-Plot und berechnet die gewünschten mechanischen Eigenschaften für die Probe. Die mechanischen Eigenschaften können zum Beispiel den Youngschen Modul, Spannung bei Bruch und % Dehnung oder Verlängerung bei Bruch umfassen.

Wasserzugänglichkeit

Eine geeignete Technik zur Bestimmung der vergleichsmäßigen Wasserzugänglichkeitseigenschaften der Faser kann eine CAHN DCA 322 Mikrowaage einsetzen, eine Vorrichtung, die erhältlich ist von ATI (Analytical Technology, Inc.), einer Firma mit Sitz in Madison, WI. Die Waage ist empfindlich für Kraftänderungen von nur 0,1 Mikrogramm und ist mit zwei Wiegepositionen (der "A"-Schleife und der "B"-Schleife) und einer Tarierposition (der "C"-Schleife) ausgestattet. Die "A"-Schleife kann eine maximale Belastung von 1,5 Gramm tragen und die "B"-Schleife kann eine Belastung von 3,5 Gramm tragen. Somit weist die A- Schleife eine größere Empfindlichkeit auf, während die B- Schleife eine schwerere Last tragen kann. Es versteht sich von selbst, dass der Bediener jene Schleife auswählt, die die größere Messempfindlichkeit bereitstellt und dabei auch in der Lage bleibt, die maximale Belastung zu messen, die während des Testens erwartet wird. Das Fasertesten für die Beispiele, die hier angeführt sind, wurde auf der "A"-Schleife der Waage durchgeführt. Jede Faserprobe weist eine ausreichende Länge (z. B. etwa 15 mm) auf, die erlaubt, dass die Faser betriebsfähig angebunden oder anders entlang oder an einem Hängedraht oder einem ähnlichen Träger befestigt werden kann, um eine Testprobe bereitzustellen. In der Testprobe erstrecken sich eine Länge von 5 mm des Trägerdrahtes und seiner angrenzend gehaltenen Faserprobe unterhalb des Bandes und bleiben ausgesetzt und verfügbar für eine Berührung mit dem Wasser während des Testens.
Das CAHN-System umfasst eine bewegliche Plattform, die bei gleichmäßiger Geschwindigkeit nach oben und nach unten übertragen werden kann. Die Testprobe wird von der ausgewählten Schleife der Waage gehängt oder anders daran befestigt, und ein Becherglas mit Wasser wird auf die bewegliche Plattform gestellt. Die Plattform wird nach oben gebracht, so dass die untere Kante der Probe gerade über der Wasseroberfläche ist, und der Test wird begonnen. Software, die mit dem CAHN-System bereitgestellt wird, steuert das Experiment gemäß den Parametern, die vom Anwender eingegeben werden. Für das Fasertesten wird die Testprobe auf die Waage gelegt, und die Waage wird tariert, um eine Messung der Wasseraufnahme bereitzustellen, wenn die Probe in Berührung mit dem Wasser ist. Die Software wird angewiesen, Kraftablesungen in Intervallen von einer Sekunde vorzunehmen. Eine Länge von 2 mm des ausgesetzten Abschnittes der Testprobe wird in das Wasser getaucht, und die Plattform wird angehalten. Die Testprobe wird für 1 Minute im Wasser gelassen, während die Software Kraftablesungen in Intervallen von einer Sekunde vornimmt. Die Testprobe wird dann wieder aus dem Wasser gezogen.
Die Daten, die aus einem Experiment ermittelt werden, werden dann ausgewertet. Insbesondere können die Daten in eine geeignete Kalkulationstabellensoftware, wie z. B. Microsoft Excel Version 5.0, übertragen und verarbeitet werden, um ein Diagramm von Gewicht zu Zeit für das 1- minütige Eintauchen im Wasser zu erstellen, Das Diagramm zeigt den Trend der Wasseraufnahme für die Testprobe und stellt eine bequeme Basis für das Vergleichen der relativen Wasseraufnahmeleistung und der relativen Grade an Wasserzugänglichkeit verschiedener Faserproben bereit. Um einen besseren Vergleich zwischen Proben von Fasern mit unterschiedlichen Größen zu ermöglichen, wurden die im Diagramm festgehaltenen Daten der Gewichtszunahme als Funktion von Zeit für die verschiedenen Proben normiert auf der Basis einer Faser mit einem Gewicht von 0,0416 mg. Der Normierungsfaktor war das Verhältnis des Trockengewichtes der getesteten Faser zu 0,0416 mg. Die Wasseraufnahmerate wird an der zwei-Sekunden-Zeitmarke der Kurve bestimmt, die erzeugt wird durch Erstellen eines Diagramms der normierten Gewichtszunahme zur Menge der verstrichenen Zeit während des Eintauchzeitraums von einer Minute. Die Wasseraufnahmerate, die in den Beispielen gezeigt ist, wurde bestimmt durch Berechnen der Steigung der im Diagramm dargestellten Kurve am Datenpunkt, der in der ersten Sekunde der Datenmessung aufgezeichnet wurde, wie in Fig. 14 repräsentativ gezeigt ist. Die Wasseraufnahmemenge, die in den Beispielen aufgelistet ist, war die gesamte Gewichtszunahme, die in der Zeit von 1 Minute (60 s) der Messung im Datendiagramm aufgezeichnet wurde. Es sollte erwähnt werden, dass die gemessene und aufgezeichnete Gewichtszunahme eine Gewichtszunahme auf Grund des Wassers, das in die ursprüngliche poröse Struktur absorbiert worden ist, sowie Gewichtszunahmen auf Grund anderer Interaktionen zwischen der Faser und dem Wasser umfassen können. Zum Beispiel kann sich eine beschichtende Schicht von Wasser auf der Faser bilden. Zusätzlich kann die Faserstruktur aufquellen, um Poren mit einem erhöhten Lückenvolumen bereitzustellen, oder die Faser kann auf andere Weise ihre Form verändern, um eine erhöhte Kapazität zum Aufnehmen und Halten von absorbiertem Wasser bereitzustellen.

