DE69333678T2

DE69333678T2 - Bindemittel für Partikel

Info

Publication number: DE69333678T2
Application number: DE1993633678
Authority: DE
Inventors: Michael R. Seattle Hansen; Richard H. Maple Valley Young
Original assignee: Weyerhaeuser Co
Current assignee: Weyerhaeuser Co
Priority date: 1992-08-17
Filing date: 1993-08-16
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2013-08-17
Also published as: ES2182830T3; CA2140264A1; KR950702909A; EP0655971B1; DE69332336D1; ATE225708T1; US20030201051A1; JPH08500270A; EP1217120A1; NZ255814A; JPH08500271A; KR950702910A; AU5019893A; DE69332336T2; DE69332336T3; JP3497166B2; US7018490B2; EP1219744A1; CA2140263A1; CA2140264C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft polymere und nichtpolymere Bindemittel für Fasern und die Verwendung solcher Bindemittel beim Binden von Teilchen an Fasern. Die Fasern und gebundenen Teilchen können leicht durch äußere Anwendung von Druck verdichtet werden. Die Bindemittel sind reaktivierbar und können auf einer Nasslegefaserbogenfertigungsstrasse auf Fasern aufgetragen werden. In besonderen Ausführungsformen betrifft die Erfindung das Binden von Superabsorptionsmittelteilchen an Cellulosefasern, die dann beispielsweise verwendet werden können, um Absorptionsmittelfasern herzustellen, die verdichtet und in Absorptionsmittelprodukte bzw. absorbierende Produkte eingearbeitet werden. In anderen Ausführungsformen betrifft die Erfindung die Aktivierung und Verwendung solcher Fasern, vorzugsweise in einer Produktionsstätte an einem von einer Zellstoffbogenfertigungsstrasse entfernten Ort, zum Binden von Superabsorptionsmittel- und/oder anderen Teilchen an Cellulosefasern, die dann beispielsweise als Absorptionsmittelfasern, eingearbeitet in Absorptionsmittelprodukte, verwendet werden können.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den letzten Jahren wurden Superabsorptionsmittelpolymere entwickelt, die viele Male ihres Eigengewichts an Flüssigkeit absorbieren können. Diese Polymere, die auch als in Wasser unlösliche Hydrogele bekannt sind, wurden zum Erhöhen der Absorptionskraft von Sanitärprodukten, wie Windeln und Damenbinden, verwendet. Superabsorptionsmittelpolymere werden häufig in Form von teilchenförmigen Pulvern, Granulaten oder Fasern bereitgestellt, die durch die absorbierenden Celluloseprodukte hindurch verteilt sind, um die Absorptionsfähigkeit des Produkts zu erhöhen. Superabsorptionsmittelteilchen werden beispielsweise in US-Patent Nr. 4 160 059, US-Patent Nr. 4 676 784, US-Patent Nr. 4 673 402, US-Patent Nr. 5 002 814 und US-Patent Nr. 5 057 166 beschrieben. Produkte, wie Windeln, in die Absorptionsmittelhydrogele eingearbeitet sind, werden in US-Patent Nr. 3 669 103 und US-Patent Nr. 3 670 731 gezeigt.
Ein Problem mit der Verwendung von Superabsorptionsmittel besteht darin, dass das Superabsorptionsmittelmaterial physikalisch von den Cellulosefasern eines Absorptionsmittelprodukts abgelöst werden kann. Die Abtrennung des Superabsorptionsmittels von seinem Substrat vermindert die Absorptionskraft des Produkts und senkt die Wirksamkeit des Superabsorptionsmittelmaterials. Dieses Problem wurde in der Europäischen Patent-Anmeldung 442 185 A1 angeführt, das die Verwendung eines Polyaluminiumchloridbindemittels zum Binden eines Absorptionsmittelpolymers an ein faserförmiges Substrat offenbart. Das Polyaluminiumbindemittel hat jedoch den Nachteil, ein anorganisches Produkt zu sein, das nicht leicht bioabbaubar ist. Darüber hinaus bietet das Europäische Patent keine Richtlinien zum Auswählen von Bindemitteln, die sich von Polyaluminiumchlorid unterscheiden, welche beim Binden von Absorptionsmittelteilchen verwendbar wären.
Ein Verfahren zum Immobilisieren von Superabsorptionsmitteln wird in US-Patent Nr. 4 410 571 offenbart, in dem ein in Wasser quellfähiges Absorptionsmittelpolymer zu einer nicht-teilchenförmigen, immobilisierten Zusammenflussschicht umgewandelt wird. Die Polymerteilchen werden zu einer beschichteten Folie durch Weichmachen derselben in einer organischen Polyhydroxyverbindung, wie Glycerin, Ethylenglycol oder Propylenglycol, umgewandelt. Das Superabsorptionsmittel nimmt eine nicht-teilchenförmige, immobilisierte Form an, die auf ein Substrat geschäumt werden kann. Die individuelle Teilchenidentität des Superabsorptionsmittelpolymers geht bei diesem Verfahren verloren. Die zusammenfließende Natur des Superabsorptionsmittelmaterials kann auch Gelblockieren ergeben, wobei die Absorption sinkt, wenn die Wasser-gequollenen Polymere den Flüssigkeitsdurchgang durch die Folienschicht blockieren.
US-Patent Nr. 4 412 036 und US-Patent Nr. 4 4 67 012 offenbaren Absorptionsmittellaminate, in denen ein hydrolysiertes Stärke-Polyacrylnitril-Pfropf-Copolymer und Glyceringemisch zwischen zwei Bahnmaterialschichten laminiert wird. Die Bahnmaterialschichten werden durch Anwenden von äußerer Wärme und äußerem Druck aneinander laminiert. Die Reaktionsbedingungen bilden kovalente Bindungen zwischen den Bahnmaterialschichten, die an den Bahnmaterialschichten aneinander fest haften.
Zahlreiche andere Patente haben Verfahren zum Auftragen von Bindemitteln auf faserförmige Bahnen beschrieben. Beispiele schließen US-Patent Nr. 2 757 150, US-Patent Nr. 4 584 357 und US-Patent Nr. 4 600 462 ein. Solche Bindemittel werden beim Binden von teilchenförmigen Stoffen, wie Superabsorptionsmittelteilchen an Fasern, als nicht verwendbar beschrieben. Weitere Patente offenbaren vernetzende Mittel, wie Polycarbonsäuren, die kovalente Bindungen innerhalb der Fasern mit vereinzelten Cellulosefasern bilden, wie in der Europäischen Patent-Anmeldung 440 472 A1, Europäischen Patent-Anmeldung 427 317 A2, Europäischen Patent-Anmeldung 427 316 A2 und Europäischen Patent-Anmeldung 429 112 A2. Die kovalenten Bindungen innerhalb der Fasern werden bei erhöhten Temperaturen gebildet und erhöhen die Dichte der mit dem Vernetzer behandelten Cellulosefasern durch Bilden von Vernetzungen innerhalb der Fasern. Das Vernetzen muss unter sauren Bedingungen stattfinden, um Umwandlung der Esterbindungen zu verhindern. Die kovalenten Bindungen in den Fasern erzeugen einen Zellstoffbogen, der schwieriger zu herkömmlichen Zellstoffbogendichten zu verdichten ist, als bei einem unbehandelten Bogen. Kovalent vernetzte Bindungen können auch zwischen den Fasern und Teilchen gebildet werden und funktionelle Gruppen einnehmen, die anderweitig zur Absorption verfügbar sein würden; folglich ist die Absorptionswirksamkeit vermindert.
Ein besonderer Nachteil des Bildens von kovalenten Vernetzungen innerhalb der Fasern besteht darin, dass das erhaltene Faserprodukt Verdichtung widersteht. Energieerfordernisse zur Herstellung von verdichteten Absorptionsmittelprodukten werden erhöht, weil sehr hohe Kompressionsdrücke zum Verdichten des Absorptionsmittelprodukts verwendet werden müssen. Es würde vorteilhaft sein, ein Verfahren zum Erhöhen der Verdichtung von vernetzten Fasern durch Vermindern der Energieerfordernisse zur Verdichtung bereitzustellen.
Viele verschiedene Arten von Teilchen, die von Superabsorptionsmitteln verschieden sind, können für verschiedene Endanwendungen zu den Fasern gegeben werden. Antimikrobielle Stoffe, Zeolithe und feuerfeste Stoffe sind jedoch einige Beispiele für Teilchen, die zu den Fasern gegeben werden. Es würde vorteilhaft sein, ein Verfahren zum Anbringen von Teilchen bereitzustellen, das viele der verschiedenen Erfordernisse der Endanwender an die Teilchen berücksichtigen würde. Darüber hinaus würde es vorteilhaft sein, in dem Anbringungsverfahren den teilchenförmigen Abfall zu vermindern und den Transport der Faserprodukte, die die Zugabe von Teilchen erfordern, zu vereinfachen. Es würde weiterhin vorteilhaft sein, teilchenförmige Stoffe an Fasern zu binden, ohne das Erfordernis des Transports von voluminösen Fasern mit anhaftenden Teilchen, weil Transport und ausgedehnte Handhabung diese Fasern mechanischer Einwirkung unterzieht, welche einige Teilchen von den Fasern ablösen kann. Es würde auch vorteilhaft sein, Bindemittel auf Fasern während des einleitenden Zellstoffbogenherstellungsverfahrens einzuarbeiten, sodass die Fasern aktivierungsbereit und an einem entfernten Produktherstellungsort zu verwenden sind.
Es war früher wichtig, dass zu den Celluloseprodukten zugegebene Teilchen in Flüssigkeiten, wie Wasser oder flüssigen Bindemitteln, unlöslich sind. Es wurde angenommen, dass Flüssigkeitsunlöslichkeit (insbesondere Wasserunlöslichkeit) eine wesentliche Eigenschaft für Teilchen, die an Cellulosefasern gebunden sind, wäre, weil lösliche Teilchen durch ein Wasser-enthaltendes Bindemittel gelöst sein würden. Obwohl die Teilchen sich schließlich wieder verfestigen könnten, wenn das Bindemittel verdampft ist, würde Auflösung der Teilchen in dem Bindemittel die Teilchen zum Diffundieren zu Bereichen des Produkts veranlassen, wo sie nicht benötigt oder erwünscht sind. In Wasser lösliche Teilchen wurden bis jetzt nicht für Teilchen verwendet, die unter Verwendung eines Bindemittels an Fasern zu binden wären.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorangehenden und weitere Probleme wurden durch Bereitstellen von Fasern mit funktionellen Wasserstoffbindungsstellen und Bindemitteln, die eine Flüchtigkeit geringer als Wasser aufweisen, überwunden. Das Bindemittel hat eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung mit den Fasern bilden kann, und eine funktionelle Gruppe, die auch eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit Teilchen bilden kann, die eine Wasserstoffbindungs- oder koordinative kovalente Bindungsfunktionalität aufweisen.
Die in der Erfindung verwendeten Fasern können Teilchen, die an die Fasern mit einem nicht-polymeren Bindemittel gebunden sind, aufweisen. Die Bindemittel umfassen Bindemittelmoleküle. Das polymere Bindemittel kann ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus Polyglycolen [insbesondere Poly(propylenglycol)], einer Polycarbonsäure, einem Polycarboxylat, einem Poly(lacton)polyol, wie Diolen, einem Polyamid, einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, einem Polysulfonat und Kombinationen davon. Spezielle Beispiele von diesen Bindemitteln, ohne Begrenzung, sind die nachstehenden: Polyglycole können Polypropylenglycol (PPG) und Polyethylenglycol (PEG) einschließen; Poly(lacton)diole schließen Poly(caprolacton)diol ein; Polycarbonsäure schließt Polyacrylsäure (PAA) ein; Polyamide schließen Polyacrylamid oder Polypeptide ein; Polyamine schließen Polyethylenimin und Polyvinylpyridin ein; Polysulfonsäuren oder Polysulfonate schließen Poly(natrium-4-styrolsulfonat) oder Poly(2-acrylamidomethyl-1-propansulfonsäure) ein; und Copolymere davon (beispielsweise ein Polypropylenglycol/Polyethylenglycol-Copolymer). Das polymere Bindemittel hat typischerweise wiederkehrende Einheiten. Die wiederkehrende Einheit kann das Gerüst einer Verbindung, wie mit einem Polypeptid, sein, worin die wiederkehrenden Polyamide in der Peptidkette auftreten. Die wiederkehrende Einheit kann auch Einheiten, die von den Gerüsten verschieden sind, beispielsweise eine wiederkehrende Acrylsäureeinheit, betreffen.
In einem solchen Fall können die wiederkehrenden Einheiten gleich oder verschieden sein. Die Bindemittelmoleküle haben mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit Teilchen bilden kann, und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung mit den Fasern bilden kann. Zu diesem Zeitpunkt ist das besonders bevorzugte polymere Bindemittel Polyethylenglycol, obwohl ein weiteres, besonders bevorzugtes polymeres Bindemittel ein Amidbindemittel, wie ein Polypeptidbindemittel, darstellt, wobei Polyglycin ein besonders bevorzugtes Beispiel ist.
Das nicht-polymere Bindemittel hat eine Flüchtigkeit, die geringer als Wasser ist. Die nicht-polymeren Bindemittelmoleküle haben mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen bilden kann und mindestens eine funktionelle Gruppe, die Wasserstoffbindungen mit den Cellulosefasern bilden kann. Das nicht-polymere Bindemittel ist ein organisches Bindemittel und schließt vorzugsweise eine funktionelle Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl (beispielsweise Carbonsäuren), einem Carboxylat, einem Carbonyl (beispielsweise Aldehyde), einer Sulfonsäure, einem Sulfonat, einer Phosphorsäure, einem Phosphat, einem Hydroxyl (beispielsweise einem Alkohol oder Polyol), einem Amid, Amin und Kombinationen davon (beispielsweise Aminosäure oder Hydroxysäure) ein, worin es mindestens zwei Funktionalitäten an dem Molekül, ausgewählt aus dieser Gruppe, gibt und die zwei Funktionalitäten gleich oder verschieden sind. Beispiele für solche Bindemittel schließen Polyole, Polyamine (nichtpolymeres organisches Bindemittel mit mehr als einer Amingruppe), Polyamide (ein nicht-polymeres organisches Bindemittel mit mehr als einer Amidgruppe), Polycarbonsäuren (ein nicht-polymeres organisches Bindemittel mit mehr als einer Carbonsäurefunktionalität), Polyaldehyde (ein nicht-polymeres organisches Bindemittel mit mehr als einem Aldehyd), Aminoalkohole, Hydroxysäuren, ein. Diese Bindemittel haben funktionelle Gruppen, die die ausgewiesenen Bindungen mit den Teilchen und Fasern bilden können.
Bevorzugter ist das organische nicht-polymere Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem Glycerindiester, Glyoxal, Ascorbinsäure, Harnstoff, Glycin, Pentaerythrit, einem Monosaccharid oder einem Disaccharid, Zitronensäure, Weinsäure, Taurin (2-Aminoethansulfonsäure), p-Aminosalicylsäure, Dipropylenglycol und Harnstoffderivaten, wie DMDHEU, und Kombinationen davon. Geeignete Saccharide schließen Glucose, Saccharose, Lactose, Ribose, Fructose, Mannose, Arabinose und Erythrose ein. Die bevorzugten Bindemittel sind nicht-polymere Moleküle mit einer Vielzahl von Wasserstoffbindungsfunktionalitäten, die dem Bindemittel erlauben, Wasserstoffbindungen mit sowohl den Fasern als auch Teilchen zu bilden. Besonders bevorzugte Bindemittel schließen jene ein, die fünf- oder sechsgliedrige Ringe, besonders bevorzugt sechsgliedrige Ringe, mit einer funktionellen Gruppe auf der teilchenförmigen Oberfläche bilden können, derzeit Glycerin, Glycerinmonoester, einschließlich Monoglyceride, ein Glycerindiester, einschließlich Diglyceride, Polyglycerinoligomere, ein Propylenglycololigomer, Harnstoff und Kombinationen davon (wie Glycerin und Harnstoff). Wenn hierin verwendet, bezieht sich ein Oligomer auf ein Kondensationsprodukt von Polyolen, worin das Kondensationsprodukt weniger als zehn Monomereinheiten enthält. Ein Polyglycerinoligomer, wie hierin bezeichnet, bedeutet ein Kondensationsprodukt von zwei oder mehreren Glycerinmolekülen. Ein Propylenglycololigomer, wie hierin angeführt, bedeutet ein Kondensationsprodukt von zwei oder mehreren Propylenglycolmolekülen. Derzeit ist ein speziell bevorzugtes nichtpolymeres Bindemittel Glycerin.
Das faserförmige Material kann celluloseartige oder Synthesefasern sein, die mit dem Bindemittel Wasserstoffbindungen bilden können, während die Teilchen aus solchen ausgewählt werden, die Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen mit dem Bindemittel bilden können. Es wurde unerwarteterweise gefunden, dass dieses Bindemittelsystem Teilchen an Fasern ausgesprochen gut festhalten kann. Ein überlegenes faserförmiges Produkt wird deshalb hergestellt, das verbesserte Absorptionsmitteleigenschaften, verglichen mit ungebundenen oder kovalent gebundenen Teilchen, aufweist. Die Bildung von nichtkovalenten Bindungen erlaubt die Herstellung eines Faserprodukts, das leicht hergestellt werden kann und einer Bahn, die leicht verdichtet wird und die leicht bioabbaubar ist und entsorgt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Absorptionsmittelprodukt eine faserförmige Cellulosematte, die Superabsorptionsmittelhydrogelteilchen in Teilchenform enthält. Die Superabsorptionsmittelteilchen können in Abhängigkeit von dem Bindemittel mit dem Bindemittel Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen bilden, während das Bindemittel wiederum mit den Hydroxylgruppen der Cellulosefasern Wasserstoffbindungen bildet. Diese nichtkovalenten, relativ biegsamen Bindungen zwischen dem Bindemittel und den Teilchen halten die Teilchen mit den Fasern in Kontakt, und widerstehen Ablösung der Teilchen durch mechanische Kräfte, die während der Herstellung, Lagerung oder Verwendung auf die Matte angewendet werden. Die Menge des vorliegenden Bindemittels hängt typischerweise von einer Vielzahl an Faktoren ab, einschließlich der Art des Bindemittels und der Teilchen, und ob die Teilchen sofort oder nach einem Zeitraum zu den Fasern gegeben werden. Folglich erkennt der Fachmann, dass die Menge des Bindemittels, die für besondere Anwendung geeignet und besonders verwendbar ist, variieren wird. Jedoch kann das Bindemittel geeigneterweise in einer Menge von 1 bis 80 Prozent, auf das Gesamtgewicht des faserförmigen Materials, vorliegen. Ein besonders geeigneter Bereich des Bindemittels ist 1 bis 40 Gewichtsprozent oder 1 bis 25 Gewichtsprozent des faserförmigen Materials. Die durch das Bindemittel gebundenen Teilchen der vorliegenden Erfindung (über Wasserstoff/koordinative kovalente Bindungen) können geeigneterweise in einer Menge von 0,05 bis 80 Prozent, vorzugsweise 1 bis 80 Prozent oder 3 bis 80 Prozent, und mehr als 3 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des faserförmigen Materials und der Teilchen vorliegen. Ein besonders geeigneter Bereich an Teilchen ist 3 bis 40 Gewichtsprozent des faserförmigen Materials und der Teilchen. Ein bevorzugtes Gewichtsverhältnis von Teilchen-zu-Bindemittel ist 8:1 bis 50:1. Ein Beispiel eines geeigneten Teilchens ist ein Superabsorptionsmittelpolymer, wie ein Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelteilchen mit feiner oder großer Größe, wie ein Granulat, das mit dem Bindemittel Wasserstoffbindungen bildet. Das Bindemittel bildet auch Wasserstoffbindungen mit den Hydroxylgruppen der Cellulose, wodurch die Superabsorptionsmittelteilchen fest an die Fasern gebunden werden.
Die vorliegende Erfindung schließt auch ein Verfahren zum Binden von Teilchen an Fasern ein, wobei die Teilchen im Wesentlichen in dem Bindemittel unlöslich sind (und in Wasser löslich) und deshalb ihre feste Teilchenform nach dem Binden beibehalten. Die Teilchen, ob oder nicht in Wasser löslich, haben vorzugsweise funktionelle Gruppen, die Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen mit dem Bindemittel bilden können, und das Bindemittel wiederum kann Wasserstoffbindungen mit den Fasern bilden. Andere Teilchen, ohne die gewünschte Funktionalität, können auch in dem Faserprodukt enthalten sein, jedoch werden solche Teilchen nicht so stark in der gleichen Weise gebunden.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen sind die Fasern Cellulose und die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen, die durch Wasserstoffbindungen an das Bindemittel gebunden sind. Die Fasern können auch kontinuierliche oder diskontinuierliche synthetische oder natürliche Fasern mit einer funktionellen Wasserstoffbindungsgruppe, die Wasserstoff mit dem Bindemittel binden, sein. Das Bindemittel wird geeigneterweise auf die Fasern in einer Menge von mindestens 1 Prozent und vorzugsweise nicht mehr als 80 Prozent, auf das Gesamtgewicht des faserförmigen Materials, aufgetragen. Die Teilchen können an die Fasern bei weniger als 150°C oder ohne beliebige äußere Anwendung von Wärme bei Umgebungstemperatur (beispielsweise 25°C) gebunden werden. Die Teilchen können auch in Abwesenheit einer beliebigen äußeren Anwendung von Druck oder in Abwesenheit von äußerer Wärme und äußerem Druck gebunden werden.
In einigen Ausführungsformen wird das Bindemittel mit den Fasern als ein Feststoff (beispielsweise ein trockenes Pulver oder eine getrocknete Flüssigkeit) assoziiert und die Fasern enthalten mindestens 7 Gewichtsprozent Wasser, wenn der Bindungsschritt ausgeführt wird. Dieser Anteil an Feuchtigkeit in den Fasern stellt ausreichend Mobilität der Reaktanten bereit, um die Teilchen und Fasern gut aneinander binden zu lassen. Wenn ein flüssiges Bindemittel verwendet wird (beispielsweise Glycerin oder eine Lösung von Glycinpulver), enthalten die Fasern geeigneterweise mindestens 0,5 Gewichtsprozent Wasser. Ein festes Bindemittel wird geeigneterweise mit Fasern mit weniger als 0,5 Gewichtsprozent Wasser verwendet, wenn das Bindemittel oberhalb seines Schmelzpunktes zum Verflüssigen desselben erhitzt wird. Der Feststoff kann auf die Fasern als eine übersättigte Lösung angewendet werden oder das feste Bindemittel kann zum Verflüssigen des Bindemittels über seinen Schmelzpunkt erhitzt werden, welches später auf die Fasern aufgetragen wird. Nach Verfestigen wird das Bindemittel desaktiviert. Ein festes Bindemittel kann thermoplastisch oder schmelzbar sein, sodass es oberhalb seines Schmelzpunktes/Erweichungspunktes erhitzt werden kann und anschließend zum Verbinden von Fasern aneinander gekühlt wird. Die thermoplastischen Eigenschaften des Bindemittels können auch zusätzliche mechanische Anhaftung zwischen den Teilchen und Fasern bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann ein thermoplastisches Bindemittel, wie Harnstoff, angewendet werden, das Teilchen sowohl thermoplastisch als auch über Wasserstoffbindungen anheften kann.
In anderen Ausführungsformen sind die Teilchen in Wasser löslich, haben jedoch verminderte Löslichkeit in dem Bindemittel, sodass die Teilchen in fester Teilchenform an die Fasern gebunden sein können. Die Zugabe des Bindemittels löst die Teilchen nicht und veranlasst sie nicht zum Wegdiffundieren von ihrer gewünschten Anbindungsstelle an den Fasern. Das Bindemittel bindet die Teilchen an den Fasern und bildet eine Bindung, von der gefunden wurde, dass sie gegen mechanisches Zerreißen beständig ist. Ein wesentlicher Vorteil von diesen Bindemitteln besteht darin, dass gefunden wurde, dass das Bindemittel und die Teilchen zusammen an der Faser den zum Verdichten der Fasern erforderlichen Druck vermindern. Die Bindemittel können auch an Fasern für mehr als eine Woche, einen Monat oder auch ein Jahr in einem inaktiven Zustand vorliegen, dann später aktiviert oder reaktiviert werden, um Teilchen an die Fasern zu binden. Flüssige Bindemittel (die reine Flüssigkeiten oder wässerige Lösungen von festen Bindemitteln einschließen) können auf den Fasern angeordnet, getrocknet und später durch Befeuchten der Fasern aktiviert werden. Alternativ kann ein trockenes, festes Bindemittel zu den Fasern gegeben werden und später durch Zugabe einer Flüssigkeit aktiviert werden. Ein inaktives Bindemittel kann auch durch Anwenden kinetischer Energie auf die Fasern aktiviert werden, nachdem das Bindemittel und die Fasern einen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt mit der Atmosphäre erreicht haben (anschließend als „lufttrocken" bezeichnet). Kinetische Energie kann auf das Bindemittel und Fasern beispielsweise und ohne Begrenzung durch Anwendung von mechanischem Rühren, äußerem Druck oder Anwenden von Ultraschall angewendet werden. In anderen Ausführungsformen kann das Bindemittel durch Erwärmen der Fasern nach Auftragen des Bindemittels auf die Fasern aktiviert oder reaktiviert werden.
Die Kapazität zur Aktivierung oder Reaktivierung erlaubt es, das Bindemittel auf die Fasern aufzutragen, welche dann mit dem Bindemittel in einer inaktiven Form zu Verteilungspunkten (Bestimmungsort) transportiert werden. Das Bindemittel wird dann an dem Verteilungspunkt (beispielsweise einer Abnehmeranlage) aktiviert, wo die Teilchen zu den Fasern gegeben und daran gebunden werden. Wie hierin verwendet, schließt „Aktivierung" sowohl Aktivierung von vorher inaktiven Bindemitteln (wie festen Bindemitteln in Abwesenheit von Flüssigkeit) oder Aktivierung von vorher aktiven Bindemitteln (wie ein flüssiges Bindemittel, das getrocknet wurde) ein.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das Bindemittel in einem Muster aktiviert oder reaktiviert werden kann, das einer gewünschten Verteilung der Teilchen in faserförmigem Material entspricht. Beispielsweise kann ein Aktivierungsfluid, wie eine aktivierende Flüssigkeit, auf die Flächen einer Windel aufgetragen werden, die während der Verwendung anfangs mit Harn befeuchtet sein wird. Beispiele ohne Begrenzung von geeignet aktiviertem Fluid schließen Wasser, Niederalkylalkohole, Polyole, wie Glycole, Aceton und Kombinationen davon, wie Wasser und Glycerin, ein. Wenn das aktivierende Fluid eine Flüssigkeit, wie Wasser, ist, kann das Wasser versprüht oder anderweitig aufgetragen werden und kann in Form von Dampf oder Feuchtigkeitsbeladenem Gas, wie feuchter Luft, bereitgestellt werden. Andere flüssige Aktivierungsfluids können in der gleichen Weise angewendet werden. Superabsorptionsmittelteilchen können zu aktivierten Flächen der Windel gegeben werden und fast ausschließlich auf jenen Flächen anhaften, wo anfänglich Harnabsorption erforderlich ist. Zielgerichtete Aktivierung von Bindemittel gestattet Teilchen, die bei vermindertem Teilchenabfall wirksam und ökonomisch an den Fasern anzubringen sind. Darüber hinaus erhöht zielgerichtete Bindemittelaktivierung und Teilchenanhaftung die absorptive Wirksamkeit des Produkts durch Vermindern des zu starken Aufsaugens von Flüssigkeit in der Ebene des absorptiven Produkts.
Die Erfindung ist auch auf faserförmige Produkte, die durch beliebige der hierin beschriebenen Verfahren hergestellt werden, und auf Absorptionsmittelteilchen, die von solchen faserförmigen Produkten umfasst sind, gerichtet. Diese faserförmigen Produkte schließen Fasern mit inaktiven oder aktivierbaren Bindemitteln ein. Ein faserförmiges Produkt kann einzelne Fasern oder daraus hergestellte Bahnen sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft die vorstehenden Aufgaben, Merkmale und Vorteile einzeln sowie insgesamt. Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung und beigefügten Zeichnungen im Einzelnen deutlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer Nasslegefaserbogen-Fertigungsstrasse, die für die Auftragung der Bindemittel gemäß der vorliegenden Erfindung während der Herstellung eines Faserbogens erläuternd ist.
2 ist eine schematische Darstellung eines Bindemittelaktivierungs- und Teilchen-Bindungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische Beschreibung der Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die stark voluminöse Fasern erzeugt.
4 ist eine Draufsicht einer Struktur, in der Fasern der vorliegenden Erfindung mit gebundenen Teilchen eingearbeitet werden, wobei die Fasern in Form einer erläuterten Absorptionsmittellage vorliegen.
5 gibt eine Teilquerschnittsansicht der Lage von 4 wieder.
6 erläutert eine Ebenenansicht eines Verbands, in den die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Fasern eingearbeitet sind.
7 ist eine Querschnittsansicht des Verbands von 6, entlang Linie 7–7 von 6 genommen.
8 ist eine Draufsicht auf eine Wegwerfwindel, die einen Kern von in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Fasern einschließt.
9 ist eine vertikale Querschnittsansicht entlang Linie 9–9 der Windel von 8.
10 ist eine Ansicht einer vergrößerten Faser mit an die Faser mit Bindemitteln der vorliegenden Erfindung gebundenen Teilchen.
11 ist eine schematische Ansicht einer Cellulosematte mit Teilchen, die an alle ihre Oberflächen und über ihre Tiefe gebunden sind.
12 ist eine Photomikrographie von an die Fasern mit einem Ascorbinsäurebindemittel anhaftenden Teilchen.
13A, 13B, 13C und 13D sind Photomikrographien von an die Fasern mit Lactose gebundenen Teilchen.
14 ist eine Photomikrographie von Oxalsäureteilchen, die an eine Faser mit einem Glycerinbindemittel gebunden sind.
15 ist eine Photomikrographie von Aluminiumsulfat (Alaun), das an eine Faser mit einem Glycerinbindemittel gebunden ist.
16 ist eine Photomikrographie von EDTA-(Ethylendiamintetraessigsäure)-Teilchen, die an eine vernetzende Faser mit einem Glycerinbindemittel gebunden sind.
BESCHREIBUNG VON EINIGEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG IM EINZELNEN
I. Verarbeiten der Fasern
1A erläutert eine Nasslegebogenfertigungsstrasse, wie eine Zellstoffbogenfertigungsstrasse 10. In dieser Fertigungsstrasse wird eine Zellstoffaufschlämmung 12 aus einem Stoffauflauf 14 durch einen Auslaufspalt 16 und auf ein Langsieb 18 abgegeben. Die Zellstoffaufschlämmung 12 schließt typischerweise Cellulosefasern, wie Holzzellstofffasern, ein und kann auch synthetische oder andere Nicht-Cellulose-Fasern als Teil der Aufschlämmung einschließen. Wasser wird von auf Sieb 18 mit einem herkömmlichen Vakuumsystem, nicht gezeigt, abgeschiedenem Zellstoff abgezogen, unter Hinterlassen von abgeschiedenem Zellstoffbogen 20, der durch eine Entwässerungsstation 22 geführt wird, erläutert in diesem Fall als zwei Reihen von Kalanderwalzen 24, 26, die jeweils einen entsprechenden Spalt definieren, durch den der Zellstoffbogen oder -matte 20 gelangt. Aus der Entwässerungsstation läuft der Zellstoffbogen 20 durch einen Trocknungsabschnitt 30 der Zellstofffertigungsstrasse. In einer herkömmlichen Zellstoffbogenfertigungsstrasse kann Trocknungsabschnitt 30 Mehrfachkanistertrockner einschließen, wobei die Zellstoffmatte 20 einem Serpentinenweg um die entsprechenden Kanistertrockner folgt und als ein getrockneter Bogen oder Matte 32 aus dem Auslass des Trocknungsbereichs 30 wieder auftaucht. Andere alternative Trocknungsmechanismen, einzeln oder zusätzlich zu Kanistertrocknern, können in die Trocknungsstufe 30 eingeschlossen sein. Der getrocknete Zellstoffbogen 32 hat einen maximalen Feuchtigkeitsgehalt gemäß den Anweisungen des Herstellers. Typischerweise ist der maximale Feuchtigkeitsgehalt nicht mehr als 10 Gewichtsprozent der Fasern und besonders bevorzugt nicht mehr als 6% bis 8 Gewichtsprozent. Andererseits tendieren die Fasern dazu, zu feucht zu werden. Sofern nicht übereinanderliegende feuchte Fasern sofort verwendet werden, werden diese Fasern Abbau durch beispielsweise Schmelzen oder dergleichen unterliegen. Der getrocknete Bogen 32 wird auf einer Walze 40 zum Transport zu einem entfernten Ort aufgenommen; das heißt, man trennt von der Cellulosebo genfertigungsstrasse, wie bei einer Anlage des Anwenders zur Verwendung beim Herstellen von Produkten. Alternativ wird der getrocknete Bogen 32 in einer Ballenvorrichtung 42, von der die Ballen aus Zellstoff 44 zum Transport für einen entfernten Ort erhalten werden, gesammelt.
Ein Bindemittel des nachstehend genauer erläuterten Typs wird auf den Zellstoffbogen von einer oder mehreren Bindemittelauftragevorrichtung(en) aufgetragen, wobei eine davon in 1 bei 50 ausgewiesen ist. Eine beliebige Bindemittelauftragevorrichtung kann verwendet werden, wie Sprüher, Walzenbeschichter, Eintauchauftrager oder dergleichen. Sprüher sind typischerweise leichter anzuwenden und in eine Zellstoffbogen-Fertigungsstrasse einzubauen. Wie durch die Pfeile 52, 54 und 56 ausgewiesen, kann das Bindemittel an verschiedenen Orten oder an verschiedenen Orten auf der Zellstoffbogen-Fertigungsstrasse, wie oberhalb der Trocknungsstufe 30 (ausgewiesen durch Strich 52), zwischen der Trocknungsstufe 30 (ausgewiesen durch Strich 54) oder stromabwärts von der Trocknungsstufe 30 (wie ausgewiesen durch Strich 56), aufgetragen werden. Auf Wasser basierende Bindemittel, wie nichtpolymerer Harnstoff, werden typischerweise an einem Ort aufgetragen, wo in der Trocknungsstufe noch ausreichend Trocknen stattfinden kann, um ein getrocknetes Bindemittel, das den Faserbogen enthält, mit nicht mehr als dem maximal gewünschten Feuchtigkeitsgehalt herzustellen. Folglich werden, um den Vorteil von Trocknungsstufe 30 zu nutzen, auf Wasser basierende Bindemittel typischerweise an Orten 52 oder 54 aufgetragen. Bei Ort 52 wird das in dem Bogen oder in der Matte 20 verbliebene Wasser an dieser Stufe in der Regel das Eindringen des Bindemittels in den Bogen stören. Folglich ist es bevorzugt, dass Auftragung von Bindemittel erfolgt, nachdem etwas Trocknen, beispielsweise an Ort 54, stattgefunden hat. Wenn auf Wasser basierende Bindemittel an Ort 56 in einer Menge angewendet werden, die den Feuchtigkeitsgehalt des Bogens über das gewünschte maximale Maß steigen lassen würde, kann eine zusätzliche Trocknungsstufe (nicht gezeigt) in der Zellstofffertigungsstrasse enthalten sein, um den Feuchtigkeitsgehalt auf das gewünschte Maß zu senken.
Ein nicht auf Wasser basierendes Bindemittel, wie Glycerin, wird besonders bevorzugt stromabwärts von der Trocknungsstufe an Ort 56 oder während der Trocknungsstufe, wie an Ort 54 ausgewiesen, zugesetzt. Jedoch können flüssige, nicht-wässerige Bindemittel auch an einem Ort, wie Ort 52, stromaufwärts von der Trocknungsstufe zugegeben werden. An diesem letzteren Ort kann das Wasser in der feuchten Bahn an diesem Punkt in der Regel diese Bindemittel in der Matte oder in dem Bogen anziehen, da die Bindemittel in der Regel hygroskopisch sind. Da nicht-wässerige Bindemittel typischerweise den Abbau des Produkts aufgrund der Zugabe von Feuchtigkeit zu dem Bogen nicht erhöhen, können sie stromabwärts von der Trocknungsstufe, ohne den Feuchtigkeitsgehalt des Bogens über das gewünschte Maß zu bringen, angewendet werden.
Die teilchenförmigen Materialien, ausgewählt wie nachstehend erläutert, können zu dem Bogen gegeben werden und daran durch die Bindemittel auf der Zellstofffertigungsstrasse angeheftet werden, wie durch den teilchenförmigen Applikator 60 ausgewiesen, welcher eine Schütt- oder volumetrische Dosiervorrichtung umfassen kann. Diese Teilchen können gesprüht, gegossen oder anderweitig dem Bogen zugesetzt werden. Um das Anhaften von diesen Teilchen an dem Bogen an diesem Ort zu erleichtern, muss ausreichend Feuchtigkeit in dem Bogen zurückbleiben, wobei im Fall von wässerigen Bindemitteln das Binden zwischen den Teilchen und Fasern, wie nachstehend erläutert, ermöglicht wird. Für nicht-wässerige Bindemittel werden die Teilchen in diesem Fall vorzugsweise zugegeben, während das Bindemittel noch feucht oder erhitzt ist, um die Reaktion zu erleichtern. Teilchen können auf die Zellstoffbogen-Fertigungsstrasse in dieser Weise gegeben werden, wobei eine anschließende Trocknungsstufe angewendet wird, um den Feuchtigkeitsgehalt der nachfolgenden teilchenförmigen Zugabe zu vermindern. Wenn jedoch ein auf Wasser basierendes Bindemittel die Fasern nach der Zugabe der Teilchen zu nass macht, ist dies kein bevorzugter Ansatz.
Obwohl der vorstehende Ansatz vorteilhaft ist, weil die Teilchen während des Transports der Walzen oder Ballen aus diesen Fasern stark an die Fasern gebunden sind, ist es für die Teilchen möglich, durch mechanische Einwirkung während des Transports abgelöst zu werden. Zusätzlich stört dieser Ansatz die Anpassung der Fasern am Ort eines Anwenders. Beispielsweise könnte ein Anwender die Fähigkeit zum Auswählen bestimmter Arten oder Marken von Teilchen zur Anhaftung an die Fasern in den Produkten des Anwenders wünschen, ohne diese Auswahl über den Zellstoffbogen-Hersteller auszuführen, welcher die Teilchen in den Zellstoffbogen während seiner Herstellung einarbeitet. Auch können bestimmte Teilchen über die Zeit abbauen, was es vorteilhaft macht, solche Teilchen sofort vor der Einarbeitung in Produkte zuzusetzen. Beispielsweise sind Superabsorptionsmittelteilchen anfällig für Absorbieren von Feuchtigkeit aus der Atmosphäre während des Transports. Teilchen mit relativ kurzer Lebensdauer, wie bestimmte Zeolithe (beispielsweise Abscents mit Geruch absorbierenden Materialien können über die Zeit mit Gerüchen gesättigt werden), die ein Beispiel darstellen, können über die Zeit auch abbauen. Ein weiteres Beispiel sind Zeolithe mit Silbersalzen als antimikrobielle Mittel, die photoabbauen können. Deshalb ist es auch vorteilhaft, ein Faserprodukt bereitzustellen, in das der Endverbraucher des Produkts die gewünschten Teilchen zu der Zeit einarbeiten kann, wo die Fasern in Produkte umgewandelt werden.
Deshalb werden beim Halten dieses letzteren, bevorzugten Ansatzes, wie in 2 erläutert, die entsprechenden Walzen 40 oder Ballen 44 von Bindemittel-enthaltenden Fasern, ohne Teilchen, zu einem entfernten Ort zur Verwendung durch den Anwender transportiert. Diese Walzen oder Ballen (oder anders transportierte Fasern, beispielsweise eingesackt, in Containern oder anderer verdichteter Form) werden durch eine Zerfaserungsvorrichtung 70 dann wieder zerfasert. Obwohl ein beliebiger Zerfaserer angewendet werden kann, ist eine typische Zerfaserungsvorrichtung 70 eine Hammermühle, die einzeln oder in Verbindung mit anderen Vorrichtungen, wie Pickerwalzen oder dergleichen, zum Aufbrechen des Bogens 32 oder Ballens 42 in einzelne Fasern verwendet werden kann.
Ein teilchenförmiger Materialzuführungsmechanismus 72 (beispielsweise wie Mechanismus 60) liefert die gewünschten teilchenförmigen Materialien zu den Fasern an den bestimmten Ort in dem Anwenderverfahren. Wiederum umfasst die Vorrichtung 72 typischerweise einen Dosiermechanismus, obwohl eine beliebige geeignete Vorrichtung zum Zugeben von teilchenförmigen Stoffen zu faserförmigen Materialien angewendet werden kann. Beispielsweise können die teilchenförmigen Stoffe, wie durch Linie 74 ausgewiesen, zu der Zerfaserungsvorrichtung 70 transportiert werden. Im Fall von einigen Bindemitteln aktiviert das Rühren der Fasern mit dem Zerfaserer 70, wie nachstehend genauer erläutert wird, die Bindemittel und veranlasst die teilchenförmigen Stoffe, an den Fasern durch das Bindemittel anzuhaften. Alternativ kann ein aktivierendes Fluid, das flüssig sein kann, wie Wasser, Glycerin, Niederalkylalkohole, Polyole, wie Glycole, Aceton, und Kombinationen davon, wie Wasser und Glycerin, versprüht werden oder anderweitig, wie aus einem Aktivierungsfluid-Behälter oder -Quelle 78, mit Hilfe eines Sprühers (nicht gezeigt) an Ort 80, auf die Fasern aufgetragen werden. Die Teilchen können dann, wie in Linie 84 ausgewiesen, zu den Fasern stromabwärts von der Auftragung des Aktivierungsfluids 80 aufgetragen werden. Alternativ werden Teilchen, die vor oder an Ort 80 zugegeben werden können, an den Fasern durch das Bindemittel nach Aktivierung des Bindemittels an Ort 80 angeheftet. Als weitere Alternative werden die zerfaserten Fasern außerdem zu einer Luftlegevorrichtung 90 transportiert und wieder zu einem gewünschten Produkt, wie eine mit 92 ausgewiesene Bahn, gebildet. In dem Fall von luftgelegten Fasern kann das Aktivierungsfluid oder die Aktivierungsflüssigkeit auf die Bahn an Ort 96 aufgetragen werden, wobei die Teilchen dann an Ort 98, wie gezeigt, zugegeben werden, wobei das aktivierte Bindemittel dann an die Teilchen an die Fasern anheftet. Die Teilchen können an einem Ort in dem Verfahren stromaufwärts von der Auftragung des Aktivierungsfluids an Ort 96 aufgetragen werden. Alternativ kann das aktivierende Fluid gleichzeitig mit der Zugabe von Teilchen zugegeben werden, sodass die Aktivierung gleichzeitig mit der Zugabe der Teilchen auftritt. Das aktivierende Fluid kann auch, nachdem die Teilchen zu den Fasern gegeben werden, zugesetzt werden. Außerdem kann das Bin demittel an speziell definierten Orten auf dem Band 92 aktiviert werden, wie in Zielzonen des Absorptionsmittelkerns eines Produkts, wobei die Teilchen dann nur auf diese Zielzonen aufgetragen werden, unter Minimieren des Abfalls an teilchenförmigem Material. Ein spezielles Beispiel einer Zielzone ist der Zwickelbereich einer Windel, wo die meiste Windelnässe stattfinden würde. Die Auftragung von Superabsorptionsmittelteilchen auf eine solche Zone ordnet diese Teilchen an einem Ort an, wo sie am verwendbarsten beim Absorbieren von Flüssigkeit sind. Das Band 92, mit oder ohne andere Komponenten, des Endverbraucherprodukts wird dann zu dem Verbraucherprodukt verarbeitet, sodass es in einer Wegwerfwindel 100 eingeschlossen ist.
Wiederum kann mit diesem Ansatz der Endverbraucher der Fasern leicht Teilchen auswählen, die auf sein Produkt aufgetragen werden können und kann das Bindemittel zur Erhöhung der wirksamen Produktion des Verbraucherprodukts erforderlichenfalls aktivieren. Zusätzlich hat der Verbraucher Flexibilität beim Luftbeschichten oder anderweitigem Kombinieren der Bindemittel-enthaltenden Fasern zu einem fertigen Produkt mit den gewünschten teilchenförmigen Stoffen. Die Bindemittel-enthaltenden Fasern werden, weil die Bindemittel alle in Wasser löslich sind, vorzugsweise nicht nass gelegt, weil Nasslegen mindestens etwas des Bindemittels entfernen würde. Nicht nur werden Handhabung und Transport der Teilchen-enthaltenden Produkte durch den Hersteller des Zellstoffbogen vermieden, sondern es ergibt sich auch verstärkte Anhaftung der Teilchen an die Fasern, weil die Teilchen nicht mechanischen Kräften zwischen dem Ort der Faserherstellung und dem Ort, an dem die teilchenförmigen Materialien zugegeben werden, unterzogen werden.
II. Faser-Eigenschaften
Die vorliegende Erfindung schließt ein Verfahren zum Binden von Teilchen an Fasern, und das Produkt, einschließlich Absorptionsmittelendprodukte, die durch ein solches Verfahren hergestellt wurden, ein. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Produkt eine Cellulosefaser oder Syn thesefaser, an die Superabsorptionsmittel-Hydrogelpolymerteilchen durch ein Bindemittel und Absorptionsmittelprodukte, die daraus hergestellt werden, anhaften. Geeignete Fasern schließen Holzzellstofffasern, die aus gut bekannten chemischen Verfahren, wie den Kraft- und Sulfitverfahren, erhalten werden können, ein. Die Erfindung schließt auch eine Kombination von Holzzellstoff und bestimmten Bindemitteln ein, welche für den Zweck dieser Kombination dichte Fasern in Walzenform oder Ballenform mit einem Grundgewicht von mindestens 350 Gramm pro Quadratmeter (g/m²) sind. Die dichten Fasern haben eine Dichte von mindestens 400 kg/m³. Bevorzugte dichte Fasern sind Holzzellstofffasern oder Nadelholz-Cellulosefasern. Die Cellulosefasern können chemisch oder thermomechanisch oder chemithermomechanisch oder Kombinationen davon sein. Die bevorzugte Cellulosefaser ist chemisch. Bei diesen Verfahren wird das beste Ausgangsmaterial aus einer Langfaser-Koniferenholzspezies, wie Pinie, Douglastanne, Fichte und Hemlock, hergestellt. Holzzellstofffasern können auch aus mechanischen Verfahren, wie Holzschliff, mechanischen, thermomechanischen, chemimechanischen und chemithermomechanischen Zellstoffverfahren, erhalten werden. Die Fasern werden vorzugsweise gedehnt, beispielsweise mit einem Länge-zu-Breite-Verhältnis von 10:1 bis 5:1.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung schließen auch Fasern ein, die vor der Anwendung auf ein Bindemittel zu den Fasern vorbehandelt werden. Diese Vorbehandlung kann physikalische Behandlung, wie Unterziehen der Fasern Dampf- oder chemischer Behandlung, wie Vernetzen der Fasern, einschließen. Obwohl nicht als Begrenzung aufzufassen, schließen Beispiele des Vorbehandelns von Fasern die Auftragung von Flammverzögerungsmitteln auf die Fasern, wie durch Sprühen der Fasern mit Flammverzögerungschemikalien, ein. Spezielle Flammverzögerungschemikalien schließen zum Beispiel Natriumborat/Borsäure, Harnstoff, Harnstoff/Phosphate, usw., ein. Zusätzlich können die Fasern mit Tensiden oder anderen Flüssigkeiten, wie Wasser oder Lösungsmitteln, die die Oberfläche der Fasern modifizieren, vorbehandelt werden. Andere Vorbe handlungsmittel schließen das Aussetzen von antimikrobiellen Mitteln oder Pigmenten ein.
Die Fasern können auch in einer Weise vorbehandelt werden, die ihre Benetzbarkeit erhöht. Die Fasern können auch mit herkömmlichen vernetzenden Materialien vorbehandelt werden und können, falls erwünscht, verdreht oder gekräuselt werden. Vorbehandeln von Cellulosefasern mit Chemikalien, was Lignin- oder Cellulose-reiche Faseroberflächen ergibt, kann auch in herkömmlicher Weise durchgeführt werden.
Bleichverfahren, wie Chlor- oder Ozon/Sauerstoffbleichen, können auch beim Vorbehandeln der Fasern verwendet werden. Zusätzlich können die Fasern auch durch Aufschlämmen der Fasern in Bädern, die verschiedene Lösungen enthalten, vorbehandelt werden, beispielsweise antimikrobielle Lösungen (wie Lösungen von antimikrobiellen Teilchen, wie nachstehend angeführt) sowie Lösungen von Düngemitteln und Pestiziden und/oder Duftstoffen und Geschmacksstoffen zur Freisetzung über die Zeit während der Lebensdauer der Fasern. Fasern, vorbehandelt mit anderen Chemikalien, wie thermoplastischen und thermohärtenden Harzen, können auch verwendet werden. Kombinationen von Vorbehandlungen können auch mit den erhaltenen vorbehandelten Fasern angewendet werden, die dann der Auftragung der Bindemittelbeschichtung in nachstehend erläuterter Weise unterzogen werden.
Holzschlifffasern, wiederaufbereitete oder sekundäre Holzschlifffasern und gebleichte und ungebleichte Holzzellstofffasern können verwendet werden. Einzelheiten der Herstellung von Holzzellstofffasern sind dem Fachmann gut bekannt. Diese Fasern sind von einer Vielzahl von Firmen, einschließlich Weyerhaeuser Company, dem Anmelder dieser Erfindung, kommerziell erhältlich.
Die Fasern können auch beliebige einer Sorte anderer natürlicher oder synthetischer Fasern sein, jedoch schließen alle Fasern, an die Teilchen gemäß der vorliegenden Erfindung gebunden werden, eine Wasserstoffbindungsfunktionalität ein. Dies schließt nicht das Vermischen solcher Fasern mit Fasern, denen diese Eigenschaft mangelt, ein. Jedoch werden Fasern, denen eine Wasserstoffbindungsfunktionalität fehlt, nicht Teilchen, die daran gebunden sind, mit der Festigkeit und der Art der Bindungen, die vorliegen würden, wenn die Fasern eine Wasserstoffbindungsfunktionalität hätten, aufweisen.
Eine Wasserstoffbindung ist eine zwischenmolekulare Kraft, die zwischen Wasserstoffatomen vorkommt, die kovalent an kleine, stark elektronegative Elemente (wie Stickstoff und Sauerstoff) und nichtbindende Elektronenpaare an anderen solchen elektronegativen Elementen gebunden sind. Eine Wasserstoffbindungsfunktionalität ist eine funktionelle Gruppe, die ein Sauerstoff- oder Stickstoffatom enthält, beispielsweise Hydroxyle, Carboxyle, Sulfonsäuren, Sulfonamide, Ether, Ester, Epoxide, Carbonyle, Amine, Urethane und andere, die eine Wasserstoffbindung bilden können. Die Orbitale der nichtbindenden Elektronenpaare des Sauerstoffs oder Stickstoffs überlappen mit der relativen Leere das 1s-Orbital des Wasserstoffs, der kovalent an ein weiteres Stickstoff- oder Sauerstoffatom gebunden ist. Das 1s-Orbital des Wasserstoffs ist relativ leer, aufgrund des ungleichmäßigen Teilens der Elektronen in der kovalenten Bindung zwischen ihnen und dem kleinen elektronegativen Atom (Sauerstoff oder Stickstoff), an das sie gebunden sind.
Spezielle Beispiele für natürliche Fasern, die eine Wasserstoffbindungsfunktionalität enthalten, umfassen geschnitzelte Seidenfasern, Holzcellulosefasern, Bagasse, Hanf, Jute, Reis, Weizen, Bambus, Mais, Sisal, Baumwolle, Flachs, Kenaf, Torfmoos und Gemische davon. Geeignete synthetische Fasern mit Wasserstoffbindungsfunktionalitäten schließen Acryl, Polyester, carboxylierte Polyolefine, Rayon und Nylon ein. Die Wasserstoffbindungsfunktionalität ist ein Ester in Acrylfasern und eine Carbonsäure in carboxylierten Polyolefinfasern, ein Ester in Polyester, ein Amid in Nylon und ein Hydroxyl in Rayon. Polyethylen und Polypropylen wären ungeeignete Fasern zur Verwendung beim Teilchen-zu-Faser-Binden in der erfindungsgemäßen Weise, weil sie nur Kohlenstoffatome und Wasserstoffatome, ohne beliebige andere Atome, wie Sauerstoffatome oder Stickstoffatome, die an Wasserstoffbindungen teilhaben können, einschließen.
Der Einfachheit halber und nicht als eine Begrenzung bezieht sich die nachstehende Beschreibung auf die Behandlung von einzelnen chemischen Holzzellstofffasern. Die Fasern werden, beispielsweise durch Zerfaserung in einer Hammermühle, vereinzelt. Solche einzelnen Fasern werden herkömmlich zu einer Matte geformt und sind kommerziell erhältlich, beispielsweise als NB 416 Fasern von der Weyerhaeuser Company. Eine weitere geeignete Cellulosematte würde Rayfloc JLD von ITT Rayonier einschließen. Die Cellulosefasern können in Form einer Cellulosebahn oder lockeren Cellulosefasern vorliegen.
III. Teilchen-Eigenschaften
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Teilchen zu den Fasern gegeben, um Fasern gewünschter Eigenschaften, wie erhöhte Absorptionsfähigkeit, Abrieb oder antimikrobielle Aktivität, zu ergeben. Das Teilchen kann beliebiges teilchenförmiges Material sein, das die gewünschte Eigenschaft aufweist und das Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen mit dem Bindemittel bilden kann. Wasserstoffbindungen können, wie vorstehend erörtert, durch Teilchen gebildet werden, die bestimmte funktionelle Gruppen enthalten, insbesondere jene mit einem Sauerstoff- oder Stickstoffatom. Koordinative kovalente Bindungen werden im Gegensatz dazu durch Abgabe eines einsamen Elektronenpaars an ein Atom zu einem leeren Orbital des anderen Atoms gebildet. Koordinative kovalente Bindungen unterscheiden sich von kovalenten Bindungen dadurch, dass kovalente Bindungen durch ein Elektronenpaar gebildet werden, worin eines der Elektronen von einem der Atome abgegeben wird, das an der Bindung teilnimmt. Teilchen können koordinative kovalente Bindungen bilden, wenn sie ein leeres p- oder d- oder f-Orbital aufweisen, das ein Elektronenpaar von dem Bindemittel aufnehmen kann.
Eine koordinative kovalente Bindung findet zwischen einem Donoratom, das ein einsames Elektronenpaar zum Abgeben an die Bindung hat, und einem Akzeptoratom, das ein leeres Orbital zum Aufnehmen des einsamen Elektronenpaars von dem Donor hat, statt. Gemäß den Aufbau- und Pauli-Prinzipien nehmen die Elektronen die Lappen (Keulen) der Atomorbitale eins, jeweils mit einem Maximum von zwei Elektronen (mit entgegengesetzten Spins), pro Lappen ein. Das grundlegendste Orbital ist das s-Orbital, das für die Bindung der Elemente in der ersten Reihe des Periodensystems verfügbar ist. In der zweiten Reihe des Periodensystems werden Elektronen zuerst das 2s-Orbital von Li und Be auffüllen. Jedoch Metalle in Perioden geringer als drei haben keine ausreichende Affinität für Elektronen, um an koordinativem kovalentem Binden teilzunehmen. Beginnend mit Gruppe IIIB (Bor), nehmen die drei p-Orbitale an dem koordinativen kovalenten Binden teil und die Lappen von den p-Orbitalen beginnen, sich zu füllen. Bor hat ein Elektron in einem der 2p-Orbitale; somit bleiben die anderen 2p-Orbitale leer und verfügbar zum koordinativen kovalenten Binden. Ein Beispiel eines koordinativen kovalent gebundenen Bor enthaltenden Teilchens ist Borsäure, welche als ein Adstringent, Antiseptikum und Flammverzögerungsmittel verwendet wird. Wie nachstehend gezeigt, wirkt das Boratom von Borsäure als ein Akzeptor für ein einsames Elektronenpaar, das durch ein Sauerstoffatom von Polypropylenglycol (PPG) angegeben wird, unter dabei Bilden einer koordinativen kovalenten Bindung zwischen einem Borsäureteilchen und einem PPG-Bindemittel. Die Beschreibung von Borsäure, die nachstehend gezeigt wird, ist keine typische der wässerigen Chemie von Bor, sondern wird eher zur Erläuterung des Bindungstyps bereitgestellt, von dem angenommen wird, dass er in einer koordinativen kovalenten Bindung auftritt.
Das nächste Element, Kohlenstoff, hybridisiert gewöhnlich, um ein Elektron in dem 2s-Orbital aufzuweisen, und die drei verbleibenden Elektronen werden einzeln in den drei p-Orbitalen angeordnet. Dies hinterlässt keine leeren Lappen für koordinatives kovalentes Binden und Elektronen-Additionen verlaufen weiter über die Reihe des Periodensystems, die auch keine leeren Lappen hinterlässt.
Folglich ist Bor das einzige Element in der zweiten Reihe des Periodensystems, das koordinative kovalente Bindungen bilden kann.
Nun beginnt sich die dritte Reihe zu füllen und die zwei 3s-Elektronen füllen zuerst Natrium und Magnesium.
Natrium und Magnesium haben leere d-Orbitale, die zur Koordination zur Verfügung stehen. Beispiele für Magnesium-Koordinationsverbindungen sind bekannt. Dann ordnet Aluminium, wie Bor, ein Elektron in einem der 3p-Lappen an, und die anderen zwei 3p-Lappen sind leer und stehen für koordinatives kovalentes Binden zur Verfügung. Der gleiche Trend setzt sich über die dritte Reihe fort, jedoch haben die Elemente der dritten Reihe auch fünf verfügbare 3d-Lappen, sodass das Potenzial für koordinatives Binden vorliegt, selbst wenn 3p-Orbitale in der dritten Reihe besetzt sind. Folglich können A1, P, S und Cl ein Elektronenpaar aus einem Elektronenpaardonor unter Bildung einer koordinativen kovalenten Bindung aufnehmen. Ein Beispiel davon wird beim Binden von PCl₅, Aluminiumtrihydrat oder Phosphorpentasulfid gefunden. Ein Phosphorpentasulfidteilchen kann zum Erhöhen der Entflammbarkeit eines Produkts verwendet werden, während Aluminiumtrihydrat ein Flammverzögerungsmittel ist. Ein Beispiel einer koordinativ kovalent gebundenen Aluminiumverbindung ist Aluminiumtrihydrat, das in einer koordinativen kovalenten Bindung mit einem Polypropylenglycol-(PPG)-Polymer teilnehmen kann.
In diesem Beispiel wirkt das Aluminiumatom von Aluminiumtrihydrat als ein Elektronenakzeptor für ein Elektronenpaar, das von einem Sauerstoffatom des Polypropylenglycol-(PPG)-Bindemittels abgegeben wird. Die Beschreibung, die vorstehend für Aluminiumtrihydrat gezeigt wird, ist nicht typisch für die wässerige Chemie von Aluminium, sondern wird eher zum Erläutern des Bindungstyps bereitgestellt, der in einer koordinativen kovalenten Bindung auftreten kann.
In der nächsten Reihe wird das 4s-Orbital zuerst gefüllt, dann beginnen sich die 3d-Lappen – ein Elektron pro Lappen – zu füllen, bis alle ein einzelnes, dann ein zweites Elektron zu jedem Lappen, zugegeben haben, bis alle Lappen gefüllt sind. Jedoch 4p- und 4f-Orbitale sind auch verfügbar; folglich können die Übergangselemente koordinative kovalente Bindungen bilden.
Die Elemente, die leere Orbitale aufweisen, die an koordinativem kovalentem Binden teilnehmen, schließen alle jene ein, ausgenommen die Metalle (was Wasserstoff ausnimmt) in Perioden eins und zwei und C, N, O, F, Ne und He. Diese Metalle haben keine ausreichende Affinität für Elektronen zum Teilnehmen an koordinativem kovalentem Binden. Besonders bevorzugte Teilchen enthalten Bor, Aluminium, Eisen, Rhodium, Osmium, Platin und Palladium und ganz besonders Bor. Beispiele für Teilchen, die koordinativ kovalent binden können, sind Aluminiumtrihydrat, Antimonoxid, Arsendisulfid, Wismutaluminat, Wismutjodidoxid, Wismutphosphat, Wismutsubcarbonat, Wismutsubgallat, Cadmiumsalicylat, Chromcarbonat, Chromhydroxid, Chromoxid und Chromphosphat. Alle von den erfindungsgemäßen polymeren Bindemitteln [Polyglycole (wie PPG), Polycarbonsäuren (wie PAA), Poly(lacton)diole (wie Poly(caprolacton)diol), Polyamide, Polyamine, usw.] können ein einzelnes Elektronenpaar aus einem elektronegativen Atom, wie Sauerstoff oder Stickstoff, abgeben, unter Bildung einer koordinativen kovalenten Bindung mit einem geeigneten Teilchen, das ein Atom mit einem leeren Orbital zum Aufnehmen von Elektronen, unter Bildung einer koordinativen kovalenten Bindung, einschließt.
IV. Superabsorptionsmittel-Teilchen
In einer offenbarten Ausführungsform sind die zugegebenen Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen, die Polymere umfassen, die bei Aussetzen von Wasser quellen und ein hydratisiertes Gel (Hydrogel) beim Absorbieren großer Wassermengen bilden. Superabsorptionsmittel werden hierin als Materialien definiert, die die Fähigkeit zeigen, große Mengen Flüssigkeit zu absorbieren; das heißt, ein Überschuss von 10 bis 15 Teilen Flüssigkeit pro Teil davon. Diese Superabsorptionsmittel materialien fallen im Allgemeinen in drei Klassen; nämlich Stärke-Pfropf-Copolymere, vernetzte Carboxymethylcellulosederivate und modifizierte hydrophile Polyacrylate. Beispiele für solche Absorptionsmittelpolymere sind hydrolysiertes Stärke-Acrylnitril-Pfropf-Copolymer, ein neutralisiertes Stärke-Acrylsäure-Pfropf-Copolymer, ein verseiftes Acrylsäureester-Vinylacetat-Copolymer, ein hydrolysiertes Acrylnitril-Copolymer oder Acrylamid-Copolymer, ein modifizierter, vernetzter Polyvinylalkohol, eine neutralisierte, selbstvernetzende Polyacrylsäure, ein vernetztes Polyacrylatsalz, carboxylierte Cellulose und ein neutralisiertes, vernetztes Isobutylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymer.
Superabsorptionsmittelteilchen sind kommerziell erhältlich, beispielsweise Stärke-Pfropf-Polyacrylat-Hydrogel-Feinstoffe (IM 1000F) von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA, oder größere Teilchen, wie Granulate. Andere Superabsorptionsmittelteilchen werden unter den Handelsmarken SANWET (bezogen von Sanyo Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha), SUMIKA GEL (bezogen von Sumitomo Kagaku Kabushiki Kaisha, und welches Emulsions-polymerisiert und kugelförmig ist, entgegengesetzt zu Lösungs-polymerisierten, vermahlenen Teilchen), FAVOR (bezogen von Stockhausen, Greensboro, North Carolina) und NORSOCRYL (bezogen von Atochem), vermarktet. Die Superabsorptionsmittelteilchen kommen in einer Vielzahl von Größen und Morphologien, beispielsweise IM 1000 und IM 1000F, vor. Das 1000F ist feiner und wird durch ein 200-Mesh-Sieb passen, wohingegen IM 1000 einige Teilchen aufweist, die nicht durch ein 60-Mesh-Sieb passen werden. Eine weitere Art von Superabsorptionsmittelteilchen ist IM 5600 (agglomerierte Feinstoffe). Superabsorptionsmittel, teilchenförmige hydrophile Polymere, werden auch genauer in US-Patent Nr. 4 102 340 beschrieben. Das Patent offenbart Hydrokolloid-Absorptionsmittelmaterialien, wie vernetzte Polyacrylamide.
V. Andere Teilchen