Rasterelektronenmikroskopie und Bildanalyse

Elektronenmikroskopische Aufnahmen können durch herkömmliche Techniken hergestellt werden, die auf dem Fachgebiet der Bildtechnik gut bekannt sind. Zusätzlich können die Proben für die gewünschte Bildverarbeitung vorbereitet werden durch den Einsatz gut bekannter, herkömmlicher Vorbereitungstechniken.
Da die poröse Faser der Erfindung sogar bei niedrigen Temperaturen sehr dehnbar sein kann, ist es wichtig, ein übermäßiges Verschmieren des Fasermaterials zu vermeiden, wenn die Faserprobe geschnitten und für eine Bildverarbeitung des Faserquerschnittes vorbereitet wird. In einer geeigneten Vorbereitungstechnik können die Proben zum Beispiel für 1 Stunde in Ethanol eingetaucht und dann in flüssigen Stickstoff eingetaucht werden. Für die Faserquerschnitte können die Oberflächen durch Kryomikrotomie vorbereitet werden, wie z. B. durch die Verwendung eines Reichert Ultracut S Mikrotoms mit FCS Kryo-Schnittsystem (Leica, Deerfield, IL), bei dem ein frisches 6 mm Glasmesser bei Temperaturen von -180ºC verwendet wird. Die entstehende Faser kann dann auf einem geeigneten Stumpf befestigt und mit Gold oder Au/Pd (Gold/Palladium) beschichtet werden. Die Mikrostruktur der Faser kann durch Rasterelektronenmikroskopie bildlich dargestellt werden, wie z. B. durch Verwendung eines JSM 6400 (JEOL, Peabody, MA) Rasterelektronenmikroskops mit sowohl sekundären als auch Rückstreuungs-Elektronendetektoren.
Automatische Bildanalysen von Lücken und Faserporen können durch gut bekannte, herkömmliche Techniken durchgeführt werden. Beispiele für solche Techniken sind in "APPLICATION OF AUTOMATED ELECTRON MICROSCOPY TO INDIVIDUAL PARTICLE ANALYSIS" von Mark S. Germani, AMERICAN LABORATORY, veröffentlicht durch International Scientific Communications, Inc.; und in INTRODUCTION TO AUTOMATED PARTICLE ANALYSIS" von T. B. Vander Wood (Copyright 1994, MVA, Inc., 550 Oakbrook Parkway #200, Norcross, GA 30093), Proc. 52nd Annual Meeting of the Microscopy Society of America, G. W. Bailey and A. J. Garratt- Reed, Eds., veröffentlicht von San Francisco Press, beschrieben.
Die Bildanalyse, um die Porenverteilungsdaten für Beispiel 1 bereitzustellen, wurde durch Materials Analytical Services, einem Labor mit Sitz in Norcross, GA, durchgeführt. Die Bildanalyse, um die Porenverteilungsdaten für Beispiel 4 bereitzustellen, wurde von MVA, Inc., einem Labor mit Sitz in Norcross, GA, durchgeführt.
Die verschiedenen Bildanalysen können zum Beispiel mit einem Noran Voyager Bildanalysesystem unter Einsatz einer 5.000fachen Vergrößerung durchgeführt werden. Die Daten werden erzeugt, indem der Durchschnitt von insgesamt zwölf Feldern genommen wird. Das System ist erhältlich von NORAN Instrument, Inc., einer Firma mit Sitz in Middleton, WI, und Systeme, die in der Lage sind, eine im Wesentlichen gleichwertige Leistung bereitzustellen, können ebenfalls verwendet werden. Während des Verlaufs der Bildanalyse, kann das Bild der porösen Struktur digitalisiert werden unter Verwendung herkömmlicher Techniken. Ein Beispiel für ein digitalisiertes Bild ist repräsentativ in Fig. 13 gezeigt.