Viele Teilchen, die Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen bilden, sind zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Einige solcher Teilchen wer den in Tabelle I mit einem Hinweis der Funktion der angeführten Teilchen angeführt. Die in Tabelle I angeführten Teilchen sind in Wasser unlösliche Teilchen. Tabelle I In Wasser unlösliche, teilchenförmige Stoffe zum Binden

Name	Funktion
Aluminiumtrihydrat	Flammverzögerungsmittel, Adstringent
Acediasulfon	Antibakterielles Mittel
Agarinsäure	Antitranspirant
Alclometaston	Örtliches Antientzündungsmittel
Calciumalginat	Örtliches Hämostatikum
Amidomycin	Fungizid
Antimonoxid	Flammverzögerungsmittel
Apigenin	Gelber Farbstoff, ätzend
Arsendisulfid	Rotes Pigment
Aspirin	Antientzündungsmittel; Antipyretikum
Azanindazol	Antiprotozokum (Trichomonas)
Azelainsäure	Antiaknemittel
Baicalein	Adstringent
Bendazac	Antientzündungsmittel
Benomyl	Fungizid; Ascarizid
Benzestrol	Östrogen
Benzylpenicillinsäure	Antibakteriell
Benzylsulfamid	Antibakteriell
Bergapten	Antipsoriatisch
Betasin	Jodquelle
Bezitramid	Narkotikum Analgetikum
Bibrocathol	Örtliches Antiseptikum
Bietanautin	Antihistaminikum
Bifenox	Herbizid
Bifonazol	Antifungal
Binapacryl	Fungizid, Mitizid
Bis(p-chlorphenoxy)methan	Mitizid

(Tabelle I Fortsetzung)

Name	Funktion
Wismutaluminat	Antazid
Wismutjodidoxid	Anti-infektiv
Wismutphosphat	Antazid; Schutzmittel
Wismutsubcarbonat	Örtliches Schutzmittel
Wismutsubgallat	Astringent, Antazid; Schutzmittel
Bisphenol A	Fungizid
Bitertanol	Landwirtschaftliches Fungizid
Bithionol	Örtlich anti-infektiös
Bromacil	Herbizid
Bromadiolon	Rodentizid
Bromcresolgrün	Indikator
Bromcresolrot	Indikator
Bromethalin	Rodentizid
p-Bromacetanilid	Analgetikum; Antipyretikum
3-Brom-d-campher	Örtliches Gegenreizmittel
Bromophos	Insektizid
Brompropylat	Akarizid
5-Bromsalicyl-hydroxamsäure	antibakteriell (Tuberkulosestatikum)
5-Bromsalicylsäure-acetat	Analgetisch
Bromosaligenin	Antientzündlich
Bromthymolblau	Indikator
Broxychinolin	Antiseptikum; Desinfektionsmittel
Bucetin	Analgetisch
Bumadizon	Analgetisch; antientzündlich; antipyretisch
Bupirimat	Fungizid
Busulfan	Karzinogen, Insektensterilisationsmittel, antineoplastisch
Butamben	Örtlich anästhetisch
Butrylin	Insektizid
Butyliertes Hydroxy-anisol	Antioxidant (BHA)

(Tabelle I Fortsetzung)

Name	Funktion
Butylparaben	Pharmazeutische Hilfe; Nahrungskonservierungsmittel
4-tert-Butylphenylsalicylat	Leichtes Absorptionsmittel
Cacothelin	Indikator
Cactinomycin	Antineoplastisch
Cadmiumsalicylat	Antiseptisch
Calamin	Hautschutzmittel
Calciumcarbonat	Antazid
Calciumsaccharat	Pharmazeutische Hilfe
Calciumtartrat	Konservierungsmittel; Deodorant; Antazid
Cambendazol	Anthelmintisch
Candicidin	Örtlich antifungal
Candidin	Örtlich antifungal
Capsaicin	Örtlich analgetisch
Captan	Fungizid; Bakteriostat
Carbadox	Antimikrobiell
Carbamazepin	Antikonvulsant; analgetisch
Carbarson	Antiamöbisch
Carbaryl	Kontaktinsektizid
Carbazochromsalicylat	Antihämorrhagisch
Carbendazim	Fungizid
Carbochloral	Hypnotisch
Carbophenothion	Mitizid; Insektizid
Carbochon	Antineoplastisch
Carisoprodol	Skelettmuskelrelaxant
Carthamin	Farbstoff
Carvacrol	Desinfektionsmittel
Cephalin	Örtlich hämostatisch
Chalcomycin	Antibiotisch
Chartreusin	Antibiotisch
Chitin	Heilmittel
Chloramben	Herbizid
Chloramphenacol

(Tabelle I Fortsetzung)

Name	Funktion
palmitat	Antimikrobiell
Chloranil	Fungizid
Chlorbetamid	Antiamöbisch
Chlordimeform	Insektizid
Chlorfenac	Herbizid
Chlorfenethol	Acarizid
Chlorhexidin	Örtlich antibakteriell
Chlorazodin	Antibakteriell; örtlich anästhetisch
Chlorophacinon	Antikoagulans Rodentizid
p-Chlorphenol	Antiseptisch
Chlorothricin	Antibiotisch
Chlorotrianisen	Östrogen
Chloroxylenol	Antiseptisch; Germizid
Chlorphenesin	Örtlich antifungal
Chlorphenesincarbamat	Relaxant (Skelettmuskel)
Chlorphenoxamid	Antiamöbisch
Chlorpropamid	Antidiabetisch
Chlorpyrifos	Insektizid
Chlorchinaldol	Örtlich antibakteriell
Chlorsulfuron	Herbizid
Chlorothion	Insektizid
Chlozoxazon	Relaxant
Cholesterin	Pharmazeutische Hilfe
Chromcarbonat	Pigment
Chromhydroxid	Pigment
Chromoxid	Abriebmittel
Chromphosphat	Grünes Pigment
Chrysammininsäure	Explosiv
Chrysarobin	Antipsoriatisch
Cilastazol	Antithrombotisch
Cinoxat	Sonnenschutzmittel

Andere geeignete, in Wasser unlösliche Teilchen schließen Proteine, Vitamine, Zeolithe und Siliziumdioxid ein, wobei jedes davon elektronegative Atome, wie Sauerstoff- oder Stickstoffgruppen, oder beides, enthält. Ein Beispiel eines geeigneten Zeoliths ist Abscents-Geruch-Absorptionsmittel, erhältlich von UOP, Tarrytown, New York. Ein Beispiel eines geeigneten antimikrobiellen Teilchens ist Chlorhexidin (N,N''-Bis(4-chlorphenyl)-3,12-diimino-2,4,11,13-tetraazatetradecandiimidamid). Die Liste in Tabelle I ist keinesfalls erschöpfend, da leicht für jede Art der Teilchen bestimmt werden kann, ob sie eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung bilden kann. Viele der Teilchen sind nicht-absorbierende oder nicht superabsorbierende Polymere.
Die in Tabelle I angeführten Teilchen haben chemische Eigenschaften, die sie zum Binden an Fasern mit den in der Erfindung verwendeten Bindemitteln geeignet machen. Die angeführten Teilchen sind organische oder anorganische Verbindungen, die wenig oder keine Wasserlöslichkeit aufweisen, noch die Fähigkeit, an Wasserstoff zu binden. Die Wasserlöslichkeit ist vorzugsweise niedrig; beispielsweise weniger als 10 g lösen sich vollständig in 300 ml Wasser bei 25°C, bevorzugter weniger als etwa 1 g in 300 ml bei 25°C. Diese niedrige Löslichkeit erlaubt es den Teilchen, fest zu verbleiben, und die Wasserstoffbindungskapazität ermöglicht es ihnen, an den Fasern auch in Fällen zu haften, wenn ein wässeriges Bindemittel verwendet wird. Einmal gebunden, verbleiben die Teilchen im Wesentlichen in einer diskreten Teilchenform, anstelle sich aufzulösen oder zu verbinden. Folglich, einmal gebunden, sind die Teilchen eher diskret als verbunden.

Viele in Wasser lösliche Teilchen, die in der Lage sind, Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen zu bilden, sind zur Verwendung mit den in der Erfindung zu verwendenden Bindemitteln geeignet. Einige solche in Wasser lösliche Teilchen werden in Tabelle II angeführt, mit einem Hinweis auf die Funktion der angeführten Teilchen. Tabelle II Teilchenförmige Stoffe zum Binden

Name	Funktion
Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA)	Geruchsabsorptionsmittel
Dinatriumsalz von EDTA	Chelator
Natriumbicarbonat	Geruchsabsorptionsmittel/pH-Modifzierungsmittel
Acarbose	Antidiabetisches Mittel
Rcefyllin-Piperazin	Bronchodilatator
Acenocumarol, Natriumsalz	Antikoagulans
Acephat	Insektizid
Acetaminophen	Analgetikum
Acetylleucinmonoethanolamin	Antivertigomittel
Säure Violett 7B	Farbstoff/Färbemittel
Acitretin	Antipsoriatikum
Acranil	Antiprotozoamittel (Giardia)
Acriflavin	Anti-Infektionsmittel
Actaplanins	Wachstumsstimulans
Algeston-Acetophenid	Antiaknemittel
Algin	Hämostatikum
Almagat	Antisäuremittel
(–)-Ambroxid	Duftmittel
Ambucainhydrochlorid	Lokalanästhetikum
Amodiaquin	Antimalariamittel
Anabasinhydrochlorid	Insektizid
o-Anisaldehyd	Duftstoff
Anisomycinhydrochlorid	Örtliches Antitrichomonasmittel
Aralkoniumchlorid	Antiseptikum, Germizid
Asiaticosid	Dermatid, Wunden, Brände
Aspartam	kalorienfreies Süßungsmittel
Azidoamphenicol	Antimikrobiell bei Augeninfektionen
Berbeerin	Antimalariamittel

(Tabelle II Fortsetzung)

Name	Funktion
Kaliumbenzoat	Konservierungsmittel, Antipilzmittel
Benzoylperoxid	Dermatid, Antiaknemittel
Benzylidenaceton	Duftstoff
Bidrin	Insektizid
Biphenaminhydrochlorid	Antiseborrhetikum
Bishydroxycumarin	Antikoagulans
Wismuttribromphenat	Örtliches Antiseptikum
Blasticidin-S-hydrochlorid	Antimikrobielles Mittel
Bromcresylgrün	Indikator
Bromphenolblau	Indikator
Butathaminhydrochlorid	Anästhetikum
Koffeinhydrochlorid	CNS-Stimulans
Calciumascorbat	Vitamin-C/Calciumquelle
Calciumbisulfit	Germizid
Calciumthioglycollat	Depilatorium
Carbachol	Ophthalmisches Parasympathomimetikum
Carbowax	Salbengrundlage
Cetalkoniumchlorid	Antibakterielles Mittel
Cethoxoniumbromid	Antiseptikum
Chartreusin	Antimycobakterielles Mittel
Chloramin-T-	Örtliches Antiseptikum
Zimtsäure	Duftstoff
Cotarninchlorid	Hämostatikum
Demercariumbromid	Örtliches Antiglaukom
D-2-Desoxyribose	DNA-Synthese
Dequaliniumchlorid	Antiseptikum
Dermostatin	Antifungales Mittel
Dexamethason	Glucocorticoid
Diacetonacrylamid	Mfr-Beschichtungen, Klebstoffe
2,4-Diamino-6-hydroxypyrimidin	Indikator für Nitrate/Nitrite
2,4-Diaminophenol-	Photographischer

(Tabelle II Fortsetzung)

Name	Funktion
dihydrochlorid	Entwickler
Diamthazoldihydrochlorid	Antipilzmittel
Diatrizoatnatrium	Diagnostische Hilfe
Dibekacinsulfat	Antibakterielles Mittel
Dinatrium-4',5'-dibromfluorescein	FDA-geprüfter Farbstoff
3,5-Dibrom-4-hydroxybenzolsulfonsäure, Natriumsalz	Örtliches Desinfektionsmittel
Dibrompropamidin	Kosmetisches Konservierungsmittel
Diflorason	Örtliches Antientzündungsmittel
Dihydroxyaceton	Künstliches Bräunungsmittel
Diisobutylnatriumsulfosuccinat	Netzmittel/Waschmittel
Dikegulac	Pflanzenwachstumsregulator
Dimethisoquin	Örtliches Anästhetikum
Diphenicillinnatrium	Antibakterielles Mittel
Diphetarson	Antiamöbikum
Dipyron	Antialgetikum, antipyretisches Mittel
Diquatdibromid	Herbizid, Defoliant
Dodin	Fungizid
Domiphenbromid	Örtliches antiinfektives Mittel
Dulcin	kalorienfreies Süßungsmittel
Dymixal^®	Örtliche Brandbehandlung
Ecognidin	Örtliches Anästhetikum
Edetische Säure	Antioxidans
Edoxudin	Antivirales Mittel
Ellagische Säure	Hämostatikum
Endothal	Herbizid, Defoliant
Eosin I bläulich	Farbstoff

(Tabelle II Fortsetzung)

Name	Funktion
Eosin gelblich	Kosmetischer Farbstoff
Erythrosin	Lebensmittelfarbstoff
Esculin	Hautschutzmittel
Ethacridin	Antiseptikum
Ethambutolhydrochlorid	Antibakterielles Mittel (Tuberkulostatikum)
Ethamsylat	Hämostatikum
Ethylidendicumarol	Antikoagulans
Ethylstilbamin	Antiprotozoal
Euprocindihydrochlorid	Örtliches Anästhetikum
Fast green FCF	Lebensmittelfarbstoff
Fenticonazolnitrat	Örtliches Antipilzmittel
Eisen(II)albuminat	Hämatinisches
Eisen(II)chloridhexahydrat	Adstringent, blutstillendes Mittel
Eisen(II)formiat	Silagekonservierungsmittel
Ferrulische Säure, Natriumsalz	Nahrungsmittelkonservierungsmittel
Fluorescein, Dinatriumsalz	Diagnostische Hilfe
Fluoridamid	Pflanzenwachstumsverzögerungsmittel
Forminitrazol (Trichomonas)	Antiprotozoal
Fortimicin(e)	Antibakterielles Mittel
Foscarnetnatrium	Antivirales Mittel (HIV-1)
Fosetyl A1	Systemisches Fungizid
Fungichromin	Örtliches Antipilzmittel
Gallussäure	Adstringent, blutstillend
Gentian violett	Örtliches anti-infektiöses Mittel
Gluconolacton	Reiniger
Gossypol	Kautschuk-Antioxidans
Heparin	Antikoagulans
Hexamethylolmelamin	Flammverzögerungsmittel
Hexamidin	Antiseptikum, Anti-Akne
Homatropin	Anticholinerges Mittel

(Tabelle II Fortsetzung)

Name	Funktion
(ophthalmisch)
Hydrastininhydrochlorid Hydrocortisonphosphat,	Uterines Hämostatikum
Dinatriumsalz	Glucocorticoid
Hydrochininhydrochloridhemihydrat	Depigmentor
Hydroxyamphetamin-Hydrobromid	Adrenerges Mittel (ophthalmisch)
Hydroxybutyranilid	Antioxidans
3-Hydroxycampher-1-(hydroxymethyl)-5,5-dimethylhydantoin	Örtliches Antipruritikum Kosmetisches Konservierungsmittel
8-Hydroxychinolinsulfat	Antitranspirans, Deodorans
Jodsäure	Adstringent
Itraconazol	Antipilzmittel
Kanamycin(e)	Antibakterielles Mittel
Kermesinsäure	Farbstoff
Kojicsäure	Geschmacksverstärker
Laccaicsäure	Carminfarbstoff
Milchsäure	Acidulans
Lakmus	Indikator
L-Lysin-L-glutamat	Geschmackszusatz
Lyxoflavin	Nahrungsmittel, Wachstumsvorstufe
Malclurin	Farbstoff
Malachitgrün	Farbstoff
Maltol	Geschmacksverstärker
Maneb	Landwirtschaftliches Fungizid
Manganacetat	Beize
Meraleinnatrium	Örtliches anti-infektiöses Mittel

sowie eine Vielzahl anderer, einschließlich eines breiten Bereichs anorganischer Salze.

Die Liste in Tabelle II ist nicht als erschöpft aufzufassen, da man leicht für jede Art des Teilchens bestimmen kann, ob es in der Lage ist, eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung zu bilden. Alle oder die meisten der Teilchen sind nicht-absorbierende oder nichtsuperabsorbierende Polymere. Die Löslichkeit der Teilchen in Wasser und Bindemittel kann leicht bestimmt werden; beispielsweise in chemischen Standard-Bezugsmaterialien.
Die in Tabelle II angeführten Teilchen haben chemische Eigenschaften, die sie zum Binden an Fasern mit in der Erfindung verwendeten Bindemitteln geeignet machen. Die angeführten Teilchen sind organische oder anorganische Verbindungen, die in Wasser löslich sind, jedoch die Fähigkeit aufweisen, an Wasserstoff zu binden. Die Wasserlöslichkeit ist vorzugsweise hoch. Mit wasserlöslich ist gemeint, dass mehr als etwa 10 g der Teilchen sich in 300 ml Wasser bei 25°C lösen werden. Der Bereich der Löslichkeit kann sich beispielsweise von einer unteren Grenze von 10 g in 300 ml Wasser bei 25°C zu einer oberen Grenze erstrecken, in der die Teilchen in allen Verhältnissen mit Wasser bei 25°C mischbar sind. Diese hohe Löslichkeit erlaubt den Teilchen, sich zu lösen, wenn sie wässerigen Flüssigkeiten, wie Harn, ausgesetzt sind, jedoch ermöglicht ihnen die Wasserstoffbindungskapazität, an den Fasern in Gegenwart des Bindemittels, allerdings in Abwesenheit von wässeriger Flüssigkeit während der Verwendung durch einen Endverbraucher, nach dem das Herstellungsverfahren abgeschlossen ist, zu haften. Obwohl gebunden, verbleiben die Teilchen im Wesentlichen in einer diskreten Teilchenform, anstelle des Auflösens oder Verbindens, mindestens, bis sie einer wässerigen Flüssigkeit ausgesetzt sind. Die Teilchen sind eher diskret, als agglomeriert, obwohl in Abwesenheit einer wässerigen Flüssigkeit gebunden. Wenn die Teilchen den Fasern mit Bindemittel in flüssiger Form ausgesetzt sind, wird für die Teilchen zum Beibehalten ihrer Teilchenform vorzugsweise ein Bindemittel derart ausgewählt, dass die Teilchen in dem Bindemittel kaum löslich sind. Mit schlecht löslich ist gemeint, dass nicht mehr als etwa 5 g der Teilchen sich in 300 ml des Bindemittels bei 25°C lösen. Teilchen können in dem Bindemittel löslich sein, so lange eine ausrei chend kleine Menge Bindemittel verwendet wird, sodass ein wirksamer Teil der Teilchen in Teilchenform verbleibt.
Die Menge der zu den Fasern zugefügten Teilchen kann breit variieren, beispielsweise von 0,05 bis 80 Prozent, auf das Gesamtgewicht des fibrösen Materials und der Teilchen. Antimikrobielle Mittel, wie Chlorhexidin oder andere Nichtabsorptionsmittelteilchen, sind in sehr niedrigen Mengen, wie 0,05 bis 10 Prozent, wirksam. Superabsorptionsmittelteilchen werden vorzugsweise in einer Menge von 3–70 Prozent, insbesondere 20–40 Gewichtsprozent, der fibrösen Materialien und Teilchen zugesetzt. Die Teilchen können kombiniert werden, um mehr als eine Art Teilchen, beispielsweise Superabsorptionsmittel- und Nichtsuperabsorptionsmittelteilchen, oder zwei Arten von Superabsorptionsmittelteilchen einzuschließen. Wenn zwei Arten Teilchen verwendet werden, wird das Gesamtgewicht der Teilchen 80 Prozent, auf das Gesamtgewicht des fibrösen Materials und der Teilchen, nicht übersteigen.
VI. Polymere Bindemittel-Eigenschaften
Die Teilchen können an Fasern durch ein polymeres Bindemittel gebunden sein, das in Wasser löslich sein kann, ausgewählt aus einer vorbestimmten Gruppe von polymeren Bindemitteln. Die polymeren Bindemittel umfassen Bindemittelmoleküle, wobei die Bindemittelmoleküle mindestens eine Wasserstoffbindungsfunktionalität oder koordinative kovalente Bindung-bildende Funktionalität aufweisen. Das polymere Bindemittel kann wiederkehrende Einheiten umfassen, worin jede wiederkehrende Einheit des Polymers vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, mindestens eine Wasserstoffbindungsfunktionalität oder koordinative kovalente Bindung-bildende Funktionalität einschließt. Gemäß der vorliegenden Erfindung schließen die vorbestimmten Gruppen an polymeren Bindemitteln die Gruppe von Bindemitteln ein, die aus Polyglycolen [insbesondere Poly(propylenglycol)], einer Polycarbonsäure, einem Polycarboxylat, einem Poly(lacton)polyol, wie Diolen, einem Polyamid, einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, einem Polysulfonat und Kombinationen davon, besteht. Spezielle Beispiele für einige von diesen Bindemitteln sind ohne Begrenzung die nachstehenden: Polyglycole können Polypropylenglycol (PPG) einschließen; Poly(lacton)diole schließen Poly(caprolacton)diol ein; Polycarbonsäure schließt Polyacrylsäure (PAA) ein; Polyamide schließen Polyacrylamid oder Polypeptide ein; Polyamine schließen Polyethylenimin und Polyvinylpyridin ein; Polysulfonsäuren oder Polysulfonate schließen Poly(natrium-4-styrolsulfonat) oder Poly(2-acrylamido-methyl-1-propansulfonsäure) ein; und Copolymere davon (beispielsweise Polypropylenglycol/Polyethylenglycol-Copolymer). Das polymere Bindemittel hat typischerweise wiederkehrende Einheiten. Die wiederkehrende Einheit kann das Gerüst einer Verbindung, wie bei einem Polypeptid, sein, wobei die wiederkehrenden Polyamide in der Peptidkette auftreten. Die wiederkehrende Einheit kann sich auch auf Einheiten beziehen, die von Gerüsten verschieden sind, beispielsweise wiederkehrende Acrylsäureeinheiten. In einem solchen Fall können die wiederkehrenden Einheiten gleich oder verschieden sein. Das Bindemittelmolekül hat eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit Teilchen bilden kann, und eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung mit den Fasern bilden kann.
Wenn hierin verwendet, ist das Polymer ein durch chemische Einheit von 5 oder mehreren, gleichen oder verschiedenen kombinierenden Einheiten (Monomeren) gebildetes Makromolekül. Ein Polyamin ist ein Polymer, das funktionelle Amingruppen enthält und ein Polyamid ist ein Polymer, das funktionelle Amidgruppen enthält. Jedes von den Bindemitteln hat eine Wasserstoffbindungs- oder eine koordinative kovalente Bindungsfunktionalität. Die Funktionalität kann ein Hydroxyl, ein Carboxyl, ein Carboxylat, eine Sulfonsäure, ein Sulfonat, ein Amid, ein Ether, ein Amin oder Kombinationen davon sein. Diese Bindemittel können Wasserstoffbindungen bilden, weil sie eine funktionelle Gruppe aufweisen, die ein elektronegatives Element, wie ein Sauerstoffatom oder ein Stickstoffatom, enthält.
Das Polyglycol hat wiederkehrende Ethereinheiten mit den Hydroxylgruppen an den endständigen Enden des Moleküls. Die Polycarbonsäure, wie Polyacrylsäure, hat eine wiederkeh rende Carboxylgruppe, worin ein Wasserstoffatom an ein elektronegatives Sauerstoffatom gebunden ist, unter Erzeugung eines Dipols, der das Wasserstoffatom teilweise positiv geladen hinterlässt. Das Polyamid (wie ein Polypeptid) oder Polyamin hat eine wiederkehrende Gruppe NR, worin ein Wasserstoffatom an ein elektronegatives Stickstoffatom gebunden sein kann, das auch den Wasserstoff teilweise positiv geladen hinterlässt. Das Wasserstoffatom kann in beiden Fällen dann mit einem elektronegativen Atom, insbesondere ein Sauerstoffatom oder Stickstoffatom, an dem Teilchen oder an der Faser, unter Bildung einer Wasserstoffbindung, die an dem Bindemittel an dem Teilchen und Faser anhaftet, in Wechselwirkung treten. Das elektronegative Sauerstoffatom oder Stickstoffatom des Bindemittels kann auch eine Wasserstoffbindung mit Wasserstoffatomen in dem Teilchen oder in der Faser bilden, welches positive Dipole aufweist, induziert durch elektronegative Atome, wie Sauerstoffatome oder Stickstoffatome, an die das Wasserstoffatom gebunden ist. Das Polyamid hat auch eine Carbonylgruppe mit einem elektronegativen Sauerstoffatom, das mit Wasserstoffatomen in den Teilchen oder Fasern in Wechselwirkung treten kann. Somit können die polymeren Bindemittel die Wasserstoffbindung (a) zwischen den Fasern und Bindemittel und (b), im Fall von Teilchen mit Wasserstoffbindungsfunktionalitäten, zwischen dem Bindemittel und den Teilchen verstärken.
Alternativ kann das polymere Bindemittel eine koordinative kovalente Bindung mit Teilchen und einer Wasserstoffbindung an den Fasern bilden. Beispielsweise haben das Sauerstoffatom oder Stickstoffatom an dem Bindemittel ein ungebundenes Elektronenpaar, das an ein leeres Orbital in dem Teilchen, unter Bildung einer koordinativen kovalenten Bindung, abgegeben werden kann. Beispielsweise kann ein freies Elektronenpaar an das Sauerstoffatom oder Stickstoffatom zu dem leeren p-Orbital eines Bor-enthaltenden Teilchens abgegeben werden, unter Bildung einer koordinativen kovalenten Bindung, die an dem Teilchen an das Bindemittel anhaftet. Die Fasern selbst enthalten funktionelle Gruppen, die Wasserstoffbindungen mit dem Bindemittel bilden können und dem Bindemittel er lauben, an der Faser anzuhaften. Cellulose- und Synthesefasern beispielsweise können Hydroxyl-, Carboxyl-, Carbonyl-, Amin-, Amid-, Ether- und Estergruppen enthalten, die Wasserstoff mit den Hydroxyl-, Carbonsäure-, Amid- oder Amingruppen des Bindemittels binden. Folglich wird das polymere Bindemittel an dem Teilchen mit einer koordinativen kovalenten Bindung anhaften und die Faser wird mit einer Wasserstoffbindung anhaften.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist das polymere Bindemittel an sowohl die Fasern als auch das Teilchen durch Wasserstoffbindungen gebunden. Ein Polypropylenglycolbindemittel kann beispielsweise zum Binden von in Wasser unlöslichen Polyacrylathydrogelteilchen an Cellulosefasern verwendet werden. Die Hydroxyl- und Ethergruppen an dem Glycolbindemittel nehmen an Wasserstoff-Bindungs-Wechselwirkungen mit den Hydroxylgruppen auf den Cellulosefasern und den Carboxylgruppen des Polyacrylathydrogels teil, wie nachstehend gezeigt:
Alternativ kann beispielsweise ein Polypropylenglycol-(PPG)-Bindemittel zum Binden eines in Wasser löslichen Teilchens an Cellulosefasern verwendet werden. Die Hydroxyl- und Ethergruppen an dem Glycolbindemittel nehmen an den Wasserstoff-Bindungs-Wechselwirkungen mit den Hydroxylgruppen an den Cellulosefasern und geeigneten Funktionalitäten auf den wasserlöslichen Teilchen teil, wie nachstehend gezeigt:
Folglich wird das Bindemittel an sowohl dem Teilchen als auch an der Faser mit Wasserstoffbindungen anhaften. Das Vorliegen einer Wasserstoffbindungsfunktionalität an jeder wiederkehrenden Einheit des polymeren Bindemittels erhöhte die Anzahl an Wasserstoff-Bindungs-Wechselwirkungen pro Einheitsmasse Polymer, was überlegene Bindungswirksamkeit bereitstellt und die Abtrennung der Teilchen von den Fasern senkt. Die wiederkehrende Etherfunktionalität an dem Glycolbindemittel liefert diese Wirksamkeit in den vorstehend diagrammartig angegebenen Beispielen. Eine wiederkehrende Carboxylgruppe ist die wiederkehrende Funktionalität an Polyacrylsäure, während eine Wiederholung von Carbonyl- und NR-Gruppen (worin R entweder ein H oder Alkyl, vorzugsweise Niederalkyl; d.h. weniger als fünf Kohlenstoffatome, in einer normalen oder Iso-Konfiguration darstellt) der Amidbindungen, die wiederkehrenden Funktionalitäten an Polyamiden, wie Polypeptide, darstellen. Eine wiederkehrende Amingruppe liegt auf Polyaminen vor.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten polymeren organischen Bindemittel erhöhte die Bindungswirksamkeit, wenn sich die Länge des Polymers erhöht, mindestens innerhalb der Bereiche der Molekulargewichte, die in den nachstehenden Beispielen angeführt werden. Diese Erhöhung der Bindungswirksamkeit ist der wachsenden Anzahl an Wasserstoffbindungs- oder koordinativen kovalenten Bindungsgruppen auf dem Polymer zuzuschreiben, wodurch sich die Molekularlänge erhöht. Jedes von den polymeren Bindemitteln hat eine Wasserstoffbindungs- oder koordinative kovalente Bindungsfunktionalität. Wenn jede wiederkehrende Einheit des Polymers wiederkehrende Funktionalitäten aufweist, stellen längere Polymere mehr Wasserstoffbindungsgruppen oder koordinative kovalente Bindungsgruppen bereit, die an den Wasserstoffbindungswechselwirkungen oder in koordinativen kovalenten Bindungen teilnehmen können.
Obwohl die Erfindung nicht auf polymere Bindemittel von besonderen Molekulargewichten beschränkt ist, sind polymere Bindemittel mit einem Molekulargewicht größer als 500 Gramm/Mol bevorzugt, weil sie attraktive physikalische Eigenschaften bereitstellen, und der Feststoff ist, verglichen mit polymeren Bindemitteln mit niederem Molekulargewicht weniger flüchtig. Polymere Bindemittel mit Molekulargewichten größer als 4000 Gramm/Mol sind besonders bevorzugt, weil sie minimale Flüchtigkeit aufweisen und weniger wahrscheinlich von den Fasern verdampfen werden. Materialien mit niederem Molekulargewicht sind typischerweise mobiler als die Materialien mit höherem Molekulargewicht. Materialien mit niederem Molekulargewicht können sich leichter zu der Faser-Teilchen-Grenzfläche bewegen und werden leichter auf der Faser absorbiert, wo sie weniger zum Binden der Teilchen an den Fasern verfügbar sind. Die Materialien mit höherem Molekulargewicht sind weniger geeignet, um an den Fasern absorbiert zu werden, und sind weniger flüchtig als die Materialien mit niederem Molekulargewicht. Im Ergebnis verbleiben polymere Bindemittel mit höherem Molekulargewicht zu einem größeren Ausmaß auf der Oberfläche der Teilchen, wo sie verfügbarer sind, um Teilchen an Fasern zu binden. In einigen besonderen Ausführungsformen wurden Polymere mit Molekulargewichten zwischen 4000 und 8000 Gramm/Mol verwendet. Polymere mit Molekulargewichten oberhalb 8000 können verwendet werden, jedoch können solche Polymere mit sehr hohem Molekulargewicht aufgrund von Verarbeitungsschwierigkeiten die Bindungswirksamkeit senken.
Bestimmte polymere Bindemittel haben größere Bindungswirksamkeit, weil ihre wiederkehrende Funktionalität eine wirksamere Wasserstoffbindungsgruppe darstellt. Es wurde gefunden, dass wiederkehrende Amidgruppen wirksamer sind als wiederkehrende Carboxylfunktionalitäten, die wirksamer sind als wiederkehrende Hydroxylfunktionalitäten, die wiederum wirksamer sind als Amin- oder Etherfunktionalitäten. Folglich können polymere Bindemittel bevorzugt sein, die wiederkehrende Amin- oder Etherfunktionalitäten, bevorzugter wiederkehrende Hydroxylfunktionalitäten, und noch bevorzugter wiederkehrende Carbonyl- oder Carboxylfunktionalitäten, und besonders bevorzugt wiederkehrende Amidfunktionalitäten, aufweisen. Das Binden kann bei beliebigem pH-Wert stattfinden, wird jedoch geeigneterweise bei einem neutralen pH-Wert von 5–8, vorzugsweise 6–8, ausgeführt, um Säurehydrolyse des erhaltenen fibrösen Produkts zu senken. Geeignete Bindemittel können aus der Gruppe, bestehend aus Polyglycolen, wie Polyethylenglycol oder Polypropylenglycol, Polycarbonsäuren, wie Polyacrylsäure, Polyamiden, Polyaminen, Poly(lacton)diolen, wie Poly(caprolacton)diol, und Kombinationen oder Copolymeren davon, ausgewählt werden.
Es wurde gefunden, dass die aus Polycarbonsäuren (wie Acrylsäure), Polyamiden und Polyaminen bestehende Gruppe eine besonders gute Bindungswirksamkeit aufweist. Unter Polyamiden sind Polypeptide besonders bevorzugt.
VII. Nicht-polymere Bindemittel-Eigenschaften
Die Teilchen können durch ein nicht-polymeres organisches Bindemittel, ausgewählt aus einer vorbestimmten Gruppe von Bindemitteln, die jeweils eine Flüchtigkeit von weniger als Wasser aufweisen, an die Fasern gebunden sein. Der Dampfdruck des Bindemittels kann beispielsweise weniger als 10 mmHg bei 25°C und bevorzugter weniger als 1 mmHg bei 25°C sein. Die nicht-polymeren Bindemittel umfassen nicht-polymere Bindemittelmoleküle, wobei die Moleküle mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisen, die Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen mit den Teilchen bilden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die vorbestimmte Gruppe von nicht-polymeren Bindemitteln eine funktionelle Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat, einem Carbonyl, einer Sulfonsäure, einem Sulfonat, einem Phosphat, einer Phosphorsäure, einem Hydroxyl, einem Amid, einem Amin und Kombinationen davon (wie einer Aminosäure oder Hydroxysäure), worin jedes Bindemittel mindestens zwei solche Funktionalitäten einschließt, und die zwei Funktionalitäten gleich oder verschieden sind, einschließen. Ein Erfordernis für das nicht-polymere Bindemittel besteht darin, dass es eine Vielzahl von funktionellen Gruppen aufweist, die in der Lage sind, Wasserstoff zu binden, oder mindestens eine Gruppe, die Wasserstoff binden kann und mindestens eine Gruppe, die koordinative kovalente Bindungen bilden kann. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „nicht-polymer" auf ein Monomer, Dimer, Trimer, Tetramer und Oligomere, obwohl einige einzelne nicht-polymere Bindemittel monomer und dimer, vorzugsweise monomer, sind.
Besonders bevorzugte nicht-polymere, organische Bindemittel sind in der Lage, mit einer funktionellen Gruppe auf der Oberfläche des Teilchens fünf- oder sechsgliedrige Ringe zu bilden. Ein Beispiel eines solchen Bindemittels ist ein Amin oder eine Aminosäure (beispielsweise ein primäres Amin oder eine Aminosäure, wie Glycin), welche durch das Bilden von Wasserstoffbindungen sechsgliedrige Ringe bildet:
Ein sechsgliedriger Ring wird auch durch die Hydroxylgruppen von Carbonsäuren, Alkoholen und Aminosäuren gebildet, beispielsweise:
Ein fünfgliedriger Ring kann durch das Bindemittel und die Funktionalität an der Oberfläche der Teilchen gebildet werden, beispielsweise:
worin das Teilchen ein in Wasser unlösliches Teilchen, wie SAP, darstellt und das Bindemittel ein Alkohol, wie ein Polyol mit Hydroxylgruppen an benachbarten Kohlenstoffatomen, beispielsweise 2,3-Butandiol, darstellt. Ein Bindemittel, das einen fünfgliedrigen Ring bildet, kann auch mit einem in Wasser löslichen Teilchen verwendet werden, beispielsweise worin das Teilchen EDTA darstellt und das Bindemittel ein Alkohol, wie ein Polyol mit Hydroxylgruppen an benachbarten Kohlenstoffatomen, ist, beispielsweise 2,3-Butandiol.
Andere Alkohole, die keinen fünfgliedrigen Ring bilden, können auch verwendet werden, beispielsweise Alkohole, die keine Hydroxylgruppen an benachbarten Kohlenstoffatomen aufweisen. Beispiele für geeignete Alkohole schließen primäre, sekundäre oder tertiäre Alkohole ein.
Aminoalkohol-Bindemittel sind Alkohole, die eine Aminogruppe (-NR₂) enthalten, und die Bindemittel, wie Ethanolamin (2-Aminoethanol) und Diglycolamin (2-(2-Aminoethoxy)-ethanol)), einschließen. Nicht-polymere Polycarbonsäuren enthalten mehr als eine funktionelle Carbonsäuregruppe und schließen solche Bindemittel, wie Zitronensäure, Propantricarbonsäure, Maleinsäure, Butantetracarbonsäure, Cyclopentantetracarbonsäure, Benzoltetracarbonsäure und Weinsäure, ein. Ein Polyol ist ein Alkohol, der eine Vielzahl von Hydroxylgruppen enthält, und Diole, wie Glycole (zweiwertige Alkohole), Ethylenglycol, Propylenglycol und Trimethylenglycol; Triole, wie Glycerin (1,2,3-Propantriol), einschließt. Ester von Hydroxyl-enthaltenden Bindemitteln können auch verwendet werden, wobei Mono- und Diester von Glycerin, wie Monoglyceride und Diglyceride, besonders bevorzugt sind. Im Fall der Diglyceride muss mindestens eine der veresternden Säureeinheiten auch eine funktionelle Gruppe einschließen, die in der Lage ist, mindestens eine Wasserstoffbindung mit Fasern zu bilden, oder mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen bilden kann. Beispiele für Polyhydroxy- oder Polycarbonsäureverbindungen schließen Weinsäure oder Ascorbinsäure (Vitamin C) ein:
Vitamin C (Ascorbinsäure)
Hydroxysäurebindemittel sind Säuren, die eine Hydroxylgruppe enthalten, und Hydroxyessigsäure (CH₂OHCOOH) und Milchsäure, Weinsäure, Ascorbinsäure, Zitronensäure und Salicylsäure einschließen. Aminosäurebindemittel schließen beliebige Aminosäure, wie Glycin, Alanin, Valin, Serin, Threonin, Cystein, Glutaminsäure, Lysin oder β-Alanin, ein.
Sulfonsäurebindemittel und Sulfonate sind Verbindungen, die eine Sulfonsäuregruppe (-SO₃H) oder ein Sulfonat (-SO₃-) enthalten. Amino-Sulfonsäuren können auch verwendet werden. Ein Beispiel eines Amino-Sulfonsäure-Bindemittels, das in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist Taurin, welches 2-Aminoethansulfonsäure darstellt.
Nicht-polymere Polyamidbindemittel sind kleine Moleküle (beispielsweise Monomere oder Dimere), die mehr als eine Amidgruppe aufweisen, wie Oxamid, Harnstoff und Biuret. Ähnlich ist ein nicht-polymeres Polyaminbindemittel ein nichtpolymeres Molekül, das mehr als eine Aminogruppe aufweist, wie Ethylendiamin, EDTA oder die Aminosäuren Asparagin und Glutamin.
Obwohl andere nicht-polymere organische Bindemittel gemäß der vorstehenden Diskussion geeignet sind, wird das nicht-polymere organische Bindemittel vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem Glycerindiester, Glyoxal, Ascorbinsäure, Harnstoff, Glycin, Pentaerythrit, einem Monosaccharid, einem Disaccharid, Zitronensäure, Taurin, Weinsäure, Dipropylenglycol, Harn stoffderivaten, Phosphat, Phosphorsäure, einer Hydroxysäure und Kombinationen davon, ausgewählt. Das nicht-polymere Bindemittel wird auch besonders bevorzugt aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem Glycerindiester, Polyglycerinoligomeren, Harnstoff und Kombinationen davon, ausgewählt. Die nicht-polymeren Bindemittel schließen auch vorzugsweise Funktionalitäten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat, einem Carbonyl, einer Sulfonsäure, einem Sulfonat, einem Phosphat, einer Phosphorsäure, einem Hydroxyl, einem Amin, einem Amid und Kombinationen davon (wie eine Aminosäure oder Hydroxysäure), ein. Die nicht-polymeren Bindemittel müssen mindestens zwei Funktionalitäten von solcher Gruppe aufweisen und die Gruppen können gleich oder verschieden sein.
Jedes der nicht-polymeren Bindemittel, die vorstehend offenbart wurden, ist in der Lage, Wasserstoffbindungen zu bilden, weil es eine funktionelle Gruppe aufweist, die elektronegative Atome enthält, insbesondere Sauerstoffatome oder Stickstoffatome, oder elektronegative Gruppen aufweist, insbesondere Gruppen, die Sauerstoffatome oder Stickstoffatome enthalten, und die auch ein Wasserstoffatom einschließen. Der Aminoalkohol, die Aminosäure, Carbonsäure, der Alkohol und die Hydroxysäure haben alle eine Hydroxylgruppe, in der ein Wasserstoffatom an ein elektronegatives Sauerstoffatom gebunden ist, unter Erzeugung eines Dipols, der den Wasserstoff teilweise positiv geladen hinterlässt. Der Aminoalkohol, die Aminosäure, das Amid und Amin haben alle eine NR-Gruppe, in der ein Wasserstoffatom an ein elektronegatives Stickstoffatom gebunden sein kann, das auch den Wasserstoff teilweise positiv geladen hinterlässt. Der teilweise positiv geladene Wasserstoff kann dann in beiden Fällen mit einem elektronegativen Element, wie Sauerstoff oder Stickstoff, auf den Teilchen oder der Faser zum Unterstützen des Anhaftens des Bindemittels an dem Teilchen und der Faser in Wechselwirkung treten. Die Polycarbonsäure, Hydroxysäure, Aminosäure und das Amid haben auch eine Carboxylgruppe mit einem elektronegativen Sauerstoff, der mit den Wasserstoffatomen in den Teilchen und Fasern oder in Molekülen zwischen dem Bindemittel und den Teilchen oder Fasern in Wechselwirkung treten kann. Ähnlich können elektronegative Atome (wie Sauerstoff oder Stickstoff) an der Faser oder dem Teilchen mit Wasserstoffatomen an dem Bindemittel in Wechselwirkung treten, das positive Dipole aufweist und teilweise positive Wasserstoffatome an der Faser oder dem Teilchen können mit elektronegativen Atomen an dem Bindemittel in Wechselwirkung treten.
Verschiedene vorgeschlagene Wasserstoffbindungswechselwirkungen von zwei der Bindemittel (Glycin und 1,3-Propandiol) mit Cellulose werden nachstehend gezeigt:
Die Wasserstoffbindungswechselwirkungen werden als Punktlinien gezeigt. Eine solche Wechselwirkung wird zwischen dem Stickstoffatom von Glycin und einem Wasserstoff an einem -OH an Cellulose gezeigt. Eine Wasserstoffbindung mit Glycin wird auch zwischen einem Sauerstoff an dem -OH von Glycin und dem Hydroxywasserstoff einer Alkoholseitenkette an Cellulose gezeigt. Wasserstoffbindungswechselwirkungen des 1,3-Propandiols werden in Punktlinien zwischen einem Sauerstoff an einer Gruppe -OH des Bindemittels und einem Wasserstoff an einer Gruppe -OH des Cellulosemoleküls gezeigt. Eine weitere Wasserstoffbindung wird auch zwischen einem Wasserstoff an einer Gruppe -OH des Glycolbindemittels und einem Sauerstoff in einer Alkoholseitenkette der Cellulose gezeigt.
Es ist auch für Wasser oder andere Wasserstoffbindende Moleküle möglich, zwischen der Faser und dem Bindemittel angeordnet zu werden, sodass die Faser und das Bindemittel beide an dem Wassermolekül Wasserstoff-gebunden sind.
Alternativ kann ein Atom an dem Bindemittel ein ungebundenes Elektronenpaar, wie ein einsames Elektronenpaar, von einem Sauerstoff- oder Stickstoffatom aufweisen, das zu einem leeren Orbital eines Akzeptoratoms in dem Teilchen unter Bil dung einer koordinativen kovalenten Bindung gegeben wird. Das freie Elektronenpaar an dem Sauerstoff oder Stickstoff kann zu dem leeren p-, d- oder f-Orbital eines Teilchens (beispielsweise ein Bor-enthaltendes Teilchen) gegeben werden, unter Bildung einer koordinativen kovalenten Bindung, die an dem Teilchen zu dem Bindemittel anhaftet. Die Fasern selbst enthalten normalerweise keine funktionellen Gruppen, die als Elektronenakzeptoren bei der Bildung von koordinativen kovalenten Bindungen mit dem Bindemittel wirken können, jedoch erlauben die Wasserstoff-bindenden Wechselwirkungen dem Bindemittel, an der Faser anzuhaften. Beispielsweise enthalten Cellulose- und Synthesefasern Hydroxyl-, Carboxyl- und Estergruppen, die mit dem Hydroxyl, der Carbonsäure, dem Amid, Amin oder anderen Gruppen des Bindemittels Wasserstoff binden werden. Nicht-Cellulose oder nicht-synthetische Fasern, die diese Funktionalitäten aufweisen, können auch verwendet werden, beispielsweise Seide, die eine Amidbindung aufweist. Folglich wird das Bindemittel an dem Teilchen mit einer koordinativen kovalenten Bindung und die Faser mit einer Wasserstoffbindung anhaften.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist das Bindemittel an sowohl die Fasern als auch die Teilchen durch Wasserstoffbindungen gebunden. Ein Polyolbindemittel kann beispielsweise zum Binden von Polyacrylathydrogelteilchen an Cellulosefasern verwendet werden. Die Hydroxylgruppen an dem Polyolbindemittel nehmen an den Wasserstoff-bindenden Wechselwirkungen mit den Hydroxylgruppen an den Cellulosefasern und die Carboxylgruppen an dem Polyacrylathydrogel teil. Folglich wird das Bindemittel an sowohl dem Teilchen als auch der Faser mit Wasserstoffbindungen anhaften. Diese Wasserstoffbindungen stellen ausgezeichnete Bindungswirksamkeit bereit und senken die Ablösung von gebundenen Teilchen von den Fasern.
Eine strukturelle Zeichnung wird nachstehend gezeigt, in der Zitronensäure, Vitamin C und Harnstoff in Wasser unlösliche SAP-Teilchen an Cellulose mit Wasserstoffbindungen oder in Wasser lösliche EDTA-Teilchen anheften. Einige der möglichen Wasserstoffbindungswechselwirkungen werden als Strichlinien gezeigt. Es ist möglich, dass andere Moleküle (wie Wassermoleküle) auch in einigen von diesen Bindungen, beispielsweise als ein Zwischenzustand zwischen dem Bindemittel und Teilchen oder der Faser, teilnehmen können.
Besonders effiziente Wasserstoffbindungsbindemittel schließen jene mit Carboxylgruppen, wie Ascorbinsäure, oder Amidgruppen, wie Harnstoff, ein. Hydroxylgruppen sind auch sehr wirksame Bindemittel. Amin- und Etherfunktionalitäten sind weniger wirksame Bindemittel.
Bindemittel haben funktionelle Gruppen, die unabhängig oder in Kombination von der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat, einem Carbonyl, einem Hydroxyl, einer Sulfonsäure, einem Sulfonat, einer Phosphorsäure, einem Phosphat, einem Amid, einem Amin und Kombinationen davon, ausgewählt werden. Diese funktionellen Gruppen könnten durch die nachstehenden, beispielhaften chemischen Verbindungen be reitgestellt werden: eine Carboxylgruppe könnte durch Carbonsäuren, wie Ascorbinsäure, bereitgestellt werden; ein Carboxylat, das eine ionisierte Carbonsäure darstellt, könnte durch ein Material, wie Ascorbat, bereitgestellt werden; eine Carbonylgruppe kann durch einen Aldehyd, wie ein Keton, bereitgestellt werden; ein Hydroxyl, wie ein Alkohol oder ein Polyol, wie Glycerin, oder ein Mono- oder Diglycerid, die Ester von Glycerin darstellen; ein Amid, wie ein Peptid; und ein Amin, das durch ein Alkylamin bereitgestellt werden kann, wie Ethylenimin, worin das Bindemittel mindestens zwei von diesen funktionellen Gruppen aufweist, und jede der funktionellen Gruppen gleich (beispielsweise ein Polyol, Polyaldehyd, Polycarbonsäure, Polyamin oder Polyamid) oder verschieden (beispielsweise ein Aminoalkohol, Hydroxyamid, Carboxyamid oder Aminosäure) sein kann. Funktionelle Gruppen können auch unabhängig oder in Kombination aus der Gruppe, bestehend aus Carboxyl, einem Alkohol, einem Amid und einem Amin, ausgewählt sein. Ein Aldehyd kann gegebenenfalls ein Mitglied von jeder dieser Gruppen sein, insbesondere, wenn er zu einer Carbonsäure oxidiert wird.
Kombinationen der polymeren und nicht-polymeren Bindemittel sowie mit anderen Bindemitteln können auch verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie nicht-reaktiv sind. Das heißt, vorausgesetzt, dass die Bindemittel nicht in einer Weise reagieren, die verhindert, dass die Bindemittel zum Binden gemäß der vorliegenden Erfindung die erforderlichen funktionellen Gruppen besitzen.
VIII. Verfahrensvorteile
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Bindemittel stellen auch zahlreiche Verfahrensvorteile bereit. Das Binden von Teilchen an die Fasern kann beispielsweise ohne äußere Anwendung von Wärme stattfinden. Folglich kann, falls erwünscht, Teilchenbinden bei Umgebungstemperatur stattfinden. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich deshalb von den Vernetzungsverfahren des Standes der Technik, in denen zum kovalenten Vernetzen von Cellulosegruppen aneinander erhöhte Temperaturen gefordert sind. Darüber hinaus haben die Bindemittel der Erfindung den Vorteil, durch die Zugabe eines Fluids aktivierbar zu sein, wie ein flüssiges Lösungsmittel (manchmal hierin als ein Aktivierungsfluid bezeichnet; ein Beispiel dafür ist Wasser). Folglich kann man ein flüssiges Bindemittel (welches eine Lösung eines festen oder flüssigen Bindemittels oder ein Bindemittel, das einen Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt unter Raumtemperatur aufweist, einschließen würde) auf eine Cellulosematte in Abwesenheit der zu bindenden Teilchen auftragen und das Bindemittel trocknen lassen, beispielsweise, bis das Faserprodukt einen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt mit der Feuchtigkeit in der umgebenden Luft erreicht. Die Bindemittel können dann zum Binden der Teilchen an dem Ort aktiviert werden. Einige der Bindemittel (insbesondere die flüssigen Bindemittel) diffundieren durch die Fasern zum Erreichen einer Gleichgewichtsverteilung des Bindemittels. Alternativ kann das Bindemittel als ein Feststoff, beispielsweise als Teilchen, oder als Pulver aufgetragen werden. Bei einer späteren Verarbeitungsstufe können Wasser oder weiteres aktivierendes Fluid oder weitere Flüssigkeit zu jenen Teilen der Matte gegeben werden, wo teilchenförmiges Binden erwünscht ist. Die Teilchen können dann zu der Matte gegeben werden und an jenen Teilen der Matte anhaften, die befeuchtet wurden. Alternativ können die Teilchen zu der Matte vor oder gleichzeitig mit der Aktivierung des Bindemittels hinzugefügt werden.
Die Bindemittel können bei Raumtemperatur Flüssigkeiten (wie Glycerin) oder flüssige Lösungen von Bindemitteln, die bei Raumtemperatur Feststoffe darstellen (beispielsweise eine wässerige Lösung von Glycin), oder flüssige Heißschmelzen von festen Bindemitteln sein. Feste Bindemittel können auf die Fasern als supergesättigte Lösung aufgetragen werden, oder das feste Bindemittel kann über seinen Schmelzpunkt erhitzt und auf die Fasern aufgetragen werden. Nach Verfestigen wird das Bindemittel desaktiviert. Feste Bindemittel können zu Fasern in Teilchenform, beispielsweise durch Sprühen der Bindemittelteilchen auf die Fasern, zugesetzt werden; vorausgesetzt, sie werden durch die anschließende Anwendung von Wärme oder Flüssigkeit fixiert.
Die Bindungsreaktion der vorliegenden Erfindung kann über einen breiten Bereich des pH-Werts, ohne Erfordernis eines Katalysators, auftreten. Ein geeigneter pH-Bereich, ohne einen Katalysator, ist 1–14, jedoch sind bevorzugte Bereiche von 5–8 oder 6–8, weil solche neutralen pH-Bereiche fibröse Produkte erzeugen werden (wie Celluloseprodukte), die sich als weniger geschädigt durch Säurehydrolyse erwiesen haben. Ein nicht-saurer pH-Wert (7 oder größer) wird eine Umgebung bereitstellen, die die Bildung von Esterbindungen inhibiert, und die Bildung von Wasserstoffbindungen oder koordinativen kovalenten Bindungen, die an den Teilchen der vorliegenden Erfindung zu den Fasern mit dem Bindemittel anhaften, fördert.
Wenn in Wasser unlösliche Teilchen verwendet werden, ist der Feuchtigkeitsgehalt der Fasern während der Bindungsreaktion 0,5–50%, geeigneterweise 5–40% oder vorzugsweise 5-20% Wasser, auf das Gewicht der Fasern, des Bindemittels und Teilchens. Ein Feuchtigkeitsgehalt, größer als 20%, vorzugsweise 30%, oder im Bereich 20–50% oder 30–50%, kann verwendet werden, selbst wenn solche hohen Feuchtigkeitsgehalte bei der Zwischenprodukt-Anhydridbildung stören und die Bildung von kovalenten Bindungen bei der Herstellung von vernetzten stark voluminösen Fasern inhibieren. Wenn in Wasser lösliche Teilchen verwendet werden, ist der Feuchtigkeitsgehalt der Fasern während der Bindungsreaktion 0,5–30%, geeigneterweise 5–25%, vorzugsweise 12–20%. Die Teilchen können zu den Fasern gegeben werden, wobei die Teilchen durch das fibröse Produkt hindurch verteilt sind, ohne an die Oberfläche des Produkts gedrängt zu werden. Die Teilchen können über die Tiefe eines Faserprodukts, wie einer Matte oder eines Bahnmaterials, verteilt sein.