Lichtmikroskopie

Um die Mikrostruktur entlang der außenseitigen Oberfläche der porösen Faser zu untersuchen, kann Lichtmikroskopie eine geeignete Technik sein. Insbesondere kann herkömmliche Ölimmersions-Lichtmikroskopie eingesetzt werden. Bei dieser Technik werden die Proben vorbereitet durch Anordnung in einem Immersionsöl mit einem Brechungsindex (Nd) von 1,516 bei 23ºC auf einem Glasträger, und werden bedeckt. Das Immersionsöl kann ein Öl sein, das erhältlich ist von OLYMPUS OPTICAL CO. LTD., einer Firma mit Sitz in Lake Success, NY. Die Proben werden fotografiert unter Verwendung eines 100X Ölimmersionsobjektivs, eines Hochgeschwindigkeitsfilms, wie z. B. Kodak Gold 400 ASA, 35 mm Film und unter Verwendung von Tageslichttemperaturbeleuchtung. Ein geeignetes Mikroskop ist ein OLYMPUS BH- 2 Lichtmikroskop, das erhältlich ist von OLYMPUS OPTICAL CO. LTD., einer Firma mit Sitz in Lake Success, NY. Andere Lichtmikroskope und Ausrüstung mit im Wesentlichen gleichwertigen Fähigkeiten können ebenfalls eingesetzt werden.
Die folgenden Beispiele sollen ein genaueres Verständnis der Erfindung bereitstellen. Die Beispiele sind repräsentativ und sollen nicht den Umfang der Erfindung speziell beschränken.

Beispiel 1:

Ein Harz bestehend aus Polypropylen (Himont PF301) (90 Gew.-%) und TiO&sub2; Füllstoffpartikeln (SCC 4837 von Standridge Color Corporation) (10 Gew.-%) wurde mit dem oberflächenaktiven Stoff Dow Corning D193 (6 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Füllstoffes und des Harzes) durch zweimaliges Extrudieren durch den Haake Labor-Doppelschnecken-Extruder vermischt. Die Größe der TiO&sub2;-Partikel war im Bereich von etwa 0,1 bis 0,5 Mikron (um), wie durch eine Rasterelektronenmikroskopie (SEM) gemessen wurde. Die Konzentrationen der Füllstoffe wurden durch Aschenanalyse gemessen. Der oberflächenaktive Stoff Dow Corning D193 wies eine HLB-Zahl von 12,2 auf. Das Faserspinnverfahren umfasste das Zuführen der kombinierten Materialien in einen Kastenspeiser und Extrudieren der Materialien durch einen Einzelschneckenextruder mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von 24 (L/D = 24/1). Der Extruder wies drei Erwärmungszonen, eine Dosierpumpe, einen angeschlossenen statischen Mischer und ein Spinnpack mit 4 Löchern auf, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 0,3 mm aufwies. Während des Spinnextrudierens der Faser, wurde die Faser einem Ausziehverhältnis von 40 unterworfen. Während des Abschreckens der Faser wurde die naszierende Faser mit einer ersten oberflächenaktiven Flüssigkeit vorbefeuchtet, die durch eine Dosierbeschichtungsdüse abgegeben wurde. Die erste oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung, die aus Isopropanol und Wasser bestand, gemischt in einem Verhältnis von 9 Volumsteilen Isopropanol zu 1 Volumsteil Wasser. Die Faser wurde dann in Luft um das 2fache gedehnt (ein Ziehverhältnis von 2), gefolgt von einem Dehnen um das 1,7fache (ein Ziehverhältnis von 1,7) in einem Bad, das durch eine zweite oberflächenaktive Flüssigkeit bereitgestellt wurde. Die zweite oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung, die aus Isopropanol und Wasser bestand, gemischt in einem Volumenverhältnis von 9 Teilen Isopropanol zu 1 Teil Wasser. Die Faser wurde dann bei 80ºC thermofixiert vor dem Aufwickeln auf eine Aufwickelvorrichtung. Die mechanischen Eigenschaften der entstandenen porösen Faser wurden dann durch einen Sintech Zugfestigkeitstester gemessen und sind in den folgenden TABELLEN 1 und 2 zusammengefasst. Die Anzahl der Poren pro um² Querschnitt der Faser betrug etwa 0,74 und die Anzahl der Poren pro um² Außenoberfläche betrug etwa 0,08.