Das Bindemittel liegt geeigneterweise in dem behandelten Produkt in einer Menge von mindestens 1 Prozent und nicht mehr als 80 Prozent, auf das Gewicht des fibrösen Materials („Gewichtsprozent"), vor. In besonders bevorzugten Ausführungsformen liegt das Bindemittel in einer Menge von 1 bis 80, oder bevorzugter 1 bis 40 oder 1 bis 25 Gewichtsprozent des fibrösen Materials vor. Unter etwa 1 Prozent, falls auf der Faser angeordnet, liegt eine unzureichende Menge an Bindemittel vor, um hinreichendes Binden zu erreichen. Das Anwenden zu hoher Mengen an Bindemittel kann zu unerwünschten Kosten bei dem Bindungsverfahren führen. Hohe Prozentsätze an Bindemittel können auch Verarbeitungsprobleme verursachen, weil das Bindemittelmaterial auf die Ausrüstungsoberflächen übertragen wird. Deshalb ist es häufig bevorzugt, kein weiteres Bindemittel anzuwenden, das erforderlich ist, um die Teilchen und Fasern zu binden.
Thermoplastische Bindemittel können auch verwendet werden, um beim Binden von Fasern aneinander und der Teilchen an Fasern zu helfen. Das Bindemittel, das die Wasserstoffbindenden oder koordinativ kovalent bindenden Funktionalitäten selbst aufweist, kann thermoplastisch sein. Die polymeren Bindemittel und einige nicht-polymere Bindemittel der vorliegenden Erfindung haben den Vorteil, thermoplastische Feststoffe zu sein. Folglich können gemäß der vorliegenden Erfindung behandelte Fasern durch Erhöhen der Fasertemperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Bindemittels thermogebunden sein, um das thermoplastische Bindemittel zu erweichen und Fasern aneinander und die Fasern an die Teilchen thermoplastisch zu binden. Alternativ kann ein Hilfsmittel oder zweites Bindemittel auf die Fasern als ein Feststoff bei Raumtemperatur aufgetragen werden und die Temperatur des zweiten Bindemittels über seinen Erweichungspunkt erhöht werden, um die Fasern und Teilchen thermisch zu binden. Das Hilfsbindemittel kann auf die Fasern entweder vor oder nachdem das primäre Bindemittel angewendet wird, angewendet werden, jedoch vor dem Thermobinden.
Die in der Erfindung verwendeten Bindemittel können mit Fasern verwendet werden, die im Wesentlichen kovalentes Binden innerhalb der Fasern (wie HBA, erhältlich von Weyerhaeuser) oder Fasern aufweisen, die im Wesentlichen frei von kovalentem Vernetzen innerhalb der Fasern sind. Beispiele für vereinzelte, innerhalb der Fasern vernetzte Fasern sind in den Europäischen Patent-Anmeldungen 440 472 A1 und 427 317 A2 offenbart, die Produkte erzeugen, die von solchen Publikationen im Wesentlichen frei von Zwischenfaserbindungen be schrieben werden. Die Fasern der vorliegenden Erfindung müssen nicht wie in jenen Europäischen Anmeldungen zum Entfernen von Zwischenfaserbindungen verarbeitet werden. Die Bindemittel der vorliegenden Erfindung können deshalb mit natürlichen Fasern verwendet werden, die im Wesentlichen Zwischenfaserbinden aufweisen, die als Fasern definiert sind, die nicht wie in den Europäischen Anmeldungen 440 472 A1 und 427 317 A2 verarbeitet wurden, um im Wesentlichen die Zwischenfaserbindungen zu entfernen. Cellulosefasern, die nicht so verarbeitet wurden, sind im Wesentlichen frei von Bindungen innerhalb der Fasern.
Das fibröse Produkt des vorliegenden Verfahrens (mit oder ohne Vernetzen innerhalb der Fasern) kann durch äußere Anwendung von Druck weiter verdichtet werden. Das verdichtete Produkt ist kompakt und leicht transportierbar. Und wenn die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen darstellen, hat das erhaltene fibröse Produkt überlegene Eigenschaften, verglichen mit nicht verdichteten Produkten. Die Erfinder haben gefunden, dass die Bindemittel der vorliegenden Erfindung ein Produkt herstellen, das leicht verdichtet werden kann. Leichte Verdichtung ist mit den Wasserstoffbindungen und koordinativen kovalenten Bindungen, die zwischen dem Bindemittel und den Teilchen und Fasern gebildet werden, verbunden. Die Fasern werden besonders leicht verdichtet, wenn mindestens 5 Gewichtsprozent der Fasern, Teilchen und des Bindemittels, bevorzugter 10%, SAP-Teilchen darstellen, die an den Fasern haften.
Gemäß dieser Erfindung werden die Bindemittel auf Fasern vor, anschließend oder gleichzeitig mit der Zugabe der Teilchen aufgetragen. Gleichzeitige Zugabe kann durch zwei getrennte Teilchen- und Bindemittelströme ausgeführt werden, die gleichzeitig auf ein faserförmiges Substrat gerichtet sind oder alternativ unmittelbar oder einige Zeit vor dem Auftreffen auf das Substrat vermischt werden. Ohne die Erfindung zu begrenzen, scheint es, dass die Zugabe von kleinen Mengen Feuchtigkeit zu den Teilchen das Binden von Superabsorptionsmittelteilchen und möglicherweise von anderen Arten der Teilchen an die Fasern unterstützen kann. Beispielsweise wurde gefunden, dass Aussetzen der Teilchen an Luft bei 65 Prozent Feuchtigkeit, wenn sie an Bindemittel enthaltenden Fasern abgegeben wurden, das Teilchenbinden verstärkt.
Das Binden kann unter Bedingungen ausgeführt werden, die die Bildung von Wasserstoffbindungen oder koordinativen kovalenten Bindungen begünstigen, und die Bildung von kovalenten Bindungen abweisen. Bedingungen, die kovalente Bindungen begünstigen, sind jene, offenbart in US-Patent Nr. 4 412 036 und US-Patent Nr. 4 467 012, worin Teilchen und Bindemittel zwischen Gewebsschichten unter hoher Temperatur und hohem Druck laminiert werden, unter Bildung von laminierten Haftgewebsschichten. Das Patent lehrt, dass minimale Anhaftung bei 200 pli auftritt (pounds per linear inch, wie in einer Kalanderpresse), wenn keine äußere Wärme angewendet wird, jedoch verbessert sich die Anhaftung, wenn die Reaktionstemperatur ansteigt. Verbesserte Anhaftung der Gewebsschichten tritt aufgrund verstärkt kovalenten Bindens auf, wenn sich die Temperatur erhöht.
Die Bedingungen, die kovalente Bindungsbildung begünstigen, werden auch in den Europäischen Patent-Anmeldungen 440 472 A1, 427 317 A2, 427 316 A2 und 429 112 A2 gezeigt. Diese Europäischen Veröffentlichungen verwenden Polycarbonsäurevernetzer und erfordern erhöhte Temperaturen (beispielsweise über 145°C) und saure Bedingungen (pH-Wert weniger als 7) zum Fördern der Bildung von kovalenten Esterbindungen innerhalb der Fasern und Inhibieren der Umwandlung der Esterbindungen. Die vorliegende Erfindung kann im Gegensatz dazu Wasserstoff- oder koordinative kovalente Bindungen unter 145°C, unter 100°C und sogar bei Raumtemperatur bilden. Die Bindemittel der vorliegenden Erfindung können auch Teilchen an Fasern unter neutralen oder alkalischen Bedingungen binden; das heißt, bei einem pH-Wert oberhalb 7, jedoch vorzugsweise bei einem pH-Wert von 5–8 oder 7–8. Fasern, die von kovalenten Vernetzungen innerhalb der Fasern hohe Schüttdichte aufweisen, werden durch Vereinzeln der Fasern (beispielsweise in einem Zerfaserer) und Härten derselben bei erhöhter Temperatur (oberhalb 150°C) hergestellt. Anfängliche Auftragung des Bindemittels auf solche stark voluminösen Fasern tritt vorzugsweise nach dem Härtungsschritt auf, insbesondere, wenn das Bindemittel in der Lage ist, als ein Vernetzungsmaterial zu wirken. Die speziellen Arten der hierin offenbarten Bindemittel, die auch vernetzen können, sind Polyole, Polyaldehyde, Polycarbonsäuren und Polyamine (polymere oder nichtpolymere Bindemittel mit mehr als einer Amingruppe). Wenn solche Bindemittel während des Härtens vorliegen, wird das Bindemittel während des Härtungsschritts verbraucht, unter Bildung von kovalent vernetzten Bindungen. Wenn dies auftritt, ist das Bindemittel nicht mehr zum Wasserstoffbinden oder koordinativen kovalenten Binden verfügbar und das Teilchenbinden an Fasern ist uneffektiv.
Die Verfahren zur Bildung von kovalenten Bindungen innerhalb der Fasern, die in den vorstehenden Europäischen Veröffentlichungen beschrieben wurden, erfordern die Bildung eines Anhydrids, das mit einer Hydroxygruppe an Cellulose reagiert, unter Bildung einer kovalenten Esterbindung. Es wird angenommen, dass die Gegenwart von mehr als 20 Gew.-% Wasser in den Fasern bei der Bildung des Anhydrids stört und die Bildung von kovalenten Bindungen hemmt. Folglich sollten in Verfahren, die als Bindemittel in der vorliegenden Erfindung Polycarbonsäuren, Polyole und Polyamine anwenden (die sowohl polymere als auch nichtpolymere Amine mit mehr als einer Amingruppe einschließen) verwenden, die Fasern mindestens 20% Wasser (oder 20–50% Wasser), auf das Gewicht, enthalten, wenn die Teilchen und Bindemittel in den Fasern vorliegen, wenn Härten auftritt. Das Wasser inhibiert die Bildung kovalenter Bindungen und verhindert, dass das gesamte Bindemittel unter Bildung von kovalenten Vernetzungen innerhalb der Fasern verbraucht wird. Folglich bleibt etwas Bindemittel zur Bildung von nicht-kovalenten Bindungen mit den Teilchen und Erzeugen der leichten Verdichtung zu Faserprodukten verfügbar, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wurden.
Die vorliegende Erfindung erzeugt im Gegensatz dazu ein Produkt unter Bedingungen, die die Bildung von Wasserstoff- oder koordinativen kovalenten Bindungen begünstigen. Folglich können die Teilchen in Abwesenheit der äußeren An wendung von Wärme oder Druck an Fasern gebunden sein. Teilchen können auch gebunden und das erhaltene Faserprodukt verdichtet werden, beispielsweise bei weniger als 200 pli (8000 psi) 55,16 × 10⁶Pa mit SAP, oder weniger als 100 pli (4000 psi) 27,58 × 10⁶Pa mit SAP, in Abwesenheit von äußerer Anwendung von Wärme, zur Erzeugung eines Produkts, in dem ein wesentlicher Anteil der Teilchen durch nicht-kovalente Bindungen gebunden ist (Wasserstoff oder koordinative kovalente Bindungen). Ein wesentlicher Anteil von Teilchenbindung durch nicht-kovalente Bindungen bedeutet, mindestens die Hälfte der Bindungen, die die Teilchen an Fasern binden, sind von kovalenten Bindungen, beispielsweise Wasserstoff oder koordinative kovalente Bindungen, verschieden.
In weiteren Beispielen können Teilchen in Abwesenheit einer äußeren Anwendung von Druck, jedoch bei erhöhten Temperaturen, gebunden werden.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen werden die Teilchen im Wesentlichen vollständig nicht-kovalent an die Fasern gebunden.
IX. Bindungsbeispiele für polymere Bindemittel und in Wasser unlösliche Teilchen
Verschiedene Beispiele werden nachstehend zum Erläutern des Anwendens der polymeren Bindemittel innerhalb der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, um Superabsorptionsmittelteilchen an gebleichten Southern-Kraft-Zellstoff zu binden.
BEISPIEL 1
Eine Menge von 321 Gramm NB-416 gebleichtem Southern-Kraft-Fluff, erhalten von Weyerhaeuser Company, kann in einer mischerartigen Mischvorrichtung Air-entrained (mit Luft eingespült) werden, und 100 Gramm Poly(caprolacton)diol (mittleres Molekulargewicht 2000, bezogen von Aldrich Chemical Company, Milwaukee, Wisconsin), gelöst in 100 ml desionisiertem Wasser, wurden als Bindemittel auf den Fluff gesprüht. Dann können 435 Gramm Stärke-Pfropf-Polyacrylat-Hydrogelfeinstoffe (IM 1000 F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, Virginia) zugegeben und gemischt werden. Das Produkt kann dann dem Mischer entnommen werden und über Nacht in einem Abzug zum Trocknen ausgebreitet werden. Das erhaltene Produkt kann dann auf eine kleine Luftlegestraße von M & J Machines (von Horsens, Dänemark) luftgelegt werden und bei 140°C für eine Minute thermogebunden werden, um eine Bahn, die 40% Superabsorptionsmittelteilchen (SAP), gebunden an die einzelnen Fasern, enthält, zu erzeugen. Dieses Bindemittel hat einen niedrigen Schmelzpunkt, und schmolz folglich bei Erhöhen der Temperatur auf 140°C das Bindemittel und konnte über die Fasern und Teilchen zum Verstärken von Wasserstoffbindungswechselwirkungen fließen, unter weiterem Binden der Fasern und Teilchen. Dies ist ein Beispiel des Aktivierens eines festen Bindemittels durch Erhitzen desselben, ohne Flüssigkeitszugabe. Ein Polypropylenglycol/Polyethylenglycol-Copolymer-Bindemittel würde sich auch in dieser Weise verhalten.
BEISPIEL 2
Eine Menge von 321 Gramm Southern-Kraft-Fluff wurde in einer mischerähnlichen Mischvorrichtung Air-entrained und 154 Gramm einer 65%igen Lösung von Polyacrylsäure (mittleres Molekulargewicht = 2000; bezogen von Aldrich Chemical Company of Milwaukee, Wisconsin), verdünnt mit 100 ml desionisiertem Wasser, wird auf den Fluff gesprüht. Dann wurden 435 Gramm Polyacrylathydrogel (FAVOR 800, bezogen von Stockhausen, Greensboro, North Carolina) zu der Mischvorrichtung gegeben und mit dem Fluff und Polyacrylsäurebindemittel vermischt. Das Produkt wurde entfernt und zum Trocknen ausgebreitet und dann einer mit einem drei Achtel inch-Rundlochsieb ausgestatteten Hammermühle zugeführt und zu einer kleinen Luftlegestrasse gelenkt, unter Erzeugung einer 40% SAP, gebunden an die einzelnen Fasern, enthaltenden Bahnmaterials.
BEISPIEL 3
Eine Menge von 321 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Fluff wird in einer mischerartigen Mischvorrichtung Airentrained und 100 Gramm Polyglycin (Molekulargewicht = 5 000 – 15 000; bezogen als ein trockenes Pulver von Sigma Chemical Company, St. Louis, Missouri), verdünnt mit 100 ml desionisiertem Wasser, wird auf den Fluff gesprüht. Dann werden 435 Gramm Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe (IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, Virginia) zugegeben und vermischt. Das Produkt wird entfernt und in einem Abzug über Nacht zum Trocknen ausgebreitet. Das erhaltene Produkt wird einer mit einem drei Achtel inch-Rundlochsieb ausgestattete Fitz-Hammermühle zugeführt und zu einer kleinen M & J Luftlegestrasse gelenkt, unter Erzeugung eines 40% SAP, gebunden an die Fasern, enthaltenden Bahnmaterials.
BEISPIEL 4
Eine Menge von 321 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Fluff wird in einer mischerartigen Mischvorrichtung Airentrained und 200 Gramm einer 50%igen Lösung von Polyethylenimin (Molekulargewicht = 50 000 – 100 000; bezogen von ICN Biomedicals, Inc., Costa Mesa, Kalifornien) oder Polyvinylpyridin werden auf den Fluff gesprüht. Dann werden 435 Gramm Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe (IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, Virginia) zugegeben und gemischt. Das Produkt wird entfernt und in einem Abzug über Nacht zum Trocknen ausgebreitet. Das erhaltene Produkt wird einer mit einem drei Achtel inch-Rundlochsieb ausgestatteten Fitz-Hammermühle zugeführt und zu einer kleinen M & J Luftlegestrasse gelenkt, unter Erzeugung eines 40% SAP, gebunden an die Fasern, enthaltenden Bahnmaterials.
Die Klassen von polymeren Bindemitteln, die jene in Beispielen 1–4 umfassen, sind besonders bevorzugt gegenüber anderen Polymeren mit Mehrfach-Wasserstoffbindungsfunktionalität aus einer Vielzahl von Gründen. Ein wichtiger Grund ist, dass ihre Funktionalitäten sehr starkes, wirksames Wasserstoffbinden erzeugen. Andere wichtige Gründe schließen ihren relativen Mangel an Aktivität (wie verglichen mit Polyaldehyden oder Polyisocyanaten) und deren niedrige Toxizität (wiederum wie verglichen mit Polyaldehyden oder Polyisocyanaten) ein.
BEISPIEL 5
Wie vorstehend beschrieben, wurde durch Wiederholung einer Wasserstoff-bindenden Gruppe an jeder wiederkehrenden Einheit eines Polymers gefunden, dass es ein Bindemittel erzeugt, welches überlegenes Binden von Teilchen an Fasern bereitstellt, verglichen mit polymeren Bindemitteln, in denen die Wasserstoffbindungsfunktionalität nicht in allen wiederkehrenden Einheiten vorliegt. Dieses Beispiel zeigt den Unterschied der Bindungswirksamkeit zwischen einem 20% carboxylierten Polymer und einem 100% carboxylierten Polymer. Eine gebundene Probe wurde wie in Beispiel 1, unter Verwendung eines 20% carboxylierten Ethylen-Acrylsäure-Copolymers und eines 100 carboxylierten PAA, hergestellt. Eine Probe von jeder wurde der gleichen mechanischen Bewegung (zum Simulieren des zum Herstellen eines Bahnmaterials erforderlichen Maschinenverarbeitens) unterzogen, durch eine absteigende Reihe von Sieben gesiebt, um nichtgebundenes SAP zu entfernen, und einem Absorptionskapazitätstest unterzogen (weniger gebundenes SAP würde eine geringere Absorptionsmittelkapazität ergeben). Das Ergebnis des Tests wurde durch Wiegen der nichtabsorbierten Flüssigkeit (0,9% Salzlösung) von einem standardisierten Ergebnis gemessen. Eine niedere Zahl weist mehr absorbierte Flüssigkeit aus, was einer höheren Absorptionsmittelkapazität entspricht.
Eine Probe des 20% carboxylierten Polymers (15% des Gesamtgemisches) ergab ein Becherglastestergebnis von 19,5 Gramm. Eine ähnliche Probe von Polypropylenglycol würde ein Ergebnis von etwa 20,0 Gramm ergeben. Jedoch ist die Wasserstoffbindungsfunktionalität von PPG nicht so wirksam wie die Carboxylfunktionalität von PAA. Eine ähnliche Probe von Polyacrylsäure (100% Carboxylfunktionalität von PAA) ergab ein Ergebnis von 11,3 Gramm. Ein Vergleich der 20% und 100% carboxylierten Polymere zeigte eine wesentliche Erhöhung der SAP-Bindungswirksamkeit, wie durch eine Erhöhung der Absorptionskraft des Produkts gemessen.
X. Nicht-polymere Bindungsbeispiele
Verschiedene Beispiele werden nachstehend zum Erläutern der Verwendung von verschiedenen nicht-polymeren organischen Bindemitteln, die in der vorliegenden Erfindung zum Anhaften von Superabsorptionsmittelteilchen an gebleichtem Southern-Kraftzellstoff eingesetzt werden, bereitgestellt. Verschiedene Beispiele der Bindemittelaktivierung und Aktivierung werden auch bereitgestellt.
BEISPIEL 6
Eine Menge von 3171 Gramm von gebleichtem Southern-Kraft-Fluff (ein Weichholzschliff) wurde in einer Mischerähnlichen Mischvorrichtung Air-entrained (mit Luft eingespült) und 1000 Gramm Glycerin (96%, USP, bezogen von Dow Chemical Co. Midland, MI), verdünnt mit 300 ml desionisiertem Wasser, wurden auf den Fluff gesprüht. Anschließend wurden 4348 Gramm Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe (IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) zu der Mischvorrichtung gegeben und mit dem Fluff und Bindemittel vermischt. Das Material wurde dann in einen Flashrohrtrockner bei 61,11°C (142°F) gelenkt, in einen Zyklon geblasen und in eine Danweb-Luftlegemaschine gespeist, unter Bildung eines Bahnmaterials, das gebundene 40% IM 1000F enthält, die im Wesentlichen in dem Bahnmaterial nicht beweglich sind, weil die Teilchen an die Fasern gebunden werden, anstatt durch die Matrix mechanisch eingefangen zu werden. Glycerin ist vorteilhaft, weil es in der Regel die Fasern durchdringt und dieselben zusätzlich zum Binden der Teilchen an die Fasern weich macht. Im Fall, dass Glycerin/Fasermaterial für längere Zeiträume bis zur Verwendung beim Anhaften von Teilchen (beispielsweise wenn Aktivierung für einige Wochen oder mehr verzögert ist) gelagert wird, steht jedoch über die Zeit weniger Glycerin an der Oberfläche der Fasern zur Verwendung beim Binden von Teilchen zur Verfügung. Dies kann zum Teil durch Anwenden höherer Prozentsätze an Glycerin auf den Fasern kompensiert werden. Auch Monoglycerid- und Diglyceridbindemittel dringen nicht leicht in die Fasern ein und können deshalb vor der Aktivierung zum Anhaften der Teilchen länger gelagert werden.
BEISPIEL 7
Eine Menge von 900 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Fluffzellstoffbogen wurde mit 50%iger Glycinlösung (bezogen als ein Trockenpulver von Aldrich, Milwaukee, WI) besprüht, sodass der Feuchtigkeitsgehalt 17–21% war, wenn der Bogen zu einer Fitz-Hammermühle geführt wurde, die mit einem drei Achtel inch-Lochsieb ausgestattet war. Stärke-gepfropfte Polyacrylathydrogelfeinstoffe (IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) wurden gleichzeitig durch eine Schneckenzuführungsvorrichtung zu der Mühle gegeben, mit dem Fluff gemischt, zu einer M & J-Luftlegebildungsmaschine gelenkt und unter Bildung eines Bahnmaterials luftgelegt. Das sich dann ergebende Bahnmaterial enthielt 20% SAP, gebunden an die Fasern, die durch das Bahnmaterial im Wesentlichen ungleichförmig verlaufen, ohne auf eine Oberfläche des Bahnmaterials begrenzt zu sein.
BEISPIEL 8
Eine Menge von 900 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Fluffzellstoffbogen wurde mit 50%iger Pentaerythritlösung (bezogen von Aldrich, Milwaukee, WI) besprüht, sodass der Feuchtigkeitsgehalt 17–21% war, wenn der Bogen in eine Fitz-Hammermühle geführt wurde, die mit einem drei Achtel inch-Lochsieb ausgestattet war. Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe (IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) wurden gleichzeitig durch eine Schneckenzuführungsvorrichtung zu der Mühle gegeben, mit dem Fluff gemischt, zu einer M & J-Luftlegeformmaschine gelenkt und unter Bildung eines Bahnmaterials luftgelegt. Das sich dann ergebende Bahnmaterial enthielt 20% SAP, gebunden an die Fasern.
BEISPIEL 9
Eine Menge von 900 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Fluffzellstoffbogen wurde in eine mit einem drei Achtel inch-Lochsieb ausgestattete Fitz-Hammermühle gespeist. Der Bogen wurde zerfasert, zu einer M & J-Luftlegestrasse gelenkt und zu einem Bahnmaterial luftgelegt. Als das Bahnmaterial erschien, wurden die Zielzonen des Bahnmaterials mit einer 50%igen Lactoselösung benebelt, um den Feuchtigkeitsgehalt auf 17-21% zu erhöhen. Fünf Gramm aliquote Mengen der Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe (IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) wurden anschließend auf die Zielzonen gesiebt. Das sich ergebende Bahnmaterial enthielt Zielzonen mit 5 Gramm SAP, gebunden an die Fasern von jeder Zielzone. Anteile des Bahnmaterials, die nicht zur Lactoseauftragung gezielt waren, hafteten an den Teilchen nicht gut. Dies ist ein Beispiel für das Anhaften des Bindemittels an eine Zielzone, sodass SAP hauptsächlich an den Zielflächen anhaftet, wo das Bindemittel aufgetragen wurde. Die Zielzonenauftragung von SAP kann vorteilhaft sein, weil es die Kosten des Produkts vermindert, um nur SAP in Flächen eines Produkts bereitzustellen, wo das SAP benötigt wird, beispielsweise die Zwickelfläche einer Windel. Die Anordnung von SAP in dem Bereich, wo die Flüssigkeit anfällt, vermindert erwartungsgemäß auch die Notwendigkeit zum Wegsaugen von Flüssigkeit zu einem SAP-imprägnierten Bereich. Dies ist ein Vorteil, weil die Notwendigkeit zum Wegsaugen den Flüssigkeitsaustritt in einem Absorptionsmittelprodukt, wie einer Windel, erhöhen kann.
BEISPIEL 10
Eine Menge von 321 Gramm gebleichtem Southern-Kraftfluff wurde in eine Mischer-ähnliche Mischvorrichtung Air-entrained und 100 Gramm Glycerin (96%, USP; bezogen von Dow of Midland, MI), verdünnt mit 30 ml desionisiertem Wasser, wurden auf den Fluff gesprüht. 71 Gramm Abscents (ein Geruch absorbierender Zeolith, bezogen von UOP, Tarrytown, NY) wurden dann zugegeben und in der Mischvorrichtung mit den Fasern und Glycerin für 15 Sekunden vermischt, bis ein homogenes Gemisch erreicht wurde. Das Material wurde dann in einem Abzug über Nacht zum Trocknen ausgebreitet, zu einem Bahnmaterial luftgelegt und auf teilchenförmige Reststoffe durch einen Aschetest getestet. Die so hergestellte Lage ent hielt 7% teilchenförmige Stoffe. Die ursprünglich zugegebene Menge sollte 15% Hergestelltes aufweisen; folglich wurden 50% Teilchenretention beobachtet. Dies entspricht vorteilhaft der Teilchenretention mit Latexbindemitteln unter ähnlichen Bedingungen, in denen nur 3% der Teilchen zurückgehalten werden.
XI. Bindungsbeispiele für in Wasser lösliche Teilchen
Verschiedene Beispiele werden nachstehend zum Erläutern unter Verwendung von Bindemitteln der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, um in Wasser lösliche Teilchen an gebleichtem Southern-Kraftzellstoff anzuheften.
BEISPIEL 11
Eine Menge von 321 Gramm NB-416 gebleichtem Southern-Kraftfluff, erhalten von Weyerhaeuser Company (Tacoma, Washington), wurde in eine Mischer-ähnliche Mischvorrichtung Air-entrained und 50 Gramm Glycerin (bezogen von Dow Chemicals of Midland, Michigan) wurden auf den Fluff gesprüht. Anschließend wurden 288 Gramm Dinatriumethylendiamintetraessigsäure (EDTA) (bezogen von Mallinkrodt Chemical Works of St. Louis, Missouri) zugegeben und in der Vorrichtung vermischt. Der Mischer wurde gestoppt, das Produkt wurde vom Vakuum befreit und über Nacht in einem Abzug ausgebreitet. Das erhaltene Produkt wurde durch ein Raster-Elektronenmikroskop untersucht und bestätigte Dinatrium-EDTA-Teilchen, die an Fasern gebunden sind.
BEISPIEL 12
Eine Menge von 321 Gramm HBA-Zellstoff (eine vernetzte Faser hoher Schüttdichte, erhältlich von Weyerhaeuser Company, Tacoma, Washington), wurde in eine Mischer-ähnliche Mischvorrichtung Air-entrained und 50 Gramm Glycerin (bezogen von Dow Chemicals of Midland, Michigan) wurden auf den Fluff gesprüht. Anschließend wurden 288 Gramm Natriumbicarbonat (bezogen von J.T. Baker Chemical Co., Phillipsburg, New Jersey) zugegeben und in der Vorrichtung vermischt. Der Mischer wurde gestoppt, das Produkt wurde abgezogen und in einem Ab zug zum Trocknen über Nacht ausgebreitet. Das erhaltene Produkt wurde durch ein Raster-Elektronenmikroskop (SEM) geprüft und lieferte Fasern mit gebundenen Natriumbicarbonatteilchen.
BEISPIEL 13
Ein Zellstoffbogen NB-416 (gebleichter Southern-Kraft, erhältlich von Weyerhaeuser Company, Tacoma, Washington), wurde mit Glycerin auf einem Walzenbeschichter behandelt, sodass das Produkt 10% Glycerin, auf das Gewicht, enthielt. Der Zellstoffbogen wurde in eine Hammermühle gespeist und vermahlen, unter gleichzeitigem Zuführen von Polyacrylathydrogel (IM 3900, bezogen von Hoechst Celanese, Portsmouth, Virgina) und Ethylendiamintetraessigsäure zu der Mühle mit einer solchen Geschwindigkeit, dass das Produkt 54% behandelte Faser, 42% IM 3900 und 4% EDTA enthielt. Das Gemisch wurde zu einer Luftlegevorrichtung von M & J Machines (Horsens, Dänemark) gelenkt und zu einem kontinuierlichen Bahnmaterial luftgelegt. Das erhaltene Produkt wurde durch ein Raster-Elektronenmikroskop geprüft und lieferte Fasern mit gebundenen Polyacrylathydrogel- und EDTA-Teilchen.
BEISPIEL 14
Ein Verfahren, ähnlich zu jenem, beschrieben in Beispiel 13, wurde unter Verwendung von KittyHawk-Zellstoff (ein thermobindbares Gemisch von gebleichtem Southern-Kraft und Polyethylenfasern, erhältlich von Weyerhaeuser Company, Tacoma, Washington) ausgeführt. Das erhaltene Produkt wurde mittels Durchleiten des Bahnmaterials durch einen Umluftofen bei 140°C für 0,5 Minuten thermogebunden. Das erhaltene Produkt wurde durch ein Raster-Elektronenmikroskop geprüft und lieferte Fasern mit gebundenen Polyacrylathydrogel- und EDTA-Teilchen.
BEISPIEL 15
In diesem Beispiel wird Oxalsäure an die Fasern durch die erfindungsgemäßen Bindemittel gebunden. Ein Zellstoffbogen mit 10% Bindemittel wurde wie in Beispiel 13 hergestellt. Der Zellstoffbogen wurde bei 90% relativer Feuchtigkeit für 4 Stunden konditioniert, dann wurde der Bogen in einem Waring-Mischer zerfasert. Die Teilchen von Oxalsäure wurden dann zu dem Mischer gegeben und das Mischen fortgesetzt. Das Produkt wurde getrocknet und ein SEM erhalten, welches in 14 gezeigt wird. Das federige Teilchen von Oxalsäure wird nahe der Mitte der Photographie, gebunden an die Cellulosefaser durch das Glycerin, gezeigt.
BEISPIEL 16
Die Fasern wurden wie in Beispiel 15 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Aluminiumsulfat (Alaun) gegen Oxalsäure ersetzt wurde. Das SEM von Alaun, gebunden an die Fasern, wird in 15 gezeigt.
BEISPIEL 17
Ein Gemisch der Bindemittel kann auch verwendet werden, um Teilchen an die Fasern zu binden. Die Fasern können wie in Beispiel 11 bezogen werden, jedoch wurden 50 Gramm Glycerin gegen ein Gemisch von Harnstoff und Glycerin ausgetauscht. Ein 40/60-Gemisch (auf das Gewicht) von Harnstoff und Glycerin wird zum Auflösen von Harnstoff in dem Glycerin vermischt und die Lösung auf 70–80°C erhitzt. Das erhitzte Bindemittelgemisch wird dann zum Binden der Teilchen auf die Fasern wie in Beispiel 11 aufgetragen. Das Harnstoff/Glycerin-Gemisch stellt verschiedene Vorteile gegenüber der Verwendung von Glycerin allein bereit. Harnstoff senkt die Kosten des Bindemittels, während Glycerin die Fasern erweicht. Das Gemisch stellt auch Herstellungsvorteile bereit.
In weiteren Ausführungsformen kann Harnstoff allein sowie andere Bindemittel des in der vorangehenden Beschreibung der Erfindung und Kombinationen davon im Einzelnen ausgewiesenen Typs als das Bindemittel verwendet werden.
XII. Produkt-Eigenschaften
Die nachstehenden Beispiele erläutern, wie SAP-Retention, Lagenintegrität, Benetzbarkeit, Dichte und Flüssigkeitsretention durch das Glycerinbindemittel der vorliegenden Erfindung beeinflusst werden.
BEISPIEL 18
Superabsorptionsmittelteilchen wurden an Cellulosefasern mit einem Glycerinbindemittel, wie vorstehend in Beispiel 6 beschrieben, gebunden. Zum Zweck des Vergleichs wurden Superabsorptionsmittelteilchen an eine getrennte Probe von Cellulosefasern, unter Verwendung eines Polyvinylacetat-(PVAc)-Bindemittels, das 3% carboxyliert war; das heißt, nur 3% der PVA-Monomere wurden carboxyliert, gebunden. Das Binden wurde wie in Beispiel 6 ausgeführt, jedoch wurde PVAc gegen Glycerin ausgetauscht. Eine Probe von 100 Gramm Glycerin- und PVAc-behandeltem Fluff mit gebundenem SAP wurde in ein Gebläse gespeist, das mit einem Schlauch an einem kleinen Zyklon, montiert auf das Obere eines Stoffsilos, verbunden war. Dies wurde in der Bemühung ausgeführt, um Kräfte beim mechanischen Rühren des Fluff zu simulieren, denen man während des Luftlegeverfahrens begegnen würde. Nach Sammeln in der Material enthaltenden Vorrichtung wurde Faser mit gebundenem SAP entfernt und gewogen. Eine Probe von fünf Gramm der Faser mit gebundenem SAP wurde dann in einer Säule von Sieben mit sinkenden Maschengrößen angeordnet und einer Schüttel- und Hammerwirkung für zehn Minuten unterzogen zum weiteren Entfernen von beliebigem, schlecht gebundenem SAP. Nichtgebundenes oder schlecht gebundenes SAP siebt sich durch die Siebe mit einem Bereich von 4–0,250 mm (5–60 Mesh), während die Faser mit gut gebundenem SAP auf dem 4 mm (5-Mesh-Sieb) verbleibt.
Eine Probe von 2,00 Gramm der Faser, die nahe der Spitze der Siebsäule verblieb, wurde dann in einer 75-ml-Probe von 0,9%iger Salzlösung für exakt eine Minute angeordnet. Nach der Minute wurde die Flüssigkeit, die nicht absorbiert wurde, in ein gesondertes, tariertes Becherglas gegossen und gewogen. Die relativen Mengen an absorbierter Flüssigkeit weisen auf die Mengen an an die Faser gebundenem SAP hin. Fasern, die größere Mengen SAP enthalten, führen in der Regel zum Absorbieren von mehr Flüssigkeit und ergeben eine kleinere Menge an Flüssigkeit, die nicht absorbiert wurde.
Diese Ergebnisse werden in Tabelle III gezeigt: TABELLE III Glycerin-Bindemittel Vergleich von SAP-Retention mit Glycerin und PVAc-Bindemitteln
Tabelle III erläutert, dass das Glycerinbindemittel ein Produkt bereitstellt, das eine Absorptionserhöhung von 400%, verglichen mit dem PVAc-Bindemittel, aufweist. Ein wesentlicher Anteil dieser Verbesserung wird aufgrund der besseren Anhaftung zwischen den Fasern und SAP angenommen, sodass die Teilchen nicht von den Fasern gelöst sind.
BEISPIEL 19
Die Integrität der Lage wurde in faserförmigen Produkten verglichen, welche ohne Bindemittel und mit einem Glycerinbindemittel bei 7% und 11 Gewichtsprozent verwendet werden. Jedes von diesen Bindemitteln wurde verwendet, um SAP an Fasern, wie in Beispiel 6, zu binden, und die Eigenschaften der Lage wurden gemessen und werden in Tabelle IV gezeigt: TABELLE IV Zug-Ergebnisse Integrität der Lage (niedere Dichte):
Integrität der Lage (hohe Dichte):
Das Glycerinbindemittel in diesem Beispiel erzeugte ein Produkt, das einen höheren Zugindex hatte als ein unbehandeltes Produkt. Die erhöhte Zugfestigkeit wurde besonders in dem verdichteten (hohe Dichte) Produkt erhöht und insbesondere, wenn mindestens 11% des Bindemittels verwendet wurden.
BEISPIEL 20
Die Wirkung von Bindemitteln auf die Benetzbarkeit und Voluminösität der Fasern wurde unter Verwendung der nachstehenden Fasern getestet: NB-316 (ein gebleichter Standard-Southern-Kraftzellstoff, ohne Bindemittel); GNB, wie hierin verwendet, ist ein NB-Zellstoff (ein gebleichter Standard-Southern-Kraftzellstoff) mit 25% Glycerin (abgezogen und gesprüht); HBA-Zellstoff (eine hochdichte, innerhalb der Fasern vernetzte Faser, erhältlich von der Weyerhaeuser Company, die kovalente Vernetzungen innerhalb der Fasern enthält), und GHBA, wie hierin verwendet, ist HBA-Fasern, behandelt mit einem Glycerinbindemittel in Mengen von 12,5 und 25 Gewichtsprozent. Die Ergebnisse werden in Tabellen V und VI angegeben.
Die FAQ-Zeit wurde durch Luftlegen einer ausgewiesenen Menge (4,00 Gramm) des zu testenden Fluffs in einem durchsichtigen Kunststoffrohr, das mit einem Sieb an einem Ende ausgestattet wurde, bestimmt. Der Fluff und das Rohr wurden dann in eine Vertiefung in der Testvorrichtung gegeben und ein Metallkolben wurde auf den Fluff gesenkt und die Lagendichte berechnet. Wasser wurde dann unterhalb der Lage ge spült, durch das Sieb geleitet und durch die Lage aufgenommen. Die Absorptionszeit davon wurde gemessen, wenn die Flüssigkeit Kontakt mit dem Bodensieb hat, bis das Wasser einen elektrischen Kreis durch Inkontaktbringen des Bodens des Kolbens, der auf dem Oberen der Lage ruht, schließt. Niedere Absorptionszeiten weisen bessere Absorptionsfähigkeit aus. Da die Absorption der Flüssigkeit durch die Lage von einigem Zusammenfallen der Lagenstruktur begleitet wurde, wurde die Dichte der Lage anschließend erneut berechnet. Die Menge an absorbierter Flüssigkeit wurde dann gemessen und eine Gramm-pro-Gramm-Kapazität für das Material wurde berechnet.
Tabelle V gibt FAQ-Zeit als ein Maß der Benetzbarkeit an. Eine niedrigere FAQ-Zeit weist ein Produkt aus, das absorptionsfähiger ist und schneller aufsaugt. Tabelle VI gibt Feuchtdichte der Fasern und die eingestellte Dichte der Fasern an. Die eingestellte Dichte wird als eine Zahl berechnet, erhalten durch Teilen der Voluminösität durch die tatsächlichen Prozent des Zellstoffs in der Probe. TABELLE V Benetzbarkeit
TABELLE VI Dichte
Die niedrigen FAQ-Zeiten (Tabelle V) in den Glycerinbehandelten Fasern (GNB, GHBA) zeigen, dass Benetzbarkeit so gut ist wie bei der unbehandelten Faser (NB-316). Die GHBA 25% hatte wesentlich bessere Benetzbarkeit als unbehandelter HBA-Zellstoff. Die Voluminösität von Glycerin-behandelten Fasern (Tabelle VI) wurde bei allen Anteilen an Glycerinbindemittel auf einer Faser-zu-Faser-Vergleichsgrundlage nicht wesentlich vermindert oder verändert.
BEISPIEL 21