Beispiel 2:

Ein Harz bestehend aus Polypropylen 95,3% (Himont PF301); 1,4% TiO&sub2;-Konzentrat, anorganischem Füllstoff (SCC 4837 von Standridge Color Corporation) und 3,3 Gew.-% pulverisiertem Polydimethyl-Silsesquioxan, organischem Füllstoff (Dow Corning #32 Zusatzstoff); wurde mit 6 Gew.-% (basierend auf dem Gesamtgewicht des Harzes und des Füllstoffes) eines Silikonglykol oberflächenaktiven Stoffes (Dow Corning D193) durch zweimaliges Extrudieren durch einen Haake Labor-Doppelschnecken-Extruder vermischt. Die Partikelgröße des organischen Füllstoffes lag im Bereich von 1 bis 5 Mikron, wie durch SEM gemessen wurde. Das kombinierte Material wurde dann durch einen Einzelschneckenextruder (L/D = 24/1) extrudiert, der drei Erwärmungszonen, einen angeschlossenen statischen Mischer, eine Dosierpumpe und ein Spinnpack mit 4 Löchern aufwies, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 0,3 mm aufwies. Während des Spinnextrudierens der Faser wurde die Faser einem Ausziehverhältnis von 33 unterworfen. Während des Abschreckens der Faser wurde die naszierende Faser mit einer ersten oberflächenaktiven Flüssigkeit vorbefeuchtet, die durch eine Dosierbeschichtungsdüse abgegeben wurde. Die erste oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung, die aus 2 Gew.-% eines oberflächenaktiven Stoffes (IGEPAL RC-630) in einem Isopropanol/Wasser- Lösemittel bestand. Das Lösemittel bestand aus Isopropanol und Wasser, gemischt in einem Volumenverhältnis von 9 Teilen Isopropanol zu 1 Teil Wasser. Die Faser wurde dann in Luft um das 1,17fache gedehnt und nachfolgend um das 2fache in einem Bad gedehnt, das durch eine zweite oberflächenaktive Flüssigkeit bereitgestellt wurde. Die zweite oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung, die aus Isopropanol und Wasser, gemischt in einem Verhältnis von 9 Volumenteilen Isopropanol zu 1 Volumenteil Wasser, bestand. Die Faser wurde dann bei 85ºC in einem angeschlossenen Trockenschrank thermofixiert vor dem Aufwickeln auf eine Aufwickelvorrichtung. Die mechanischen Eigenschaften der porösen Faser wurden dann durch einen Sintech Zugfestigkeitstester gemessen und sind in der folgenden TABELLE 1 zusammengefasst.

Beispiel 3:

Ein Harz bestehend aus 93,2 Gew.-% Polypropylen (Himont PF301); 1,4 Gew.-% TiO&sub2;-Konzentrat (SCC 4837 von Standridge Color Corporation) und 5,4 Gew.-% CaCO&sub3; (Omyacarb UF von Omya Inc.), das mit 6 Gew.-% (basierend auf dem Gewicht des Füllstoffes) des oberflächenaktiven Stoffes Silikonglykol D193 oberflächenmodifiziert wurde, wurde durch zweimaliges Extrudieren durch einen Haake Labor-Doppelschnecken-Extruder vermischt. Die Partikelgrößen des CaCO&sub3;-Füllmittels lagen im Bereich von 1 bis 3 Mikron, wie durch SEM gemessen wurde. Das kombinierte Material wurde dann durch einen Einzelschneckenextruder (L/D = 24/1) extrudiert, der einen angeschlossenen statischen Mischer, eine Dosierpumpe und ein Spinnpack mit 8 Löchern umfasste, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 0,3 mm aufwies. Während des Spinnextrudierens wurde die Faser einem Ausziehverhältnis von 33 unterworfen. Während des Abschreckens der Faser wurde die naszierende Faser mit einer ersten oberflächenaktiven Flüssigkeit vorbefeuchtet, die durch eine Dosierbeschichtungsdüse abgegeben wurde. Die erste oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung, die aus Isopropanol und Wasser, gemischt in einem Volumenverhältnis von 9 Teilen Isopropanol zu 1 Teil Wasser bestand. Die Faser wurde dann in Luft um das 1,17fache gedehnt, und nachfolgend um das 2fache in einem Bad gedehnt, das durch eine zweite Menge von oberflächenaktiver Flüssigkeit bereitgestellt wurde. Die zweite oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung, die aus 1 Gew.-% IGEPAL RC-630 in einem Isopropanol/Wasser-Lösemittel bestand. Das Lösemittel bestand aus Isopropanol und Wasser, gemischt in einem Volumenverhältnis von 9 Teilen Isopropanol zu 1 Teil Wasser. Die Faser wurde dann bei 80ºC thermofixiert vor dem Aufwickeln auf eine Aufwickelvorrichtung. Die mechanischen Eigenschaften der porösen Faser wurden dann durch einen Sintech Zugfestigkeitstester gemessen und sind in der folgenden TABELLE 1 zusammengefasst.