Die Flüssigkeitszurückhaltung von gebundenen Fasern wurde bestimmt und mit Fasern verglichen, in denen kein Bindemittel zugegeben wurde. NB-316 ist ein Zellstoffbogen, der von Weyerhaeuser Company erhältlich ist, in dem kein Bindemittel verwendet wird. HBA-Zellstoff wird in Beispiel 20 beschrieben. HBA/Gly-SAP war eine HBA-Zellstofffaser, die mit Glycerin gebunden war (12% Bindemittel, 48% Faser) und die 40% SAP-Teilchen enthielt. NB-316/Gly-SAP ist NB-316-Fasern, an die Glycerin und SAP-Fasern gebunden waren.
Das Verfahren zum Bestimmen von Flüssigkeitszurückhaltung bestand aus Wägen von dreifachen kleinen Portionen (nahezu 0,2 Gramm) von Proben mit einer Genauigkeit von 0,0001 Gramm und dann Wärmeversiegeln der kleinen Portionen in einem Umschlag eines wärmeversiegelbaren Vlies-Teebeutels. Die Proben wurden dann in einen Überschuss von 0,9%iger Salzlösung für dreißig Minuten getaucht, dann durch Hängen derselben an einer Klammer für fünfzehn Minuten ablaufen lassen. Die Proben wurden zum Bestimmen der Menge an absorbierter Flüssigkeit gewogen. Die Gramm absorbierter Flüssigkeit pro Gramm Probe wurden berechnet und die Proben wurden in einer Zentrifuge für eine Minute versponnen. Die Proben wurden dann erneut gewogen und eine prozentuale Flüssigkeitszurückhaltung wurde berechnet.
Die Ergebnisse werden in der nachstehenden Tabelle VII gezeigt: TABELLE VII Flüssigkeitszurückhaltung (nach Zentrifuge)
Die Ergebnisse in Tabelle VII erläutern, dass Fasern, die SAP, gebunden an dieselben, aufweisen, Flüssigkeit gut zurückhalten, während Fasern ohne SAP die Flüssigkeit schlecht zurückhalten. Die Glycerinbindemittel lieferten ausgezeichnetes Anhaften von SAP an den Fasern.
XIII. Hilfsbindemittel
Wie vorstehend beschrieben, kann ein Hilfsbindemittel oder zusätzliches Bindemittel zusätzlich zu den nicht-polymeren oder polymeren Bindemitteln oder Kombinationen davon gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Jedoch wird/werden das/die zusätzliche/n Bindemittel ausgewählt, um nicht mit dem Bindemittel oder der Bindemittelkombination der vorliegenden Erfindung in einer Weise zu reagieren, die verhindert, dass das letztere Bindemittel die geforderte Funktionalität aufweist. Somit sind die bevorzugten Hilfsbindemittel auf diese Weise nicht-reaktiv. Zusätzlich können die polymeren und nichtpolymeren Bindemittel der Erfindung mit einem weiteren und mit anderen Bindemitteln kombiniert werden, solange sie nicht unter Blockieren der gewünschten Funktionalität reagieren.
BEISPIEL 22
Eine Menge von 321 Gramm gebleichter Southern-Kraftfaser (NB-416, bezogen von Weyerhaeuser) wurde in einer Mischer-ähnlichen Mischvorrichtung Air-entrained und mit 212,8 Gramm Polyvinylacetatlatex (PN-3666H, bezogen von H.B. Fuller, Minneapolis, Minnesota) besprüht. Unter noch Vermischen wurden 438 Gramm eines in Wasser quellfähigen Polyacry lathydrogels (Favorsab 800, bezogen von Stockhausen, Greensboro, NC) zugegeben und das erhaltene Gemisch wurde dann mit 100 Gramm einer 50%igen Glycerinlösung (bezogen von Dow of Midland, Michigan) besprüht. Der Mischer wurde dann gestoppt und das Gemisch wurde aus dem Mischer gesogen und zum Lufttrocknen über Nacht in einem Abzug angeordnet. Das getrocknete Produkt wurde dann in eine 6" Durchmesser Lage in einem Laboratorium-Lagenformer luftgelegt, zu einer Dichte von ungefähr 0,077 g/cm³ verpresst und bei 140°C für dreißig Sekunden thermogebunden. Die erhaltenen Lagen hatten 40% gebundenes SAP und verbesserte Zugfestigkeit, verglichen mit nichtbehandeltem Fluff mit SAP und auch verglichen mit dem Bindemittel-behandelten Fluff mit SAP, ohne das Hilfsbindemittel.
Die Zugfestigkeit war die höchste mit Polyvinylacetat allein, gefolgt von einer Kombination von Polyvinylacetat und Glycerin, dann Glycerin allein. Die niedrigste Zugfestigkeit wurde ohne jegliches Bindemittel beobachtet.
BEISPIEL 23
Die erfindungsgemäßen Bindemittel können zum Binden von Teilchen an Cellulosefasern, die synthetische, thermobindende Fasern enthalten, verwendet werden. In diesem Beispiel ist KittyHawk-Zellstoff (erhältlich von Weyerhaeuser Company) ein Gemisch von NB316 gebleichtem Southern-Kraft und 22% Polyethylen-thermoplastischen Bindemittelfasern. Der KittyHawk-Zellstoff wird verwendet, um ein Zellstoffbahnmaterial mit SAP, gebunden an die Fasern, wie in Beispiel 3 beschrieben, herzustellen. Das Bahnmaterial mit anhaftendem SAP wird dann durch einen Thermobonder zum Erweichen der Polyethylenfasern und miteinander Verbinden (fusionieren) der Fasern des Bahnmaterials, zur Erhöhung der Bahnmaterialfestigkeit, geleitet.
XIV. Spektroskopische Bewertungen
Spektroskopische Messungen wurden von den gemäß der Erfindung hergestellten Faserprodukten ausgeführt. Die Ergebnisse der NMR- und IR-Untersuchungen werden nachstehend gezeigt.
A. NMR-Analyse
BEISPIEL 24
¹³C-NMR-Spektren von fester Probe wurden auf Cellulosefasern, behandelt mit Ascorbinsäure, erhalten, um SAP an die Fasern zu binden. Ein NMR-Spektrum wurde auch auf L-Ascorbinsäure erhalten. In beiden Fällen wurden getrennte Spektren erfasst, unter Anwenden von Aufnahmeverzögerungen von 1 s und 5 s zwischen den Erfassungen.
Die Peaks in dem Faser-behandelten Spektrum wurden leicht den Komponenten zugeordnet: SAP Polyacrylatcarboxyl (185 ppm) und Gerüst-Kohlenstoffe (50–30 ppm); Cellulose (106, 90, 84, 76, 73 und 66 ppm) und Ascorbinsäure-Ringkohlenstoffe C-1, C-2 und C-3 (175, 119 bzw. 156/153 ppm); die anderen Ascorbinsäurekohlenstoffatome sind in dem Cellulosebereich; zwei von ihnen sind bei 69 und 61 ppm aufgetrennt. Die chemischen Verschiebungen von Ascorbinsäurekohlenstoff in diesem ternären Gemisch waren im Wesentlichen identisch (± 0,2 ppm) mit ihren Werten in reiner Ascorbinsäure. Dies wies aus, dass die Ascorbinsäure in den behandelten Fasern keine großen strukturellen Veränderungen einging, wie die Gesamtneutralisation, Oxidation oder Ringöffnung.
Die Signal-Akkumulationsraten, die bei zwei verschiedenen Recovery-Verzögerungszeiten beobachtet wurden, zeigten, dass die Protonenspins in reiner Ascorbinsäure nach Anregung viel langsamer relaxierten als sie dies in dem ternären Gemisch taten. Wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt, ergibt langsame Relaxation höhere Signalstärke bei der langen Recovery-Verzögerung, bezogen auf die kurze. Die schnelle Protonenspin-Gitter-Relaxation in den beschichteten Fasern zeigt an, dass die Ascorbinsäure in diesem System fester am Ort gehalten wird (das heißt, ist weniger beweglich) als in der Bulk-Säure. Die Ascorbinsäure wird scheinbar fest an einer oder beiden der anderen zwei Komponenten, Cellulose und SAP und nicht durch andere Ascorbinsäuremoleküle gehalten.
Wenn das Binden nur rein ionisch war, unter Einbeziehen von Ascorbation und einer Acrylsäureeinheit in dem SAP, dann würde das NMR der behandelten Fasern die Ascorbinsäure in der Salzform zeigen. Die NMR-Bezugsspektren wurden von der Säure und ihrem Salz in wässeriger Lösung gefunden und C-3 wird nach Ionisierung von ihrer OH-Gruppe als stark verschoben beobachtet: 156 ppm in der Säure bis 176 ppm in dem Salz. Da somit das NMR-Spektrum des ternären Gemisches die Peaks bei rund 156 ppm enthält, ist die Ascorbinsäure in diesem System nicht ionisiert.
Bezüglich der Aciditäten haben Ascorbinsäure und Polyacrylsäure nahezu identische pK_a-Werte (4,2 gegen bzw. 5). Sie sind beide typisch starke organische Säuren mit schwachen Konjugatbasen. Somit gibt es keinen zwingenden Grund für eine von diesen Säuren, durch die Konjugatbase der anderen Säure neutralisiert (ionisiert) zu werden. Eher sollte es eine starke Tendenz für eine Ascorbinsäure und ein Acrylation geben, ein Wasserstoffion zwischen ihnen zu teilen, was eine lange Wasserstoffbindung zwischen teilweise ionischen Ascorbinsäure- und Acrylsäureeinheiten ergibt. Dieses Teilen von Wasserstoffionen würde sich bestimmt in dem IR-Spektrum niederschlagen, jedoch genügen die NMR-Daten obschon vollständige Ionisation von Ascorbinsäure nicht vorliegt.
Die spektroskopischen Daten stimmten vollständig mit den Wasserstoffbindungsmechanismen zwischen Ascorbinsäure und einer Acrylateinheit in dem Superabsorptionsmittel überein. Acrylsäure-NMR-Amplituden-Verhältnisse bei verschiedenen Recovery-Verzögerungszeiten.
8. Infrarot-Analyse
BEISPIEL 25
Fasern mit Superabsorptionsmittel und Ascorbinsäure
Infrarot-Transmissionsspektren des unbehandelten NB316-Zellstoffs, des behandelten NB316-Zellstoffs, Ascorbinsäure und des Superabsorptionsmittels IM 100F wurden herge stellt. Dann wurde ein Subtraktionsspektrum erhalten, das den behandelten Zellstoff minus unbehandelte Kontrolle wiedergibt.
Die Prüfung jenes Subtraktionsspektrums zeigt verschiedene Infrarotbanden, die gewöhnlich mit der Ascorbinsäure verbunden sind. Sie wurden bei 1755, 1690 (etwas von 1660-1670 verschoben), 868, 821 und 756 Wellenzahlen (cm^–1) deutlich. Jedoch waren verschiedene andere Banden, die in dem Ascorbinsäurespektrum vorherrschend waren, in dem Subtraktionsspektrum abwesend. Sie schlossen die Nachstehenden ein: 3525, 3410, 3318, 1319, 1119 und 1026 cm^–1.
Die höheren Frequenzbanden (3300–3600 cm^–1) bei Ascorbinsäure weisen auf gebundene OH-Gruppen hin. Die Infrarotbanden bei 1319, 1119 und 1026 cm^–1 können auch mit OH-Vibrationen verbunden sein. Folglich lässt das IR vermuten, dass das Subtraktionsspektrum hauptsächlich einen Verlust der OH-Gruppen reflektiert, die direkt an den Ring gebunden waren. Eine wahrscheinliche Möglichkeit besteht darin, dass die OH-Gruppen gegen Natrium ausgetauscht wurden. Die einzige andere Hauptbande in dem Subtraktionsspektrum ist bei 1589 cm^–1 angeordnet. Dies war wahrscheinlich deshalb, weil das Superabsorptionsmittel C=O zu einer etwas höheren Frequenz (von 1562 cm^–1) verschoben war.
Die Infrarotspektren weisen auf eine deutliche Spaltung der Struktur der Ring-OH-Gruppen, verglichen mit reiner Ascorbinsäure mit den behandelten Fasern ein, wobei die Ascorbinsäure in dem Gemisch, den Ascorbatsalzen ähnelt, indem ihr einige der OH-Stretching-Banden fehlen.
XV. Aktivierung
Die Bindemittel der vorliegenden Erfindung haben den Vorteil eines inaktiven Zustands auf den Fasern durch Zufuhr von Flüssigkeit, Wärme oder durch kinetische Energie, welche durch mechanisches Rühren, Druck oder Ultraschall zugeführt werden kann, aktivierbar zu sein. Folglich kann ein flüssiges Bindemittel auf Cellulosefasern locker oder in anderer Form, wie eine Cellulosematte, in Abwesenheit der zu bindenden Teilchen, aufgetragen werden. Das Bindemittel wird dann ge trocknet oder trocknen lassen, beispielsweise bis das Bindemittel und die Faser einen Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt mit umgebender Luft erreicht. Alternativ kann das Bindemittel auf einen Feststoff aufgetragen werden, beispielsweise Teilchen, die auf eine Fasermatte gesprüht werden. Bei einer späteren Verarbeitungsstufe wird eine Flüssigkeit, wie Wasser, zu den Fasern gegeben, was eine Aktivierung des Bindemittels ergibt. Die teilchenförmigen Stoffe werden dann zugegeben und das Bindemittel fixiert die teilchenförmigen Stoffe an den Fasern. Dieses anschließende Verarbeiten der Fasern zum Binden der Teilchen kann beispielsweise an einem getrennten Ort von dem Ort, wo das Bindemittel auf die Fasern aufgetragen wurde, stattfinden. Deshalb können die Hersteller von Produkten teilchenförmige Stoffe von Interesse (beispielsweise Superabsorptionsmittelteilchen oder Fasern; antimikrobielle Teilchen, usw.) am Ort der Herstellung der Endprodukte, die die behandelten Fasern einbeziehen, zusetzen. Auch kann mehr als eine Art von teilchenförmigem Material (einschließlich in Wasser lösliche, als auch in Wasser unlösliche Teilchen), falls erwünscht, zusetzen. Die Teilchen ohne die erforderliche Funktionalität würden nicht in der gleichen Weise gebunden werden.
Es wurde auch gefunden, dass einige der Bindemittel der vorliegenden Erfindung durch mechanisches Rühren (die Anwendung von kinetischer Energie) aktiviert werden können. Beispielsweise kann Glycerinbindemittel auf fibröse Cellulose aufgetragen werden. Das Glycerinbindemittel kann man trocknen lassen und die Fasern werden dann mechanisch in Gegenwart von Superabsorptionsmittelteilchen und/oder anderen Teilchen zum Aktivieren des Glycerinbindemittels und zum Binden der Teilchen an die Fasern gerührt. Mechanisches Rühren kann stattfinden, beispielsweise in einem Zerfaserer, wenn ein Bogen oder eine Matte von mit Glycerin behandelten Cellulosefasern unter innigem Mischen mit SAP, das an die Fasern durch das mechanische Rühren gebunden wird, zerfasert wird.
XVI. Bindemittel-Aktivierungsbeispiele
Die Bindemittelaktivierung in der vorliegenden Erfindung erlaubt es dem Bindemittel, den Fasern zugesetzt zu werden, bevor oder nachdem die Teilchen zu den Fasern gegeben werden. Das Bindemittel wird anschließend durch Zugabe von Flüssigkeit, Wärme oder kinetischer Energie, die sich aus dem Rühren ergibt, aktiviert und die Teilchen werden an die Fasern gebunden. Die Teilchen können zu den Fasern entweder vor der Bindemittelaktivierung, nach der Bindemittelaktivierung oder gleichzeitig mit der Aktivierung zugesetzt werden. Wenn SAP und/oder andere Teilchen den Cellulosefasern zuzugeben sind, kann das Bindemittel beispielsweise auf einen Zellstoffbogen, der anschließend zerfasert wird, aufgetragen werden. Eine Flüssigkeit, wie Wasser, kann dem Zellstoff vor oder nach der Zerfaserung zugesetzt werden, und SAP kann vor oder nach der Wasserzugabe oder gleichzeitig mit dem Wasser zugesetzt werden. Wenn SAP nach der Wasserzugabe zugegeben wird, sollte das SAP auf die Fasern vor der vollständigen Verdampfung des zugegebenen Wassers aus den Fasern aufgetragen werden. Das Wasser kann auch auf anderen Wegen zugesetzt werden, wie durch sehr feuchte Luft, einen Nebel oder Dunst, oder als Dampf.
Die Aktivierung kann für alle Fasern oder nur Teile der Fasern, wie Zielzonen, oder Teile der Matte, wo Teilchenbinden erwünscht ist, vorliegen. Die Teilchen können dann zu der Matte gegeben werden und an den Zielzonen der Matte, die aktiviert wurden, anhaften. In einigen Ausführungsformen wird das Bindemittel als ein Feststoff aufgetragen und während der letzten Verarbeitungsstufe zum Aktivieren des Bindemittels durch Erweichen desselben erhitzt, sodass es an die Teilchen der Fasern bindet. Die Teilchen können in Mustern, entsprechend einer gewünschten Verteilung (beispielsweise eine nicht-homogene Verteilung) von Teilchen in dem fibrösen Material zugesetzt werden. Besonders üblich jedoch wird Aktivierung durch Verwendung eines Bindemittellösungsmittels zum Befeuchten des Zielbereichs des Produkts, in dem ein inaktives (trockenes oder getrocknetes) Bindemittel bereits eingeführt wurde, ausgeführt.
In anderen Ausführungsformen wird das Bindemittel außerdem auf die Fasern aufgetragen und dann durch Anwenden kinetischer Energie auf die Fasern aktiviert. Unverdünntes Polypropylenglycol (MW 2000)-Bindemittel kann beispielsweise auf Fasern gesprüht werden und trocknen lassen. Die gewünschten Teilchen werden dann zu den Fasern gegeben, wenn die Fasern mechanisch in einem Mischer oder Zerfaserer zum kinetischen Aktivieren des Bindemittels und Binden der Teilchen an die Fasern mechanisch gerührt werden. Zur kinetischen Aktivierung kann das Bindemittel als eine Flüssigkeit oder ein Feststoff zu den Fasern gegeben werden. In dem Fall der Flüssigkeitszugabe wird die Flüssigkeit trocknen lassen und dann durch mechanisches Rühren der Fasern und des Bindemittels aktiviert. Im Fall der Feststoffbindemittelzugabe wird das Bindemittel als ein Feststoff aufgetragen und dann befeuchtet (beispielsweise zu einem Gesamtfaserfeuchtigkeitsgehalt von etwa 7%) und dann mechanisch gerührt.
Die Aktivierung des Bindemittels kann vor dem Zugeben der Teilchen, anschließend an das Zugeben der Teilchen oder gleichzeitig mit der Zugabe der Teilchen, durchgeführt werden. Ist einmal das Bindemittel aktiviert, haftet es zu einem wesentlichen Teil an den Teilchen der Fasern, wobei „ein wesentlicher Teil" sich auf etwa die Hälfte der hinzugefügten Teilchen bezieht, mindestens, worin die Teilchen nicht im Überschuss zugegeben werden. Von den Teilchen, die anhaften, werden mindestens die Hälfte davon (und typischerweise im Wesentlichen alle von ihnen; beispielsweise über 80%) an den Fasern anhaften.
In Ausführungsformen, in denen das Bindemittel auf die Fasern als Feststoff aufgetragen wird, kann der Aktivierungsschritt Auftragen einer Flüssigkeit auf die Fasern, nachdem das Bindemittel auf die Fasern aufgetragen wurde, umfassen; kurz bevor das Bindemittel auf die Fasern oder gleichzeitig mit der Auftragung des Bindemittels auf die Fasern aufgetragen wird.
Der Aktivierungsschritt kann, nachdem der Härtungsschritt vollständig ist, ausgeführt werden, wenn ein Härtungsschritt auszuführen ist.
Das nachstehende Beispiel wird einige spezielle Anwendungen des Aktivierungsverfahrens erläutern und ist nicht zur Begrenzung der Erfindung auf die offenbarten Verfahren vorgesehen.
BEISPIEL 26
Das Verfahren von vorstehendem Beispiel 1 könnte derart modifiziert werden, dass das SAP nicht zugegeben wird, bis das Bahnmaterial auf 140°C erhitzt ist. Ein festes Polyethylenglycol/Polypropylenglycol-Copolymer könnte gegen das Bindemittel von Beispiel 1 ausgetauscht werden, und es würde unter 140°C gut schmelzen und in seiner flüssigen Form das SAP an die Fasern binden. Das SAP könnte statistisch über das erhitzte Produkt oder speziell auf eine Zielzone des Produkts, wo erhöhte Absorptionskraft besonders erwünscht ist, aufgetragen werden.
BEISPIEL 27
Ein Southern-Kraft-Zellstoffbogen wurde in 154 Gramm einer 65%igen Lösung von mit 100 ml desionisiertem Wasser verdünnter Polyacrylsäure eingetaucht oder damit besprüht. Der Bogen wird dann über Nacht trocknen lassen, in einem Ofen für dreißig Minuten auf 80°C erhitzt und in einer Kammer mit 50% relativer Luftfeuchtigkeit über Nacht konditioniert. Der Bogen wird dann mit Wasser benebelt zur Erhöhung seines Feuchtigkeitsgehalts auf 17–20%, wie er in eine mit einem 0,95 cm (drei Achtel inch)-Lochsieb gefüllten Fitz-Hammermühle gespeist wird. Polyacrylathydrogelteilchen von FAVOR 800, bezogen von Stockhausen, würden gleichzeitig zu der Mühle durch eine Schneckenzuführungsvorrichtung gegeben, mit dem Fluff gemischt, zu einer M & J Luftlegestrasse gelenkt und Luft-gelegt, unter Bildung eines Bahnmaterials, das gebundenes SAP durch das Bahnmaterial enthält; das heißt, ohne auf eine Oberfläche des Bahnmaterials beschränkt zu sein. Das Mischen von SAP durch den Fluff hilft, ein Produkt herzustellen, in dem SAP homogen oder statistisch verteilt ist, das die Probleme von Gelblockieren minimiert.
BEISPIEL 28
900 Gramm KittyHawk-Zellstoffbogen (von der Weyerhaeuser Co., enthaltend 22% synthetische Faser) wird in eine 10-gewichtsprozentige Lösung von Polyglycin für dreißig Minuten getaucht. Der 12,7 cm (5 inch) breite Bogen wird dann auf einer Laborbank zum Trocknen über Nacht entrollt, in einem Ofen für dreißig Minuten auf 80°C erhitzt und in einer 50% relativen Luftfeuchtigkeitskammer über Nacht konditioniert. Der Bogen wird in eine mit einem drei Achtel inch-Lochsieb-ausgestattete Fitz-Hammermühle gespeist, zerfasert, zu einer M & J Luftlegestrasse gelenkt und zu einem Bahnmaterial luftgelegt. Wenn das Bahnmaterial herauskommt, werden kreisförmige Zielzonen des Bahnmaterials mit Wasser aus einer Sprühflasche befeuchtet, um den Feuchtigkeitsgehalt auf 17-21% in der Zielzone zu erhöhen. Fünf Gramm aliquote Mengen von Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogel-Feinstoffen (IM 1000F; bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) werden anschließend auf die Zielzonen verschoben, um ein Bahnmaterial mit SAP, gebunden in Zielzonen, zu ergeben. Das SAP bildet keine zusammenfließende Schicht, sondern liegt anstatt dessen in teilchenförmiger Form, auf und unter der Oberfläche des Bahnmaterials, vor.
BEISPIEL 29
Eine Menge von 900 Gramm eines gebleichten Southern-Kraftzellstoffbogens wurde in eine 2%ige Bulk-Lösung von Ascorbinsäure (bezogen als ein Trockenpulver von Aldrich Chemical Co. of Milwaukee, WI) für dreißig Minuten getaucht. Der 5 inch breite Bogen wurde dann unaufgewickelt auf einer Laborbank über Nacht trocknen lassen, in einem Ofen für dreißig Minuten auf 80°C erhitzt und in einer Kammer mit relativer Feuchtigkeit über Nacht konditioniert. Der Bogen wurde dann mit 7 Gewichtsprozent Ascorbinsäure gravimetrisch bestimmt. Der Bogen wurde mit Wasser benebelt, um seinen Feuchtigkeitsgehalt auf 17–20%, wenn er einer mit 0,95 cm (drei Achtel inch)-Lochsieb ausgestatteten Fitz-Hammermühle zugeführt wird, zu erhöhen. Das Benebeln mit Wasser aktivierte das Bindemittel vor der Zugabe der Superabsorptionsmittelteilchen (SAP). Stärke-Pfropf-Polyacrylathydrogelfeinstoffe (IM 1000F, bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, VA) wurden als SAP zu der Hammermühle durch eine Schneckenzuführungsvorrichtung gegeben, mit dem Fluff vermischt und zu einer M & J-Luftlegemaschine (von Horsens, Dänemark) gelenkt und unter Bildung eines Bahnmaterials luftgelegt. Das sich ergebende Bahnmaterial enthielt 20% SAP, gebunden an die Fasern des Bindemittels.
BEISPIEL 30
Eine Menge von 900 Gramm KittyHawk-Zellstoffbogen (von der Weyerhaeuser Co., enthaltend 22% synthetische Fasern) wurde in eine 10 gewichtsprozentige Lösung Harnstoff (bezogen von Aldrich, Milwaukee, WI) dreißig Minuten getaucht. Ein 12,7 cm (5 inch) breiter Bogen wurde dann zum Trocknen über Nacht unaufgewickelt auf eine Laborbank gelegt, in einem Ofen für dreißig Minuten auf 80°C erhitzt und in einer Klimakammer bei 50% relativer Feuchtigkeit über Nacht konditioniert. Der Bogen wurde dann mit 30 Gewichtsprozent Harnstoff gravimetrisch bestimmt. Der Bogen wurde in eine mit drei Achtel inch-Lochsieb ausgestattete Fitz-Hammermühle gespeist, zerfasert, zu einer M & J-Luftlegestrasse gelenkt und in ein Bahnmaterial luftgelegt. Als das Bahnmaterial erschien, wurde das Bindemittel in dem getrockneten Bahnmaterial durch Benebeln der Zielzonen des Bahnmaterials in einem kreisförmigen Muster mit desionisiertem Wasser aus einer Sprühflasche zur Erhöhung des Feuchtigkeitsgehalts des Bahnmaterials oder der Zielzonen auf 17–21% aktiviert. Fünf Gramm aliquote Mengen Polyacrylathydrogel (FAVOR 800, bezogen von Stockhausen, Greensboro, North Carolina) wurden anschließend auf jede aktivierte Zielzone gesiebt. Das sich dann ergebende Bahnmaterial enthielt Zielzonen mit 5 Gramm SAP, gebunden an die Fasern in jeder Zielzone. Alternierende Sprühmuster konnten durch Auswählen von Sprühköpfen oder verschiedenen Steuerungsvorrichtungen, die verschiedene Muster benebeln, bereitgestellt werden.
XVII. Thermoplastische Bindemittel
Ein Hilfsbindemittel kann auch verwendet werden, um das Binden von Fasern aneinander oberhalb des Schmelzpunktes des Hilfsbindemittels zu unterstützen. Das Hilfsbindemittel kann ein festes thermoplastisches Material sein, das auf die Fasern aufgetragen wird und durch Erhöhen der Temperatur während des Bindungsschritts auf oberhalb der Erweichungstemperatur des Hilfsbindemittels erweicht. Das Hilfsbindemittel wird dadurch temporär erweicht, was es flüssiger macht (was aus Gründen der Bequemlichkeit auch als Hilfsbindemittelschmelzen bezeichnet werden kann), und anschließend, wenn die Temperatur abkühlt, erneut verfestigt wird, was thermoplastisch die Fasern aneinander und die Teilchen an die Fasern bindet. Das Hilfsbindemittel kann auch eine Wasserstoffbindungsfunktionalität enthalten, sodass Wasserstoff die Teilchen an die Faser bindet. Beispiele für Hilfsbindemittel, die thermoplastisch sind und auch Wasserstoff-bindende Gruppen enthalten, schließen Ethylenvinylalkohol, Polyvinylacetat, Acrylate, Polycarbonate, Pohyester und Polyamide ein. Weitere Information über die Verwendung solcher Hilfsbindemittel findet man in US-Patent Nr. 5 057 166.
Das Hilfs- oder zweite Bindemittel kann zu den Fasern entweder vor oder nach einem ersten Bindemittel zum Unterstützen des Bindens der Fasern aneinander und Bereitstellen von zusätzlichem Binden zwischen den Fasern und Teilchen zugegeben werden. Ein geeignetes zweites Bindemittel würde ein thermoplastisches oder wärmehärtbares Bindemittel sein. Im Fall von thermoplastischen Polymeren können die Polymere ein Material sein, das permanent thermoplastisch bleibt. Alternativ können solche Polymere ein Material sein, das mit oder ohne einen äußeren Katalysator, zu einem Polymer vom wärmehärtbaren Typ teilweise oder vollständig vernetzbar ist. Als einige spezielle Beispiele können geeignete thermoplastische Bindemittel aus den nachstehenden Materialien hergestellt werden: Ethylenvinylalkohol, Polyvinylacetat, Acrylsäure, Polyvinylacetatacrylat, Acrylate, Polyvinyldichlorid, Ethylenvinylacetat, Ethylenvinylchlorid, Polyvinylchlorid, Styrol, Styrolacrylat, Styrol/Butadien, Styrol/Acrylnitril, Butadien/ Acrylnitril, Acrylnitril/Butadien/Styrol, Ethylenacrylsäure, Polyethylen, Urethane, Polycarbonat, Oxid, Polypropylen, Polyester und Polyimide.
Zusätzlich schließen einige spezielle Beispiele der wärmehärtbaren Bindemittel jene, hergestellt aus den nachstehenden Materialien, ein: Epoxy, phenolische Stoffe, Bismaleimid, Polyimid, Melamin/Formaldehyd, Polyester, Urethane, Harnstoff und Harnstoff/Formaldehyd.
Mehr als eines von diesen Materialien kann zum Behandeln der Fasern verwendet werden. Beispielsweise kann eine erste Beschichtung oder Ummanteln eines wärmehärtbaren Materials verwendet werden, gefolgt von einem zweiten Beschichten eines thermoplastischen Materials. Die Superabsorptionsmittelteilchen oder andere Teilchen werden dann typischerweise an dem äußeren Bindemittelmaterial anhaften. Während der anschließenden Verwendung der Fasern zur Herstellung von Produkten kann das thermoplastische Material auf seine Erweichungs- oder Klebrigkeitstemperatur, ohne Erhöhen des wärmehärtbaren Materials auf seine Härtungstemperatur, erhitzt werden. Das verbleibende wärmehärtbare Material erlaubt anschließendes Erhitzen der Fasern zum Härten des wärmehärtbaren Materials während weiterem Verarbeiten. Alternativ kann das wärmehärtbare Material zur gleichen Zeit, wenn das thermoplastische Material durch Erhitzen der Fasern auf die Härtungstemperatur des Wärmehärtens mit dem thermoplastischen Material erhitzt wird, auch auf seine Klebrigkeitstemperatur erhitzt werden.
Bestimmte Arten von Bindemitteln erhöhen die Feuerfestigkeit der behandelten Fasern und erzeugen dabei Produkte, die aus diesen Fasern hergestellt werden. Beispielsweise sind Polyvinylchlorid, Polyvinyldichlorid, Ethylenvinylchlorid und phenolische Stoffe flammverzögernd.
Tenside können auch, falls erwünscht, in das flüssige Bindemittel eingeschlossen sein. Andere Materialien können auch mit dem flüssigen Bindemittel zum Verleihen gewünschter Eigenschaften der behandelten Fasern vermischt werden. Beispielsweise kann teilchenförmiges Material, wie Pigmente, auch in das Bindemittel zur Auftragung auf die Fasern eingeschlossen sein.
BEISPIEL 31
Wie vorstehend beschrieben, kann ein Hilfsbindemittel, zusätzlich zu den polymeren Bindemitteln der vorliegenden Erfindung, verwendet werden. Eine Menge von 3210 Gramm gebleichtem Southern-Kraft-Bindemittel (NB-416, bezogen von Weyerhaeuser Company), wird in einer mischerartigen Mischvorrichtung Air-entrained und mit 2128 Gramm eines Polyvinylacetatlatex (PN-3666H, bezogen von H.B. Fuller, Minneapolis, Minnesota) besprüht. Noch während des Mischens werden 4073 Gramm eines in Wasser quellbaren Polyacrylathydrogels (IM 1000–60, bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, Virginia) zugegeben und das erhaltene Gemisch wird dann mit 1160 Gramm einer 50%igen Lösung von Polypropylenglycol (bezogen von Union Carbide, Danbury, Connecticut) besprüht. Der Mischer wird gestoppt und das Gemisch wird zu einem flachen Rohrtrockner gelenkt. Das getrocknete Produkt wird dann als ein 40,64 cm (16 inch) breites Bahnmaterial auf einer Danweb-airlay-Maschine luftgelegt, auf eine Dichte von ungefähr 0,15 g/cm³ gepresst, und bei 140°C für dreißig Sekunden thermogebunden. Das erhaltene Bahnmaterial würde 40% gebundenes SAP und verbesserte Zugfestigkeit aufweisen (verglichen mit unbehandeltem Fluff mit SAP).
Alternativ können 189 Gramm EDTA gegen 4073 Gramm Polyacrylathydrogel ausgetauscht werden.
XVIII. Auftragung des Bindemittels
Die in der Erfindung verwendeten Bindemittel können auf die Fasern in beliebiger geeigneter Weise aufgetragen werden. Ein solches Verfahren besteht darin, das Bindemittel oder die Bindemittel auf ein Bahnmaterial der Fasern zu versprühen, das an einem Sprüher auf einem Förderband vorbeigeführt wird. Alternativ können lockere Fasern an einem Sprüher vorbeifallen lassen oder lockere Fasern können auf einem Förderband an einem Sprüher vorbeibewegt werden. Die lockeren Fasern können auch mit einem Bindemittel aufgeschlämmt oder darin eingetaucht werden. Es ist auch bevorzugt, die Bindemittel mit Walzen auf das Bahnmaterial aufzutragen, insbesondere, wenn das Bindemittel viskos ist. Für feste Bindemittel kann das Vermischen der Faser und Bindemittel ausgeführt werden oder das Bindemittel kann einfach darauf gesprüht werden oder anders mit den Fasern vermengt werden, gefolgt von einem Fixierungsschritt, wie Zufuhr von Wärme oder Flüssigkeit. Die Fasern können auch mit dem Bindemittel besprüht oder darin eingetaucht werden, oder Bindemittelteilchen können darauf aufgetragen werden. Diese Fasern können, während noch feucht, in dem Fall eines flüssigen Bindemittels oder nach Aktivierung einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs, mit den Teilchen vereinigt werden.
Die Fasern können auch zur späteren Aktivierung mit einem Aktivierungsfluid trocknen lassen, wie eine Aktivierungsflüssigkeit, und mit den Teilchen zu der Zeit vereinigt werden. Ein Beispiel dafür, wenn es erwünscht ist, das Bindemittel auf die Fasern aufzutragen und anschließend das Bindemittel in Gegenwart von Teilchen zu aktivieren, ist, wenn die Teilchen an einer entfernten Stelle zugegeben werden. Beispielsweise kann das Bindemittel aus einem inaktiven Zustand bei einem zweiten Ort aktiviert werden, der vom ersten Ort entfernt ist, wo das Bindemittel auf die Fasern aufgetragen wird. Ein zweiter Ort kann beispielsweise ein Ort sein, wo ein Hersteller Fasern und Teilchen zu Gegenständen, wie Absorptionsmittelgegenstände, vereinigt. Teilchen können aus herkömmlichen volumetrischen Zuführern in eine Hammermühle oder aus Einspritzern von einer Papierherstellungsleitung zugeführt werden.
Ein Verfahren zur gleichförmigen Beschichtung der Fasern mit einem Bindemittel und Zugeben der Teilchen wird in US-Patent Nr. 5 064 689 gezeigt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf irgendwelche spezielle Mechanismen zum Vereinigen der Faser, des Bindemittels und der Teilchen begrenzt.
XIX. Herstellung von hochdichten Fasern
Die Herstellung von hochdichten Fasern mit Vernetzungen innerhalb der Fasern ist auf dem Fachgebiet bekannt. Ver fahren zur Herstellung solcher Fasern werden in EP 440 472 A1 , EP 427 317 A2 , EP 427 316 A2 und EP 429 112 A2 sowie in der US-Patent-Anmeldung Seriennummer 07/607 268, eingereicht am 31. Oktober 1990, und ihrem veröffentlichten Europäischen Gegenstück, beschrieben. Diese hochdichten Fasern können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei Teilchen an dieselben durch die hierin offenbarten Bindemittel gebunden sind. Da Verfahren der Herstellung von hochdichten Fasern bekannt sind, wird nachstehend nur eine kurze Beschreibung eines solchen Verfahrens gegeben.
A. Gesamtsystem
Die Vorrichtung 110 (3) umfasst die in der vorliegenden Erfindung verwendete Transportvorrichtung 112 zum Transportieren einer Matte 114 von Cellulosefasern oder anderen Fasern durch eine Faserbehandlungszone 116; ein Applikator 118 zum Auftragen der Behandlungssubstanz, wie eine vernetzende Substanz aus einer Quelle 119 davon, zur Matte 114 bei der Faserbehandlungszone 116; ein Zerfaserer 120 zum vollständigen Trennen der einzelnen Cellulosefasern, umfassend die Matte 114, unter Bildung eines Faserausstoßes, umfasst von im Wesentlichen ungebrochenen Cellulosefasern, im Wesentlichen ohne Verknüpfungen oder Knoten; und einen Trockner 122, gekoppelt mit dem Zerfaserer zum Flashverdampfen von restlicher Feuchtigkeit aus dem Faserausstoß und zum Härten der vernetzenden Substanz, unter dabei Bilden von getrockneten und gehärteten Cellulosefasern.
Die Matte 114 von Cellulosefasern ist vorzugsweise in einer ausgedehnten Bogenform, gelagert in Form von einer Rolle 124, bis zur Verwendung. Es ist normalerweise nicht notwendig, dass die Cellulosefasern die Matte 114 vollständig getrocknet umfassen. Da Cellulose eine hydrophile Substanz ist, werden Moleküle davon typischerweise einen bestimmten Anteil an restlicher Feuchtigkeit auch nach Trocknen aufweisen. Der Anteil an restlicher Feuchtigkeit ist im Allgemeinen 10% Gewicht/Gewicht oder weniger, was nicht nachweisbar ist als „Feuchtigkeit". 3 zeigt auch mehr als eine Zuführung, wie Mehrfachwalzen 124 von Matte 114 aus Cellulosefa sern gleichzeitig unter Verwendung der vorliegenden Erfindung verarbeitet werden können.
An der Faserbehandlungszone 116 tragen Sprüher oder andere Applikatoren 118 Chemikalien, wie Vernetzungsmittel, auf die Matte auf. Typische Chemikalien werden gleichförmig auf beide Seiten der Matte aufgetragen. Die befeuchtete Matte gelangt zwischen ein Paar von Walzen 128, die das Verteilen der Chemikalien gleichförmig über die Matte unterstützen. Andere Applikatoren können natürlich auch verwendet werden.
Die vernetzende Substanz ist eine flüssige Lösung einer Vielzahl von vernetzenden, gelösten Stoffen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind. Falls erforderlich, kann die vernetzende Substanz einen Katalysator zum Beschleunigen der Bindungsreaktionen zwischen Molekülen der vernetzenden Substanz und Cellulosemolekülen einschließen. Jedoch viele, wenn nicht die meisten, vernetzenden Substanzen erfordern keinen Katalysator.
Bevorzugte Arten von vernetzenden Substanzen sind ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Harnstoffderivaten, wie methyloliertem Harnstoff, methylolierten cyclischen Harnstoffen, methylolierten Niederalkyl-substituierten cyclischen Harnstoffen, methylolierten cyclischen Dihydroxy-Harnstoffen, und Gemischen davon. Eine speziell bevorzugte vernetzende Substanz würde Dimethyloldihydroxyethylenharnstoff (DMDHEU) sein. Zusätzlich können vernetzende Substanzen Polycarbonsäuren, wie Zitronensäure, sein. Vernetzende Materialien sind auf dem Fachgebiet bekannt, wie jene, beschrieben vorstehend erwähnt in dem Chung-Patent, US-Patent Nr. 4 935 022, Lash et al., US-Patent Nr. 4 889 595, Herron et al., US-Patent Nr. 3 819 470, Shaw et al., US-Patent Nr. 3 658 613, Steijer et al., US-Patent Nr. 4 822 453, Dean et al. und US-Patent Nr. 4 853 086 Graef et al.