Beispiel 4:

Ein Harz bestehend aus 88,8 Gew.-% Polypropylen (Himont PF301), 1,3 Gew.-% TiO&sub2;-Konzentrat (SCC 4837 von Standridge Color Corporation) und 9,9 Gew.-% CaCO&sub3; (Omyacarb UF von Omya, Inc.), das durch 6 Gew.-% (basierend auf dem Gewicht des Füllstoffes) des oberflächenaktiven Stoffes Silikonglykol D193 oberflächenmodifiziert wurde, wurde durch zweimaliges Extrudieren durch einen Haake Labor-Doppelschnecken-Extruder vermischt. Die Partikelgrößen des CaCO&sub3; lagen im Bereich von 1 bis 3 Mikron, wie durch SEM gemessen wurde. Das kombinierte Material wurde dann durch einen Einzelschneckenextruder (L/D = 24/1) extrudiert, der drei Erwärmungszonen, einen angeschlossenen statischen Mischer, eine Dosierpumpe und ein Spinnpack mit 15 Löchern umfasste, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 0,5 mm aufwies. Während des Extrusions- Spinn-Vorganges, wurde die Faser einem Ausziehverhältnis von 40 unterworfen. Während des Abschreckens wurde die naszierende Faser mit einer ersten oberflächenaktiven Flüssigkeit vorbefeuchtet, die durch eine Dosierbeschichtungsdüse abgegeben wurde. Die erste oberflächenaktive Flüssigkeit bestand aus einer Mischung von Isopropanol und Wasser, die in einem Volumenverhältnis von 9,8 Teilen Isopropanol zu 0,2 Teilen Wasser bereitgestellt waren. Die Faser wurde dann in Luft um das 1,5fache gedehnt und nachfolgend um das 1,4fache in einem Bad gedehnt, das durch eine zweite Menge einer oberflächenaktiven Flüssigkeit bereitgestellt wurde. Die zweite oberflächenaktive Flüssigkeit bestand aus Isopropanol und Wasser, gemischt in einem Volumenverhältnis von 9 Teilen Isopropanol zu 1 Teil Wasser. Die Faser wurde dann bei 90ºC mit einem angeschlossenen Trockenschrank thermofixiert, gefolgt vom Sammeln durch einen Bahnformkasten. Die mechanischen Eigenschaften der porösen Faser wurden dann durch einen Sintech Zugfestigkeitstester gemessen und sind in den folgenden TABELLEN 1 und 2 zusammengefasst. Die Anzahl der Poren pro um² Querschnitt der Faser betrug etwa 0,19.

Beispiel 5:

Ein Harz bestehend aus Polypropylen (Himont PF301) (90 Gew.-%) und TiO&sub2; Füllstoffpartikeln (SCC 4837 von Standridge Color Corporation) (10 Gew.-%) wurde mit dem oberflächenaktiven Stoff Dow Corning D193 (6 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Füllstoffes und des Harzes) durch zweimaliges Extrudieren durch einen Haake Labor-Doppelschnecken-Extruder vermischt. Die Größe der TiO&sub2;-Partikel lag im Bereich von 0,1 bis 0,5 Mikron, wie durch eine Rasterelektronenmikroskopie (SEM) gemessen wurde. Die Konzentrationen der Füllstoffe wurden durch Aschenanalyse gemessen. Der oberflächenaktive Stoff Dow Corning D193 wies eine HLB-Zahl von 12,2 auf. Das Faserspinnverfahren umfasste das Zuführen der kombinierten Materialien in einen Kastenspeiser und das Extrudieren der Materialien durch einen Einzelschneckenextruder mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von 24 (L/D = 24/1). Der Extruder wies drei Erwärmungszonen, eine Dosierpumpe, einen angeschlossenen statischen Mischer und ein Spinnpack mit 4 Löchern auf, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 0,3 mm aufwies. Während der Spinnextrusion der Faser wurde die Faser einem Ausziehverhältnis von 11 unterworfen. Während des Abschreckens der Faser wurde die naszierende Faser mit einer ersten oberflächenaktiven Flüssigkeit vorbefeuchtet, die durch eine Dosierbeschichtungsdüse abgegeben wurde. Die erste oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung, die aus Isopropanol und Wasser, gemischt in einem Verhältnis von 9 Volumenteilen Isopropanol zu 1 Volumenteil Wasser, bestand. Die Faser wurde dann in Luft um das 1,58fache gedehnt, gefolgt vom Dehnen um das 2,2fache in einem Bad, das durch eine zweite oberflächenaktive Flüssigkeit bereitgestellt wurde. Die zweite oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung, die aus Isopropanol und Wasser, gemischt in einem Volumenverhältnis von 9 Teilen Isopropanol und 1 Teil Wasser, bestand. Die Faser wurde dann bei 80ºC thermofixiert vor dem Aufwickeln auf eine Aufwickelvorrichtung. Die mechanischen Eigenschaften der entstandenen porösen Faser wurden dann durch einen Sintech Zugfestigkeitstester gemessen und sind in der folgenden TABELLE 1 zusammengefasst.

Beispiel 6:

Ein Harz bestehend aus Polypropylen (Himont PF301) (90 Gew.-%) und TiO&sub2; Füllstoffpartikeln (SCC 4837 von Standridge Color Corporation) (10 gew.%) wurde mit dem oberflächenaktiven Stoff Dow Corning D193 (6 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Füllstoffes und des Harzes) durch zweimaliges Extrudieren durch den Haake Labor-Doppelschnecken-Extruder vermischt. Die Größe der TiO&sub2;-Partikel lag im Bereich von 0,1 bis 0,5 Mikron, wie durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) gemessen wurde. Die Konzentrationen der Füllstoffe wurden durch Aschenanalyse gemessen. Der oberflächenaktive Stoff Dow Corning D193 wies eine HLB-Zahl von 12,2 auf. Das Faserspinnverfahren umfasste das Zuführen der kombinierten Materialien in einen Kastenspeiser und das Extrudieren der Materialien durch einen Einzelschneckenextruder mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von 24 (L/D = 24/1). Der Extruder wies drei Erwärmungszonen, eine Dosierpumpe, einen angeschlossenen statischen Mischer und ein Spinnpack mit 4 Löchern auf, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 0,3 mm aufwies. Während des Spinnextrudierens der Faser wurde die Faser einem Ausziehverhältnis von 11 unterworfen. Während des Abschreckens der Faser wurde die naszierende Faser mit einer ersten oberflächenaktiven Flüssigkeit vorbefeuchtet, die durch eine Dosierbeschichtungsdüse abgegeben wurde. Die erste oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung bestehend aus Isopropanol und Wasser, gemischt in einem Verhältnis von 9 Volumenteilen Isopropanol zu 1 Volumenteil Wasser. Die Faser wurde dann in Luft um das 1,17fache gedehnt, gefolgt von einem Dehnen um das 1,5fache in einem Bad, das durch eine zweite oberflächenaktive Flüssigkeit bereitgestellt wurde. Die zweite oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung bestehend aus Isopropanol und Wasser, gemischt in einem Volumenverhältnis von 9 Teilen Isopropanol zu 1 Teil Wasser. Die Faser wurde dann bei 80ºC thermofixiert vor dem Aufwickeln auf eine Aufwickelvorrichtung. Die mechanischen Eigenschaften der entstandenen porösen Faser wurden dann durch einen Sintech Zugfestigkeitstester gemessen und sind in der folgenden TABELLE 1 zusammengefasst.

Beispiel 7:

Ein Harz bestehend aus Polypropylen (Himont PF301) (90 Gew.-%) und TiO&sub2; Füllstoffpartikeln (SCC 4837 von Standridge Color Corporation) (10 Gew.-%) wurde mit dem oberflächenaktiven Stoff Dow Corning D193 (6 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Füllstoffes und des Harzes) durch zweimaliges Extrudieren durch den Haake Labor-Doppelschnecken-Extruder vermischt. Die Größe der TiO&sub2;-Partikel lag im Bereich von 0,1 bis 0,5 Mikron, wie durch eine Rasterelektronenmikroskopie (SEM) gemessen wurde. Die Konzentrationen der Füllstoffe wurden durch Aschenanalyse gemessen. Der oberflächenaktive Stoff Dow Corning D193 wies eine HLB-Zahl von 12,2 auf. Das Faserspinnverfahren umfasste das Zuführen der kombinierten Materialien in einen Kastenspeiser und das Extrudieren der Materialien durch einen Einzelschneckenextruder mit einem Länge-Durchmesser-Verhältnis von 24 (L/D = 24/1) Der Extruder wies drei Erwärmungszonen, eine Dosierpumpe, einen angeschlossenen statischen Mischer und ein Spinnpack mit 4 Löchern auf, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 0,3 mm aufwies. Während des Spinnextrudierens der Faser wurde die Faser einem Ausziehverhältnis von 33 unterworfen. Während des Abschreckens der Faser wurde die naszierende Faser mit einer ersten oberflächenaktiven Flüssigkeit vorbefeuchtet, die durch eine Dosierbeschichtungsdüse abgegeben wurde. Die erste oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung bestehend aus Isopropanol und Wasser, gemischt in einem Verhältnis von 9 Volumenteilen Isopropanol zu 1 Volumenteil Wasser. Die Faser wurde dann in Luft um das 1,17fache gedehnt, gefolgt von einem Dehnen um das 1,5fache in einem Bad, das durch eine zweite oberflächenaktive Flüssigkeit bereitgestellt wurde. Die zweite oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung bestehend aus Isopropanol und Wasser, gemischt in einem Volumenverhältnis von 9 Teilen Isopropanol zu 1 Teil Wasser. Die Faser wurde dann bei 80ºC thermofixiert vor dem Aufwickeln auf eine Aufwickelvorrichtung. Die mechanischen Eigenschaften der entstandenen porösen Faser wurden dann durch einen Sintech Zugfestigkeitstester gemessen und sind in der folgenden TABELLE 1 zusammengefasst.

Beispiel 8:

Ein Harz bestehend aus Polypropylen (Himont PF301) (90 Gew.-%) und TiO&sub2; Füllstoffpartikeln (SCC 4837 von Standridge Color Corporation) (10 Gew.-%) wurde mit dem oberflächenaktiven Stoff Dow Corning D193 (6 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Füllstoffes und des Harzes) durch zweimaliges Extrudieren durch den Haake Labor-Doppelschnecken-Extruder vermischt. Die Größe der TiO&sub2;-Partikel lag im Bereich von 0,1 bis 0,5 Mikron, wie durch eine Rasterelektronenmikroskopie (SEM) gemessen wurde. Die Konzentrationen der Füllstoffe wurden durch Aschenanalyse gemessen. Der oberflächenaktive Stoff Dow Corning D193 wies eine HLB-Zahl von 12,2 auf. Das Faserspinnverfahren umfasste das Zuführen der kombinierten Materialien in einen Kastenspeiser und das Extrudieren der Materialien durch einen Einzelschneckenextruder mit einem Länge-Durchmesser-Verhältnis von 24 (L/D = 24/1). Der Extruder wies drei Erwärmungszonen, eine Dosierpumpe, einen angeschlossenen statischen Mischer und ein Spinnpack mit 4 Löchern auf, wobei jedes Loch einen Durchmesser von 0,3 mm aufwies. Während des Spinnextrudierens der Faser wurde die Faser frei fallen gelassen. Während des Abschreckens der Faser wurde die naszierende Faser mit einer oberflächenaktiven Flüssigkeit vorbefeuchtet, die durch eine Dosierbeschichtungsdüse abgegeben wurde. Die oberflächenaktive Flüssigkeit war eine Lösung bestehend aus Isopropanol und Wasser, gemischt in einem Verhältnis von 9 Volumenteilen Isopropanol zu 1 Volumenteil Wasser. Die mechanischen Eigenschaften der entstandenen porösen Faser wurden dann durch einen Sintech Zugfestigkeitstester gemessen und sind in der folgenden TABELLE 1 zusammengefasst.

Beispiel 9:

Diese Probe bestand aus einer im Handel erhältlichen Polypropylen-Stapelfaser, die von American Barmag, einer Firma mit Sitz in Charlotte, North Carolina bezogen wurde. Die Stapelfaser wies eine Faserlänge von 38 mm auf und war oberflächenmodifiziert durch Eintauchen in eine Lösung aus 10 Gew.-% des hydrophilen oberflächenaktiven Stoffes Silikonglykol (Dow Corning 193) in Azeton für 1 Stunde und Trocknen bei 50ºC für 6 Stunden vor dem Testen. Die Eigenschaften der Faser wurden gemessen und sind in der folgenden TABELLE 1 zusammengefasst.

Beispiel 10:

Diese Probe bestand aus einer im Handel erhältlichen Polypropylen-Stapelfaser mit einer Faserlänge von 38 mm und wurde von American Barmag, einer Firma mit Sitz in Charlotte, North Carolina, bezogen. Die Eigenschaften der Faser wurden gemessen und sind in der folgenden TABELLE 1 zusammengefasst.

Beispiel 11:

Diese Probe ist eine herkömmliche poröse Faser, die von Asahi Medical Co. Ltd., einer Firma mit Sitz in Tokyo, Japan, bezogen wurde. Wie repräsentativ in Fig. 3, 4 und 10 gezeigt, wies die Faser ein Lumen auf, das sich der Länge nach entlang der Faserlänge durch das Innere der Faser erstreckte. Es wird davon ausgegangen, dass die poröse Struktur in der dargestellten Faser durch eine Lösungsspinntechnik erzeugt wurde, wo die Lumenform eine Einführung der Koagulationsflüssigkeit erlaubte, um die naszierende Faser entlang sowohl einer inneren als auch einer äußeren Oberfläche des Fasermaterials zu berühren. Die Struktur weist große, fingerartige Poren innerhalb der inneren Wand der Faser auf und weist eine schwammartige Form von spitzenartigen Poren in der Nähe der äußeren Wand auf. Zusätzlich weist die Faser typischerweise eine dünne Hautschicht an ihrer äußeren Oberfläche auf, die das Eintreten von Wasser in die Faser verhindern kann. Die Eigenschaften der Faser wurden gemessen und sind in der folgenden TABELLE 1 zusammengefasst.

Beispiel 12:

Diese Probe ist eine andere herkömmliche poröse Faser, die unter der Handelsbezeichnung CELGARD von Hoechst Celanese, einer Firma mit Sitz in Charlotte, North Carolina, vertrieben wird. Wie repräsentativ in Fig. 5, 6 und 11 gezeigt, wies die Faser ein längliches Lumen auf, und es wird davon ausgegangen, dass die poröse Struktur der Faser durch ein Verfahren erzeugt wurde, das eine Mehrzahl von schrittweisen Dehnungsschritten eingesetzt hat. Die Struktur umfasst, wie in der Querschnittsansicht gezeigt, eine lamellenartige Struktur, die durch die Schaffung von interlamellarem Volumen in einer präkristallinen Struktur hergestellt wurde. In dieser Struktur enthält die Pore Mikrofibrillen, die in der längs gerichteten Richtung der Fasern ausgerichtet sind, und Verbindungsabschnitte, die aus aufgestapelten Lamellen bestehen. Die Eigenschaften der Faser wurden gemessen und sind in der folgenden TABELLE 1 zusammengefasst.

Beispiel 13:

Diese Probe ist eine mikroporöse Polypropylenfaser, die in Beispiel 1 von U.S.P. 4,550,123, das im Besitz von Albany International, einer Firma mit Sitz in Mansfield, MA, ist, gezeigt ist. Entsprechend der Beschreibung von Beispiel 1 in dem Patent wies die Faser einen Denier von 8,8d auf. Andere Eigenschaften der Faser sind in der folgenden TABELLE 1 aufgelistet. TABELLE 1
Nachdem somit die Erfindung bis ins Detail beschrieben worden ist, wird leicht zu erkennen sein, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen. Alle derartigen Veränderungen und Modifikationen werden so angesehen, dass sie in den Umfang der Erfindung fallen, wie durch die angeschlossenen Ansprüche definiert.

Claims

1. Poröse Faser, die aus einem Fasermaterial mit einer Mehrzahl an verlängerten Lücken darin besteht, und wobei die Lücken in dem Fasermaterial gebildet sind, das von einem partikulären Füllstoffmaterial weg gestreckt und ausgedehnt wurde, welches in dem Fasermaterial enthalten ist, wobei die Faser aufweist:

einen Denier von nicht mehr als etwa 50 (5,56 tex);

eine prozentuale Verlängerung bei Bruch von nicht weniger als etwa 30%;

eine Zugfestigkeit bei Bruch von nicht weniger als etwa 200 MPa; und

wobei die Lücken über eine Außenoberfläche der Faser mit einer durchschnittlichen Verteilungsdichte von nicht mehr als etwa 0,01 Lücken pro um² der Außenoberfläche verteilt sind.

2. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die Faser einen Denier von nicht mehr als etwa 20 (2,22 tex) aufweist.

3. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die Faser einen Denier von nicht mehr als etwa 10 (1,11 tex) aufweist.

4. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die Faser eine prozentuale Verlängerung bei Bruch von nicht weniger als etwa 50% aufweist.

5. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die Faser eine prozentuale Verlängerung bei Bruch von nicht weniger als etwa 90% aufweist.

6. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die Lücken unregelmäßig verteilt sind.

7. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die Faser Lücken enthält, die im Allgemeinen eine ellipsoide Form aufweisen.

8. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die verlängerten Lücken Hauptachsen davon aufweisen, die im Wesentlichen entlang einer Längenausdehnung der Faser angeordnet sind.

9. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die verlängerten Lücken Hauptachsen davon aufweisen, die nicht weniger als etwa 0,1 um lang sind.

10. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die verlängerten Lücken Hauptachsen davon aufweisen, die nicht mehr als etwa 30 um lang sind.

11. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die Lücken eine durchschnittliche Verteilungsdichte von nicht mehr als etwa 10 Lücken pro um² der Außenoberfläche aufweisen.

12. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die poröse Faser im Wesentlichen frei von Lumen ist.

13. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die Faser eine Mehrzahl an ausgedehnten Lücken aufweist, wobei jede dieser einen assoziierten partikulären Initiator aufweist, und wobei jede der ausgedehnten Lücken eine Länge hat, die länger ist als eine Länge ihres assoziierten partikulären Initiators.

14. Faser gemäß Anspruch 1, wobei die Lücken durch Fasermaterial mit winkelförmigen Grenzrändern gebunden sind.