Geeignete Katalysatoren schließen saure Salze ein, die verwendbar sein können, wenn auf Harnstoff basierende vernetzende Substanzen verwendet werden. Solche Salze schließen Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat, Aluminiumchlorid, Magnesiumchlorid oder Gemische dieser oder anderer ähnlicher Ver bindungen ein. Alkalimetallsalze von Phosphor-enthaltenden Säuren können auch verwendet werden.
In 3 wird die vernetzende Substanz, die auf die Matte 114 aufgetragen wurde, aus einer Zuführung 119 davon, wie einem Behälter oder analogem Gefäß, erhalten.
Vernetzte Cellulosefasern sind einzelne Fasern, jeweils umfasst von Mehrfach-Cellulosemolekülen, wobei mindestens ein Teil der Hydroxylgruppen auf den Cellulosemolekülen an Hydroxylgruppen von benachbarten Cellulosemolekülen in der gleichen Faser über vernetzende Reaktionen mit äußerlich zugegebenen chemischen Reagenzien, genannt „vernetzende Substanzen" oder „Vernetzungsmittel", kovalent gebunden sind. Geeignete Vernetzungsmittel sind im Allgemeinen vom bifunktionellen Typ, die kovalent gebundene „Brücken" zwischen den benachbarten Hydroxylgruppen erzeugen.
B. Transportvorrichtung
Bezugnehmend weiterhin auf 3 wird jede Matte 114 der Cellulosefasern durch eine Transportvorrichtung 112, die die Matten durch die Faserbehandlungszone 116 trägt, transportiert. 3 zeigt auch einen weiteren Teil von einem Typ von Transportvorrichtung, umfasst von einem ersten Paar Walzen 126 und einem zweiten Paar Walzen 128 für jede Matte 114. Das erste und zweite Paar Walzen 126, 128 sind besonders wirksam zum Vorwärtsbringen der entsprechenden Matte bei einer im Wesentlichen konstanten und gesteuerten Geschwindigkeit.
C. Faserbehandlungszone
Jede Matte 114 wird durch das erste und zweite Paar Walzen 126, 128 durch die Faserbehandlungszone 116, wo die Matte 114 mit einer flüssigen, vernetzenden Substanz imprägniert ist, vorwärtsgetrieben. Die vernetzende Substanz wird vorzugsweise auf eine oder beide Oberfläche(n) der Matte, unter Verwendung einer beliebigen Vielzahl von auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren, die für einen solchen Zweck verwendbar sind, wie Sprühen, Walzen, Tauchen, oder ein ana loges Verfahren angewendet. Kombinationen von Sprüh- und Walzen-applikatoren können auch angewendet werden.
Die vernetzende Substanz wird typischerweise in einer Menge im Bereich von 2 kg bis 200 kg Chemikalie pro Tonne Cellulosefaser und vorzugsweise etwa 20 kg bis 100 kg Chemikalie pro Tonne Cellulosefaser aufgetragen.
D. Zerfaserer
Das nächste Untersystem, das der Faserbehandlungszone folgt, ist ein Zerfaserer 120, der zum Zerkleinern von einer oder mehreren Matten 130, die mit der vernetzenden Substanz imprägniert ist/sind, in einzelne, im Wesentlichen unzerbrochene Cellulosefasern, umfassend einen Faserausstoß, dient.
Bezugnehmend weiterhin auf 3 kann ein erster Transportventilator 260 von herkömmlichem Aufbau zum Vorwärtstreiben der Fasern aus dem Auslass 162 der Verreibevorrichtung 132 durch eine Leitung 262 angewendet werden.
Eine wahlweise Komponente des Zerfaserers 120 ist ein erster Zyklon 264 oder eine ähnliche, auf dem Fachgebiet bekannte Vorrichtung, die in herkömmlicher Weise zum Konzentrieren der Fasern, die durch den Auslass 162 der Zerreibevorrichtung 132 gelangen, verwendet wird. Der erste Zyklon 264 nimmt die Fasern durch die Leitung 262, die daran gekoppelt ist, auf.
Überschüssige Luft kann am Oberen 266 des ersten Zyklons 264 wieder gewonnen werden und, falls erforderlich, durch eine Leitung 268 zu einem Ort stromaufwärts des ersten Transportventilators 260 (falls verwendet) zurückgeführt werden. Solche zusätzliche Luft kann zum Erleichtern der Übertragung der Fasern durch den ersten Transportventilator 260 hilfreich sein.
Ein Scheibenraffinator 268 ist eine weitere wahlweise Komponente des Zerfaserers 120, der zum Bewirken von zusätzlicher Trennung der Fasern (Entfernung von Knoten), falls erforderlich, angewendet werden kann. Der Scheibenraffinator 268 ist von einem Typ, der auf dem Fachgebiet bekannt ist und umfasst einen Scheibenraffinatoreinlass 270 und einen Scheibenraffinatorauslass 272. Ein repräsentativer Scheibenraffi nator 268 ist der Typ DM36, hergestellt von Sprout-Bauer, Incorporated of Muncie, Pennsylvania. Wenn der Scheibenraffinator 268 verwendet wird, wird der Einlass 270 davon über eine Leitung 274 an einem Auslass 276 des ersten Zyklons 264 gekoppelt.
Ein zweiter Transportventilator 278 kann gegebenenfalls angewendet werden, um zwangsweise die Fasern durch eine Leitung 180 stromabwärts des Scheibenraffinators 268 voranzubringen. Überschüssige Luft kann aus dem Oberen 266 des ersten Zyklons 264 gewonnen werden und über eine Leitung 281 zu einem T-förmigen Gegenstand 282, gerade stromaufwärts des zweiten Förderventilators 278, geführt werden.
Eine weitere wahlweise Komponente des Zerfaserers 120 ist ein Fluffgenerator 290, der die Fasern von dem wahlweisen zweiten Transportventilator 278 durch eine Leitung 284 aufnimmt. Der Fluffgenerator wird nachstehend im Einzelnen und in der ebenfalls anhängigen US-Patent-Anmeldung Serien-Nummer 07/607 157 beschrieben.
E. Trockner
Bezugnehmend weiterhin auf 3 schließt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung 110 einen Trockner 122 ein, der verwendet wird, um zwei aufeinanderfolgende Funktionen auszuführen: Entfernen von restlicher Feuchtigkeit aus den Fasern und Härten des Vernetzungsmittels. Vorzugsweise umfasst der Trockner 122 eine Trocknungszone 373 zum Aufnehmen von Fasern, beispielsweise aus dem Fluffgeneratorauslass 304, und zum Entfernen von restlicher Feuchtigkeit aus den Fasern über ein „Flashtrocknungs"-verfahren, und eine zweite Trocknungszone 360, 362 zum Härten des Vernetzungsmittels. In 3 beginnt das Härten in Zone 360 und setzt sich durch Zone 362 fort.
Die Ausführungsform in 1 zeigt, dass Zone 373 an den Fluffgeneratorauslass durch eine Leitung 372 und zu einer Quelle 374 von Heißluft gekoppelt ist; typischerweise hergestellt durch Verbrennung einer Zuführung von Erdgas 376 und frischer Luft 378. Die Temperatur der Heißluft wird zum Halten der Temperatur der Trocknungszone 373 innerhalb eines Bereichs von 200°C bis 315°C reguliert. Wenn der Faserauslass in die Trocknungszone 373 gelangt, werden die feuchten Fasern, umfassend den Faserausstoß, im Wesentlichen unverzüglich in dieser Zone der hohen Temperatur ausgesetzt. Solches schnelles Aussetzen hoher Temperatur verleiht den Fasern einen „flashtrocknenden" Effekt, unter dabei Verursachen von schnellem und sorgfältigem Trocknen und Trennen der Fasern. Die Durchgangszeit durch die Trocknungszone 373 ist vorzugsweise weniger als eine Sekunde.
Die Ausführungsform von 3 zeigt, dass die erste Zone 360 einen ersten Turm 364 umfasst, der einen Körperteil 366, einen Einlass 368 und einen ersten Turmauslass 370 umfasst. Die Trocknungszone 373 wird über eine Leitung 372 an den Auslass des Fluffgenerators 290 gekoppelt.
In 3 wird der erste Turm 364 gezeigt, der vorzugsweise über eine Leitung 380 ein Abwärtsrohr 382 gekoppelt ist, welches über eine Leitung 384 an einen dritten Transportventilator 386 gekoppelt ist, der am Einlass 388 des zweiten Turms 390 angeordnet ist. Der dritte Transportventilator 386 transportiert die Fasern durch den Trockner, die dabei in den zweiten Turm 390 gelangen. Da die Fasern durch den zweiten Turm 390 gelockert werden, werden sie noch einer Härtungstemperatur innerhalb des Bereichs von 140°C bis 180°C ausgesetzt, was zum Bewirken von Härten des Vernetzungsmittels ausreichend ist, ohne die trockenen Fasern auszudörren. Das Lockerhalten hält die Fasern getrennt, bis die Vernetzungsreaktion vollständig ist. Die Härtungstemperatur hängt von der Art des zum Behandeln der Fasern verwendeten Vernetzungsmaterials ab und wird auch zu einem Anteil eingestellt, sodass die Fasern während des Härtens nicht verdörren. Es sollte angemerkt werden, dass auch Ein-Stufen-Trockner verwendet werden können.
Die getrockneten und gehärteten Fasern, die am Trocknerauslass von Turm 390 vorliegen, haben einen extrem niedrigen Anteil von Verknüpfungen und haben tatsächlich keine Knoten. Weiterhin sind sie nicht durch Ausdörren und dergleichen entfärbt und haben eine mittlere Faserlänge, im We sentlichen unverändert von der mittleren Länge der Fasern, die die Matte 14 umfassen.
3 zeigt auch einen zweiten Zyklon 400 von herkömmlichem Aufbau, gekoppelt über eine Leitung 402 an den Auslass von Turm 390, der zum Konzentrieren der Fasern, die bei der Herstellung der Sammlung hindurch gelangen, dient. Die erhaltenen konzentrierten Fasern werden unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von Sammelvorrichtungen 408, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, wie Faserabfüllvorrichtungen, gesammelt.
BEISPIEL 32
In diesem Beispiel wurden Vliesfasermatten, imprägniert mit einem Vernetzungsmittel, zerfasert, getrocknet und gehärtet, unter Verwendung der Vorrichtung, wie in 3 schematisch diagrammartig angegeben.
Zwei 132, 08 cm (52 inch) breite Matten aus Southern-Kraftholz-Cellulosefasern (NB316 von Weyerhaeuser Company) und mit einem Basisgewicht von 680 g/m² wurden der Vorrichtung zugeführt. Die Matten wurden unter Verwendung von Dimethyloldihydroxyethylenharnstoff bei einer Konzentration von 5% imprägniert, auf beide Seiten von jeder Matte unter Verwendung einer Kombination von Sprühdüsen und Imprägnierungswalzen aufgetragen. Der Auftragungsanteil an Vernetzungsmittel war etwa 4,5% Gewicht/Gewicht.
Die behandelten Fasermatten wurden bei einer Geschwindigkeit von 8 Metern/Minute zu der Zerreibevorrichtung 32 gespeist. Die spezielle, in diesem Beispiel verwendete Zerreibevorrichtung war mit sechs Matteneinlässen und einem Rotor mit 16 Reihen von Hämmern; wie vorstehend beschrieben, um den Umfang des Rotors ausgestattet. Der Rotor hatte einen Durchmesser von 76,2 cm (30 inch) und wurde bei einer Winkelgeschwindigkeit von 1200 U/min durch einen Elektromotor rotieren lassen. Andere U/min-Geschwindigkeiten wurden auch getestet und haben sich als befriedigend erwiesen, einschließlich extrem hohe U/min-Geschwindigkeiten.
Statistische Proben der Fasern wurden aus der Ausstoß-Zerreibevorrichtung erhalten und auf Verknüpfungen un tersucht. Diese Proben waren 2,6 Gramm und wurden konsistent beobachtet, um weniger als drei Verknüpfungen im Durchschnitt zu haben, wobei die meisten Proben keine Verknüpfungen hatten. Die Zerreibevorrichtung wurde zu Reinigungszwecken einmal alle sechzehn Stunden mit Wasser gespült.
Ein Scheibenraffinierer wurde stromabwärts der Zerreibevorrichtung angewendet. Dieser spezielle Scheibenraffinierer war ein DM36-Raffinierer, wie vorstehend erwähnt. Ein Fluffgenerator, wie in 7–9 beschrieben, wurde auch in diesem stromabwärts des Scheibenraffinators angewendet. Die Temperatur am Trocknereinlass in diesem Beispiel lag innerhalb des Bereichs von 200°C bis 315°C. Die Temperatur an dem zweiten Turmauslass war innerhalb des Bereichs von 140°C bis 180°C. Vernetzen der Faser am Auslass des Trockners wurde mit einer Geschwindigkeit von 2,5 t (5000 pounds) pro Stunde hergestellt. Das teilchenförmige Bindemittel und die Teilchen, die gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden sind, können vor, nach oder gleichzeitig mit dem Härten zugegeben werden. Der Begriff „Härten in Gegenwart des Bindemittels" bedeutet, dass das Bindemittel vor oder gleichzeitig mit dem Härten zugegeben wird. Das Härten in Gegenwart des Bindemittels ist gewöhnlich kein Problem, weil das Bindemittel nicht immer an der Vernetzungsreaktion innerhalb der Fasern teilnehmen kann und das Bindemittel durch den Härtungsschritt nicht beeinflusst wird. In bestimmten Situationen jedoch kann das Bindemittel auch kovalente Vernetzungen innerhalb der Fasern bilden. Polycarbonsäuren (wie Zitronensäure), Polyole (wie Dipropylenglycol) und Polyamine (wie Ethylendiamin) können als Vernetzungsmittel wirken und werden während des Härtungsschritts bei der Bildung von kovalenten Vernetzungen verbraucht. Folglich sollten in dem begrenzten Fall, in dem das Vernetzungsmittel auch ein Bindemittelmaterial darstellt, Schritte unternommen werden, um zu verhindern, dass das Bindemittel als ein Vernetzer in dem Härtungsschritt verbraucht wird.
Die Bildung der kovalenten Esterbindungen innerhalb der Fasern erfordert ein Anhydrid-Zwischenprodukt. Die Bildung des Anhydrid-Zwischenprodukts kann durch das Vorliegen von Wasser inhibiert werden. Die Autoren der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass etwa 20% Wasser (bevorzugter mindestens 30% Wasser), auf das Gewicht der Fasern, das Härten ausreichend verzögert, sodass hinreichend funktionelle Bindemittelgruppen für die Fasern zum Binden der Teilchen an die Fasern verfügbar bleiben. Folglich sollten beim Härten des vernetzenden Materials in Gegenwart eines Bindemittels, das auch ein vernetzendes Material darstellt, die Fasern mindestens etwa 20% Wasser, auf das Gewicht der Fasern, wenn das Härten beginnt, enthalten. Beim Härten des vernetzenden Materials in Gegenwart eines Bindemittels, das nicht auch ein vernetzendes Material darstellt, sind Schritte zum Verhindern der Bildung kovalenter Bindungen gewöhnlich nicht erforderlich. Wenn das vernetzende Material in Gegenwart des Bindemittels nicht gehärtet wird; das heißt, wenn das Bindemittel nach Härten aufgetragen wird, müssen keine Schritte zum Inhibieren der Bildung kovalenter Bindungen unternommen werden.
XX. Verbund-Absorptionsmittelprodukt
Gemäß der vorliegenden Erfindung können Absorptionsmittelstrukturen oder Gegenstände aus Fasern mit Bindemittel und daran anhaftenden Teilchen hergestellt werden. Diese Gegenstände können Verbundstrukturen (beispielsweise hergestellt aus einer Vielzahl von Materialien) sein. Beispielsweise können die Gegenstände einen Kern von mehreren Arten von Fasern oder Faserschichten, mit oder ohne bedeckende Materialien, aufweisen. Diese Produkte sind in der Lage, wesentliche Mengen Wasser und andere Fluids, wie Harn und andere Körperfluids, zu absorbieren. Solche Produkte schließen ein, sind jedoch nicht begrenzt auf wegwerfbare Windeln, Sanitärvorlagen, Inkontinenzeinlagen, Handtücher und dergleichen.
4–5 erläutern eine Absorptionsmittellagenstruktur, die aus Fasern der vorliegenden Erfindung gebildet werden kann, ob mit anderen Fasern vermischt oder nicht. 4 und 5 geben eine Absorptionsmittellage 410 mit einem wärmegeprägten Siebmuster 412 wieder. Die Lagen ohne Muster können auch verwendet werden. Eine Lage mit einer Deckfolie 414 und einer Rückfolie 416 kann beispielsweise durch Anordnen eines quadratischen Faserstücks, geschnitten aus der Folie, auf einer entsprechend vorgeschnittenen Rückfolie gebildet werden. Eine entsprechend vorgeschnittene Deckfolie wird über das Obere der Faser 418 auf der Rückfolie gelegt. Diese Anordnung kann dann anhaftend um einen kontinuierlichen Rand 420 gebunden werden.
Mit Bezug auf 6–7 wird eine Absorptionsmittelstruktur in Form eines Verbands gezeigt. Ein Verband 430 zum Auflegen auf eine Wunde zum Absorbieren von Blut und anderen Körperfluids wird gezeigt. Eine Absorptionsmittellage 440 wird fest an einer äußeren oder Lagenbefestigungsoberfläche 434 eines Rückstreifens 436 befestigt. Fasern 441 sind in Lage 440 enthalten und Teilchen sind an den Fasern 441 gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht. Beliebiges geeignetes Anbringen oder Sicherheitsmittel können verwendet werden, um Lage 440 auf der Oberfläche 434 des Streifens 436 zu befestigen. Jedoch ist es für Oberfläche 434 bevorzugt, mit einer Anhaftung beschichtet zu werden, sodass die Lage 440 klebend an der Stelle angebracht werden kann. Ein beispielhafter Klebstoff ist Ethylenvinylacetatklebstoff. Es ist auch erwünscht, dass die Gesamtoberfläche 438 des Rückstreifens 436 mit einem herkömmlichen Klebstoff beschichtet ist. Oberfläche 438 ist die Oberfläche, die an der Fläche der die Haut umgebenden Wunde angebracht ist. Herkömmliche „peel-back"-Tabs können zum Schützen der klebenden Beschichtung und Lage 440 verwendet werden, bis der Verband aufzutragen ist. Diese Art von Rückstreifen ist auf dem Fachgebiet bekannt.
Der Rückstreifen 436 kann aus beliebigem bekanntem biegsamem Material sein, das zur Auftragung auf die Haut geeignet ist. Es ist bevorzugt, dass der Streifen 416 ein Material ist, das für den Durchgang von Flüssigkeit nicht durchlässig ist, sodass Fluid aus einer Wunde durch den Verband enthalten ist. Jedoch kann der Streifen 436 mit Öffnungen versehen sein oder anders zu belüften sein, damit Luft die Wunde erreichen und den Heilungsprozess fördern kann. Ein spezielles Beispiel eines geeigneten Rückstreifens 436 ist ein Polyethylenfilm.
Wie in anderen Strukturen beschrieben, kann eine Vielzahl von Kombinationen antimikrobieller Mittel und anderer Teilchen in den Fasern 441 für einen solchen Verband verwendet werden. Wiederum jedoch werden die Teilchen sicher an der Stelle anhaften, wenn die Teilchen ein Wasserstoffbinden oder eine koordinative kovalente Bindefunktionalität aufweisen, wobei die Fasern, die an diese Teilchen gebunden sind, eine Wasserstoffbindungsfunktionalität aufweisen, wobei das Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus einem Polypropylenglycol, einem Polypropylenglycol/Polyethylenglycol-Copolymer, einer Polycarbonsäure, wie Polyacrylsäure, einem Poly(lacton)diol, wie Poly(capronlacton)diol, einem Polyamid, einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, einem Polysulfonat, Polycarboxylat und Kombinationen davon, ausgewählt ist. Das polymere Bindemittel weist eine Wasserstoffbindung oder eine koordinierte kovalente Bindung, die die Funktionalität bildet, auf. Nicht-polymere Bindemittel würden organische Bindemittel, wie Glycerin, Monoglyceride, Diglyceride, Ascorbinsäure, Harnstoff, Glycin, Pentaerythrit, ein Monosaccharid oder ein Disaccharid, Zitronensäure, Weinsäure, Taurin, Dipropylenglycol und Harnstoffderivate, wie DMDHEU, einschließen. Geeignete Saccharide schließen Glucose, Saccharose, Lactose, Ribose, Fructose, Mannose, Arabinose und Erythrose ein. Zwei verschiedene Teilchen, wie verschiedene antimikrobielle Mittel in Teilchenform, können an der gleichen Faser anhaften. In der Alternative kann jede verschiedene Art von antimikrobiellen Teilchen oder anderen Teilchen getrennt an verschiedenen Fasern anhaften. Auch Gemische von Fasern können in die Absorptionsmittelstrukturen, wie Lage 366, eingeschlossen sein. Beispielsweise können diese Gemische Fasern mit anhaftenden antimikrobiellen Teilchen (ein oder mehrere antimikrobielle Mittel) und anhaftende Superabsorptionsmittelteilchen, Fasern mit einem oder mehreren antimikrobiellen Teilchen, ohne Superabsorptionsmittelteilchen, gebunden mit Fasern mit anhaftenden Superabsorptionsmittelteilchen, mit oder ohne antimikrobielle Teilchen, und Kombinationen von solchen Fasern mit unbehandelten Fasern und/oder Bindemittelbeschichteten Fasern, ohne Superabsorptionsmittelteilchen oder antimikrobiellen Teilchen, einschließen. Zusätzlich können andere Teilchen, wie Antikoagulantien oder Hämostatika, an den Fasern gebunden sein.
Die Absorptionsmittellage von Verband 430 kann auch eine Deckfolie einschließen, die typischerweise aus beliebigem geeignetem Material hergestellt wurde, die den Durchgang von Flüssigkeit durch die Deckfolie an die Fasern 441, wie Vliesfaserbahnmaterial von Fasern, wie beispielsweise Rayon, Nylon, Polyester, Propylen und Gemische davon, leicht erlaubt. Ein besonders bevorzugtes Deckfolienmaterial ist ein 70%iges Rayon-/30%iges Polyester-Gemisch mit einem Basisgewicht von 18 g/m² von Scott Paper Company.
8 und 9 erläutern eine herkömmliche Wegwerfwindel 550 mit einem Kern 552, welcher Fasern der vorliegenden Erfindung mit anhaftenden teilchenförmigen Superabsorptionsmittel-Materialien umfasst. Diese teilchenförmigen Materialien können auf eine Zielzone (beispielsweise den Vorder- oder Zwickelteil einer Windel, ausgewiesen bei 556) oder von einer stärkeren Konzentrierung in der Zielzone begrenzt sein. Dies kann durch luftgelegte Fasern der vorliegenden Erfindung in einer solchen Zone erfolgen. Auch der Kern kann durch Schmelzen des Bindemittels oder Befeuchten der Zielzone mit Wasser aktiviert werden. Die Superabsorptionsmittelteilchen können aufgesprüht oder anderweitig auf diese befeuchtete Zone aufgetragen werden. Wenn die Zone trocknet, werden die Teilchen an der Stelle anhaften.
XXI. Verdichtung
Die so vorstehend beschriebenen Produkte sowie die erfindungsgemäß zu verwendenden Bahnmaterialien der Fasern der vorliegenden Erfindung können auch durch äußere Anwendung von Druck auf das Bahnmaterial verdichtet werden. Das Bahnmaterial könnte mittels Durchleiten desselben durch eine Reihe von Kalanderwalzen, eingestellt bei 10, 5 × 10³ und 3, 8 × 10³ N/m (60 und 90 pli) (pounds per linear inch, wie in einer Kalanderpresse), bzw. unter Gewinnung von Folien mit erhöhten Dichten, verdichtet werden. Die Verdichtung kann alternativ durch Verdichtungswalzen oder -pressen bereitgestellt werden.
Die Erfinder haben gefunden, dass Verdichtung in SAP-enthaltenden Produkten, die mit Bindemitteln der vorliegenden Erfindung behandelt wurden, erleichtert wird, wenn die Verdichtung mit dem Bindemittel in einem aktiven Zustand stattfindet. Produkte, die mit diesen Bindemitteln behandelt werden, erfordern weniger Wärme und Druck als unbehandelte Fasern zum Verdichten einer gegebenen Dichte. Die Verdichtung wird vorzugsweise ausgeführt, um ein Produkt herzustellen, das eine Dichte von 0,05 bis 0,7 g/cm³, bevorzugter 0,1 bis 0,3 g/cm³, aufweist.
Ein Beispiel für Verdichtung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Bindemittel werden nachstehend angegeben:
BEISPIEL 33
Die erfindungsgemäßen Produkte können in 550 Gramm/Quadratmeter-Folien, sechs inch im Durchmesser, in einem Laboratorium-Lagenformer gebildet werden. Jene Lagen werden dann durch eine Reihe von Kalanderwalzen bei 10,5 × 10³ und 15,8 × 10³ N/m (60 und 90 pli), entsprechend unter Gewinnung von Folien mit Dichten von 0,3 und 0,5 g/cm³, geleitet.
BEISPIEL 34
Eine Menge von 50 Gramm Polypropylenglycol wird mit 50 Gramm desionisiertem Wasser verdünnt. Die erhaltene Lösung wird auf 321 Gramm Intrafaser-vernetztem Cellulosefluff (HBA-Zellstoff von Weyerhaeuser Company, Tacoma, WA) gesprüht, in einem Mischer, wie eine Mischvorrichtung, Air-entrained. Während die HBA-Faser noch feucht, werden 438 Gramm IM 1000F (bezogen von Hoechst-Celanese, Portsmouth, Virginia) zu dem Gemisch gegeben. Das erhaltene Gemisch wird dann von dem Mischer unter Vakuum gesetzt und auf einem Counter zum Trocknen über Nacht besprüht. Dann werden 550 Gramm/Quadratmeter Handbögen, sechs Inch im Durchmesser, in einem Laborlagenformer hergestellt. Jene Lagen werden dann bei 13,78 × 10⁶ und 20,68 × 10⁶ Pa (2000 und 3000 psi) (bzw. 60 und 90 pli in einer Kalanderwalze) verpresst, unter Gewinnung von Bögen mit Dichten von 0,3 und 0,5 g/cm³. Alternativ würden Lagen von unbehandeltem HBA-Zellstoff mit 45% IM 1000F Erhitzen auf 100°C und Drücke zwischen 55,16 × 10⁶ und 75,85 × 10⁶ Pa (8 000 und 11 000 psi) erfordern, um Lagen ähnlicher Dichten herzustellen.
BEISPIEL 35
HBA-Zellstoff mit 40% IM1000F und HBA-Zellstoff mit 12% Glycerin und 40% IM1000F wurden in sechs-inch-Lagen in dem Lagenformer gebildet und dann bei 44,82 × 10⁶ Pa (6500 psi) 15 Sekunden verpresst. HBA-Zellstoff ohne Glycerinbindemittel erreichte eine Dichte von 0,4 g/cm³ und HBA-Zellstoff mit Glycerin-gebundenen Teilchen erreichte eine Dichte von 0,57 g/cm³. Dieses Beispiel erläutert, dass die Fasern, behandelt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, eine größere Dichte erreichen als unbehandelte Fasern bei dem gleichen Verdichtungsdruck.
XXII. Wasserzugabe
In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird vernetzendes Material zu den Fasern gegeben und gehärtet, unter Bildung von kovalenten Bindungen innerhalb der Fasern, die hochdichte Fasern erzeugen. Wenn das vernetzende Material und Bindemittel gleich (beispielsweise eine Polycarbonsäure) oder beide unterschiedlich sind, jedoch zum Vernetzen innerhalb der Fasern in der Lage sind, und das Bindemittel, bevor Härten stattfindet, zugegeben wird, wird im Wesentlichen das gesamte vernetzende Material/Bindemittel in der kovalenten Vernetzungsreaktion verwendet, sodass für anschließendes Binden der Teilchen an die Fasern mit Wasserstoffbindungen und koordinativen kovalenten Bindungen nichts verfügbar sein wird. In diesem besonderen Fall (wenn das vernetzende Material und Bindemittel beide zum Vernetzen und vor dem Härten zugegeben werden können) kann Wasser zu den Fasern vor dem Härten gegeben werden, um den Beginn des Härtungsschritts zu verzögern und zu sichern, dass ein Teil der Funktionalität des Bindemittels nicht in der Vernetzungsreaktion verbraucht wird. Mindestens 20 Gew.-% Wasser in den Fasern verzögert ausreichend die Bildung kovalenter Bindungen innerhalb der Fasern, damit restliche Polycarbonsäure auf den Fasern die Teilchen an die Fasern binden kann. Das nachstehende Beispiel erläutert dieses Verfahren.
BEISPIEL 36
Ein Zellstoffbogen von 100 Gramm wurde mit 44,5% Vernetzungsmaterial innerhalb der Fasern besprüht, und der Zellstoffbogen wurde delaminiert und in kleinen Stücken in einen Lagenformer gespeist, unter gleichzeitigem Zuführen von Superabsorptionsmittelteilchen zu dem delaminierten Zellstoffbogen. Das Material wurde ein zweites Mal durch den Lagenformer zum Fluffen desselben laufen lassen und das Material wurde anschließend 20 Minuten in einem Ofen bei 150°C gehärtet.
In einem ersten Versuch war das vernetzende Material ein modifizierter Ethylenharnstoff und Zitronensäure, während das teilchenförmige Material IM1000F war. Zu 100 g Zellstoffbogen wurden 63,9 Gramm Ethylenharnstoff, 16,76 Gramm Zitronensäure und 70 Gramm IM1000F für einen Endvernetzergehalt von 35,2% Ethylenharnstoff und 9,3% Zitronensäure, auf das Gewicht, gegeben. Kein Wasser wurde in diesem Versuch zugesetzt.
In einem zweiten Versuch wurden die 100 Gramm Zellstoffbogen mit 30,83 Gramm Polyaldehyd (Glyoxal), 5,03 Gramm Glycol, 0,2 Gramm Alaun, 0,2 Gramm Zitronensäure und 15 Gramm destilliertem Wasser vernetzt. Das Härten wurde, nachdem 70 Gramm IM1000F SAP zu der Lage gegeben wurden, ausgeführt.
Das Binden der Teilchen an die Lage war in beiden von diesen Versuchen schlecht.
Jeder von diesen Versuchen wurde dann wiederholt, mit der Ausnahme, dass 50 Gramm destilliertes Wasser vor dem Härten zugegeben wurden. Folglich gab es 50 g Wasser im ersten Versuch und 65 g Wasser im zweiten Versuch. Teilchenförmiges Binden an die Fasern wurde stark verbessert.
Elektronenmikroskopische Prüfung der Fasern von diesen Durchläufen zeigte, dass Teilchenbinden nicht in Abwesenheit der 50 g Wasserzugabe stattfand. In Gegenwart von 50 Gramm destilliertem Wasser zeigten die elektronenmikroskopischen Daten jedoch tatsächliches Binden der Teilchen an die Fasern.
XXIII. Teilchen-Binden
10 zeigt eine isolierte, vergrößerte Cellulosefaser 600 mit SAP-Teilchen 602, die durch ein Bindemittel der vorliegenden Erfindung daran gebunden wurden. Diese Zeichnung erläutert ein Beispiel des SAP, das seine diskrete Teilchenform nach Binden an die Fasern bereithält. Eine gewisse Teilchen-zu-Teilchenverschmelzung kann gemäß dieser Erfindung stattfinden, jedoch schließt das Beibehalten einer diskreten Teilchenform die Bildung eines vollständig zusammenlaufenden Films, in dem die Teilchen ihre teilchenförmige Identität verlieren, aus. Ein solcher zusammenlaufender Film erzeugt Gel-Blockieren, das mit wirksamer Flüssigkeitsabsorption in den Fasern in Wechselwirkung tritt.
Die gezeigte Faser 600 ist vergrößert und hat ein Aspektverhältnis (Verhältnis von Länge-zu-Breite) von 10:1 bis 5:1, vorzugsweise 10:1.
11 zeigt die Teilchen 602, im Wesentlichen gleichförmig über eine Tiefe von 604 einer Lage 606 verteilt. Die Teilchen werden auch anhaftend an die gesamte Oberfläche der Lage gezeigt. Teilchen können durch beliebige gewünschte Muster durch die Lage gemäß dieser Erfindung verteilt sein und müssen nicht notwendigerweise an allen Oberflächen anhaften oder durch das Volumen der Matte verteilt sein oder gleichförmig verteilt sein.
Es kann aus 10–11 (und 12–15, nachstehend erörtert) ersichtlich werden, dass die Teilchen nicht durch Bindemittel eingekapselt sind. Die Teilchen und Fasern der vorliegenden Erfindung sind nicht mit dem Bindemittel eingekapselt. Darüber hinaus agglomeriert das Bindemittel nicht die Fasern zusammen und in vielen Ausführungsformen binden die Fasern nicht aneinander. Diskrete einzelne Teilchen behalten ihre Identität auf der Oberfläche der Fasern, anstelle in einer thermoplastischen Einkapselung um die Fasern und Teilchen eingeschlossen zu sein.
XXIV. Elektronen-Photomikrographie
Eine Elektronen-Photomikrographie von Superabsorptionsmittelteilchen (SAP), gebunden an Cellulosefasern mit ei nem Ascorbinsäurebindemittel, wird in 12 gezeigt. Das SAP wird am Rande der Photographie belassen und wird an die Faser gebunden, die den zentralen Teil der Photomikrographie einnimmt. Das Teilchen wird als an die Faser gebunden betrachtet, und die Faser unterliegt der gleichen Schädigung durch Scherwirkung, die sich beim Bruch der Faser ergibt. Es ist wesentlich, dass die Faser Schädigung durch Scherwirkung erfahren hat, während das Teilchen an die Faser gebunden verbleibt, weil dies ein Hinweis ist, dass die Teilchen-Faser-Bindung, die durch Ascorbinsäure gebildet wurde, sehr stark und federnd ist, wobei mechanischem Zerreißen widerstanden wird.
13A, 13B, 13C und 13D zeigen verschiedene Elektronen-Photomikrographien, die einzelne Teilchen erläutern, die an Fasern mit einem Lactosebindemittel gebunden sind. 13C zeigt beispielsweise, dass SAP in seiner individuellen Teilchenform verbleibt, wenn an die Faser mit einem Lactosebindemittel angeheftet. Die Teilchen bilden keine verbundene zusammenlaufende Masse, ohne teilchenförmige Identität.
BEISPIEL 37
Eine Elektronen-Photomikrographie von Oxalsäureteilchen, gebunden an Cellulosefasern mit einem Glycerinbindemittel, wird in 14 gezeigt. Die gebundene Oxalsäure ist nahe der Mitte der Photographie und wird als an die Faser ohne mechanische Einkapselung der Faser und des Teilchens durch ein einkapselndes Bindemittel gebunden betrachtet.
15 ist eine SEM, die ein Teilchen von Aluminiumsulfat (Alaun), gebunden an eine Cellulosefaser mit einem Glycerinbindemittel, veranschaulicht. Das Alaunteilchen wird an der Mitte der Photographie ersichtlich, und das Teilchen verbleibt in seiner individuellen Teilchenform, wenn es an der Faser anhaftet. Die Teilchen bilden keine zusammenlaufende Masse, der es an teilchenförmiger Identität mangelt. Darüber hinaus sind die Teilchen nicht durch ein Material, das mechanisch das Teilchen in Kontakt mit der Faser hält, eingekapselt.
XXV. Fasergemische
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Fasern, wie Faser 600, können mit anderen Arten von Fasern vermischt werden, wie jene, offenbart in US-Patent Nr. 5 057 166. Die Latex-beschichteten Fasern jenes Patents können mit den in der vorliegenden Erfindung verwendeten Fasern vermischt werden, unter Herstellung eines Absorptionsmittelproduktes, das die Eigenschaften von beiden Faserarten aufweist.
XXVI. Zusätzliche Bindemitteleigenschaften
US-Patent Nr. 3 903 889 offenbart ein Verfahren zum Anheften von Absorptionsmittelteilchen an Zellstofffasern, unter Verwendung von Sirup, Honig und anderen Polysacchariden, wie Dextrinen. Ein wesentliches Erfordernis dieser Klebemittel besteht darin, dass sie die Eigenschaft besitzen müssen, permanent abziehbar zu sein und nicht zu einem brüchigen Film zu versteifen. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Bindemittel sind im Gegensatz dazu in der Lage, nach dem Verfestigen zu einem steifen, kristallinen Material als Bindemittel zu wirken. Auch die Bindemittel der vorliegenden Erfindung, die nicht zu einem Feststoff versteifen (wie Glycerin und PPG), sind sehr hygroskopisch und können auf den Fasern mit einem Gesamtwassergehalt von nicht mehr als 15% oder auch 12% vorliegen. Dies steht im Gegensatz zu den Klebstoffen, wie Honig oder Maissirup, offenbart in US-Patent Nr. 3 903 889, die nicht hygroskopisch sind. Polysaccharide (wie Maissirup, Honig und Dextrine) sind als Bindemittel von einigen Ausführungsformen der Erfindung ausgeschlossen, weil sie nach dem Trocknen klebrig bleiben. Klebrige Bindemittel machen Verarbeiten der mit Bindemittel beschichteten Fasern schwierig. Die Polysaccharidpolymere sind auch von nichtpolymeren Ausführungsformen des Bindemittels der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen. Den nichtpolymeren Sacchariden, wie Monosaccharide und Disaccharide, mangelt es außerdem an den Hochviskositäts- und Klebrigkeitsanhaftenden physikalischen Eigenschaften von Polysacchariden, wie Maissirup und Honig. Die erfindungsgemäß zu verwendenden nicht-polymeren Saccharide können Feststoffe sein, die die Viskositäts- und Handhabungsprobleme, die mit den Polymeren verbunden sind, vermeiden.
Wie in dieser Anmeldung verwendet, wird sich ein Teilchen, das in Wasser löslich ist, vollständig mindestens mit 10 g der Teilchen in 300 ml Wasser bei 25°C lösen. Ein Teilchen, das in dem Bindemittel schlecht löslich ist, wird vollständig nicht mehr als etwa 5 g des Teilchens in 300 ml des Bindemittels bei 25°C lösen.
Einige der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Bindemittel sind auch in Wasser löslich. Ein Bindemittel, das in Wasser löslich ist, wird mindestens 10 g des Bindemittels in 300 ml Wasser bei 25°C vollständig lösen.
Nachdem die Prinzipien der Erfindung in vielen bevorzugten Ausführungsformen erläutert und beschrieben wurden, sollte es für den Fachmann klar sein, dass die Erfindung in der Anordnung und im Detail, ohne von solchen Prinzipien abzuweichen, modifiziert werden kann. Wir beanspruchen alle Modifizierungen, die in den Umfang der nachstehenden Ansprüche fallen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Binden von Teilchen an Fasern mit einem Bindemittel, umfassend die Schritte von:

Bereitstellen von faserförmigem Material mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität;
Bereitstellen von Teilchen mit einer eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung bildenden Funktionalität;
Auswählen eines Bindemittels aus der Gruppe, bestehend aus einem polymeren Bindemittel, einem nichtpolymeren organischen Bindemittel und nicht-reaktiven Kombinationen davon miteinander oder mit anderen Bindemitteln, wobei die Bindemittel Bindemittelmoleküle umfassen, wobei die Bindemittelmoleküle mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen bilden kann, und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung mit dem faserförmigen Material bilden kann, aufweisen,
wobei das polymere Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus einem Polyglycol, einer Polycarbonsäure, einem Polycarboxylat, einem Poly(lacton)polyol, einem Polyamid, einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, einem Polysulfonat und Kombinationen davon ausgewählt ist,
worin das nichtpolymere organische Bindemittel eine Flüchtigkeit von weniger als Wasser aufweist; und
Aussetzen der Teilchen ausreichender Mengen des Bindemittels in Gegenwart von faserförmigem Material, unter Bedingungen, die die Bildung von nicht-kovalenten Bindungen bevorzugen, um die Teilchen an das faserförmige Material zu binden.

Vorzugsweise sind die funktionellen Gruppen jeweils in der Lage, Wasserstoffbindungen zu bilden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein faserförmiges Produkt, das durch das vorstehende Verfahren hergestellt wurde.
Vorzugsweise ist das Bindemittel ein polymeres Bindemittel.
Vorzugsweise ist das Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Polyamin, einer Polycarbonsäure und einem Polyamid.
Vorzugsweise ist das Bindemittel ein Polypeptid. Vorzugsweise ist das Bindemittel ein nicht-polymeres organisches Bindemittel.
Vorzugsweise hat das nichtpolymere organische Bindemittel funktionelle Gruppen, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat, einem Carbonyl, einer Sulfonsäure, einem Sulfonat, einem Hydroxyl, einer Phosphorsäure, einem Phosphat, einem Amid, einem Amin und Kombinationen davon.
Vorzugsweise ist das nicht-polymere organische Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem Glycerindiester, Glyoxal, Ascorbinsäure, Harnstoff, Glycin, Pentaerythrit, einem Monosaccharid, einem Disaccharid, Zitronensäure, Taurin, Weinsäure, Dipropylenglycol, einem Harnstoffderivat und Kombinationen davon.
Vorzugsweise ist das nichtpolymere organische Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem Glycerindiester, einem Polyglycerinoligomer, Harnstoff und Kombinationen davon.
Das Bindemittel liegt in einer Menge von 1 bis 80 Prozent, auf das Gesamtgewicht, des faserförmigen Materials vor und die Teilchen liegen in einer Menge von 0,05 bis 80 Prozent, auf das Gesamtgewicht, des faserförmigen Materials und der Teilchen vor.
Vorzugsweise sind die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen, die in einer Menge von 3 bis 70 Prozent des Gesamtgewichts des faserförmigen Materials und der Teilchen vorliegen.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Aussetzens der Teilchen dem Bindemittel in Gegenwart von dem faserförmigen Material Bereitstellen des Bindemittels auf dem faserförmigen Material in Abwesenheit der Teilchen, unter erreichen lassen des Bindemittels eines inaktiven Zustands, dann später Aktivieren des Bindemittels aus einem inaktiven Zustand in Gegenwart der Teilchen und dem faserförmigen Material durch bereitgestellte Wärme, ein aktivierendes Fluid oder durch Anwenden kinetischer Energie auf das faserförmige Material und inaktivem Bindemittel.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Aussetzens der Teilchen dem Bindemittel in Gegenwart des faserförmigen Materials den Schritt der späteren Aktivierung des Bindemittels aus einem inaktiven Zustand an einem zweiten Ort, der von einem ersten Ort entfernt ist, wo der Schritt des Bereitstellens des Bindemittels auf dem faserförmigen Material durchgeführt wird, damit die an dem faserförmigen Material anhaftenden Teilchen nicht zwischen dem ersten und zweiten Ort transportiert werden müssen.
Vorzugsweise schließt das nicht-polymere Bindemittel eine Funktionalität, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat, einem Carbonyl, einer Sulfonsäure, einem Sulfonat, einem Phosphat, einer Phosphorsäure, einem Hydroxyl, einem Amin, einem Amid und Kombinationen davon, ein.
Vorzugsweise gibt es mindestens zwei Funktionalitäten an dem Molekül, ausgewählt aus dieser Gruppe, und die zwei Funktionalitäten die gleichen oder verschiedene sind.
Vorzugsweise ist das Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Polypropylenglycol, einem Poly(lacton)polyol, einer Polycarbonsäure, einem Polyamid, einem Polyamin und Copolymeren davon.
Vorzugsweise sind die Fasern Holzzellstofffasern, die sich in einer Nasslegefaserbogen- oder -bahnfertigungsstrasse befinden, und das Bindemittel auf die Fasern aufgetragen wird, während sich die Fasern auf der Nasslegebogen- oder -bahnfertigungsstrasse befinden.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Aussetzens von Teilchen dem Bindemittel in Gegenwart des faserförmigen Materials Bereitstellen des Bindemittels auf dem faserförmigen Material in Abwesenheit der Teilchen, unter erreichen lassen des Bindemittels eines inaktiven Zustands, dann später Aktivieren des Bindemittels aus einem inaktiven Zustand durch Zugeben eines aktivierenden Fluids vor, gleichzeitig mit oder nach Aussetzen der Teilchen dem Bindemittel in Gegenwart des faserförmigen Materials.
Vorzugsweise umfasst das aktivierende Fluid Wasser in Form einer Flüssigkeit, Dampf oder feuchtem Gas.
Vorzugsweise ist das Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Poly(lacton)polyol, einer Polycarbonsäure, einem Polyamid, einem Polyamin und Copolymeren davon.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte von:

Bereitstellen vereinzelter Cellulosefasern, die Wasserstoffbindungsfunktionalitätsstellen aufweisen, wobei die vereinzelten Fasern in Gegenwart eines Vernetzungsmaterials gehärtet werden, zur Herstellung stark voluminöser Fasern mit kovalenten Vernetzungen innerhalb der Fasern, unter Hinterlassen von funktionellen Wasserstoffbindungsstellen, die für die gehärteten Fasern zur Wasserstoffbindung verfügbar sind und die Fasern zerfasert werden, zur Verminderung des Zwischenfaserbindens zwischen den gehärteten Fasern:
Zugeben der Teilchen zu den Fasern vor, während oder nachdem die Fasern gehärtet sind; und
Auftragen des Bindemittels auf die Fasern vor, während oder nachdem die Fasern gehärtet oder zerfasert werden; anschließend Binden der Teilchen an die Fasern, wobei die Teilchen ihre individuelle Teilchenform auf der Oberfläche der Faser beibehalten.

Vorzugsweise umfasst der Härtungsschritt:

a) Anwenden eines Vernetzungsmaterials und Härten des Vernetzungsmaterials vor dem Auftragen des Bindemittels; oder
b) Härten des Vernetzungsmaterials in Gegenwart des Bindemittels, wobei das Bindemittel kein Vernetzungsmaterial darstellt; oder
c) Härten des Vernetzungsmaterials in Gegenwart des Bindemittels, wobei das Bindemittel auch ein Vernetzungsmaterial darstellt, und die Fasern ausreichend Wasser enthalten, wenn der Härtungsschritt beginnt, um das Härten so zu verzögern, dass hinreichend funktionelle Bindemittelgruppen zum Binden der Teilchen an die Fasern zurückbleiben werden.

Vorzugsweise stellt das Bindemittel auch ein Vernetzungsmaterial dar, und das nicht-polymere organische Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus einer Polycarbonsäure, einem Polyol, einem Polyaldehyd und einem Polyamin, ausgewählt ist und wobei die Fasern ausreichend Wasser enthalten, wenn der Härtungsschritt beginnt, um das Härten so zu verzögern, dass hinreichend funktionelle Bindemittelgruppen zum Binden der Teilchen an die Fasern zurückbleiben werden.
Vorzugsweise umfasst der Härtungsschritt Härten des Vernetzungsmaterials in Gegenwart des nicht-polymeren organischen Bindemittels, wobei mindestens einer von dem nichtpolymeren organischen Bindemittel und Vernetzungsmaterial aus der Gruppe, bestehend aus einer Polycarbonsäure, einem Polyaldehyd, einem Polyol und einem Polyamin, ausgewählt sind und die Fasern mindestens 20% Wasser, auf das Gewicht der Fasern, enthalten, wenn der Härtungsschritt beginnt.
Vorzugsweise umfassen die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen, die ihre Teilchenform, wenn an die Fasern gebunden, beibehalten.
Vorzugsweise schließt das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Verdichtens der Fasern und der gebundenen Teilchen durch Anwenden eines äußeren Drucks auf die Fasern ein.
Vorzugsweise stellen die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen dar.
Vorzugsweise findet der Schritt des Verdichtens mit dem Bindemittel in einem aktiven Zustand statt.
Vorzugsweise sind die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen und der Schritt des Verdichtens findet mit dem Bindemittel in einem aktiven Zustand statt.
Vorzugsweise schließt das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Formens der Fasern zu einer Bahn oder einem Bogen vor dem Verdichtungsschritt, sodass die Bahn oder der Bogen durch Anwenden äußeren Drucks auf die Bahn oder den Bogen verdichtet wird, ein.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Auswählens eines nicht-polymeren organischen Bindemittels den Schritt des Auswählens eines Vernetzungsmaterials zum Auftragen auf das faserförmige Material, wobei das Vernetzungsmaterial härtbar ist., zur Herstellung innerlich vernetzter stark voluminöser Fasern, wobei das Verfahren weiterhin Härten des Vernetzungsmaterials und Fasern zur Herstellung von stark voluminösen Fasern, die innerlich vernetzt sind, während sie Wasserstoff- oder koordinative kovalente funktionelle Bindungsstellen hinterlassen, die an dem Vernetzungsmaterial verfügbar sind, sodass während des Schritts des Bereitstellens der Teilchen die Teilchen gebunden werden.
Vorzugsweise schließt das Verfahren weiterhin den Schritt des Verdichtens der Fasern und der gebundenen Teilchen durch Anwenden äußeren Drucks auf die Fasern ein.
Vorzugsweise stellen die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen dar.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt des Formens der Fasern zu einer Bahn oder zu einem Bogen vor dem Verdichtungsschritt, sodass die Bahn oder der Bogen durch Anwenden äußeren Drucks auf die Bahn oder den Bogen verdichtet wird.
Vorzugsweise umfasst der Verdichtungsschritt Verdichten der Fasern und anhaftenden Teilchen unter Umgebungstemperaturbedingungen.
Vorzugsweise umfasst der Verdichtungsschritt Anwenden von Druck auf die Bahn oder den Bogen, um ein Produkt mit einer Dichte von 0,05 g/cm³ bis 0,7 g/cm³ herzustellen.
Vorzugsweise sind die Teilchen in Wasser löslich und in dem Bindemittel schlecht löslich.
Vorzugsweise weisen die Teilchen eine Löslichkeit in Wasser von mindestens 10 g in 300 ml Wasser bei 25°C auf und weisen eine Löslichkeit in dem Bindemittel von nicht mehr als etwa 5 g in 300 ml des Bindemittels bei 25°C auf.
Vorzugsweise stellen die Teilchen Nicht-Wasser-Absorptionsmittelteilchen dar und die Teilchen sind in Wasser löslich und in dem Bindemittel kaum löslich.
Vorzugsweise kann das Bindemittel nach dem Trocknen einen Feststoff bilden.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt des Aktivierens des Bindemittels auf den Fasern aus einem inaktiven Zustand, durch Bereitstellen von Wärme, einem Aktivierungsfluid, oder durch Anwenden von kinetischer Energie auf das faserförmige Material und Bindemittel.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein faserförmiges Produkt, umfassend:

Faserförmiges Material, umfassend eine Faser mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität;
Teilchen mit einer eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung bildende Funktionalität;
ein Bindemittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem polymeren Bindemittel, einem nichtpolymeren organischen Bindemittel und nicht-reaktiven Kombinationen davon miteinander oder mit anderen Bindemitteln, wobei das Bindemittel Bindemittelmoleküle umfasst, die Bindemittelmoleküle mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teil chen und mindestens eine Wasserstoffbindung mit dem faserförmigen Material bilden kann, aufweist,
wobei das polymere Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus Polypropylenglycol, einer Polycarbonsäure, einem Polycarboxylat, einem Poly(lacton)polyol, einem Polyamid, einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, einem Polysulfonat und Kombinationen davon, ausgewählt ist und
wobei das nichtpolymere organische Bindemittel eine Flüchtigkeit geringer als Wasser aufweist; und
die Teilchen an das faserförmige Material gebunden sind.

Vorzugsweise ist das Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Polyamin, einer Polycarbonsäure und einem Polyamid.
Vorzugsweise hat das nichtpolymere organische Bindemittel funktionelle Gruppen, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus einem Carboxyl, einem Carboxylat, einem Carbonyl, einer Sulfonsäure, einem Sulfonat, einem Hydroxyl, einer Phosphorsäure, einem Phosphat, einem Amid, einem Amin und Kombinationen davon.
Vorzugsweise ist das nicht-polymere organische Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem Glycerindiester, Glyoxal, Ascorbinsäure, Harnstoff, Glycin, Pentaerythrit, einem Monosaccharid, einem Disaccharid, Zitronensäure, Taurin, Weinsäure, Dipropylenglycol, einem Harnstoffderivat und Kombinationen davon.
Vorzugsweise ist das nichtpolymere organische Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem Glycerindiester, einem Polyglycerinoligomer, Harnstoff und Kombinationen davon.
Vorzugsweise ist das Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Polypropylenglycol, einem Poly(lacton)polyol, einer Polycarbonsäure, einem Polyamid, einem Polyamin und Copolymeren davon.
Vorzugsweise sind die Teilchen in Wasser löslich und sind schlecht in dem Bindemittel löslich.
Vorzugsweise sind die Teilchen Nicht-Wasser-Absorptionsmittelteilchen.
Vorzugsweise kann das Bindemittel einen Feststoff nach Trocknen bilden.
Vorzugsweise umfassen die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen.
Vorzugsweise liegt das Produkt in Form eines Bahnmaterials mit einer Dichte von 0,05 bis 0,7 g/cm³ vor.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein faserförmiges Produkt wie vorstehend, umfassend:

vereinzelte, Hochbulkfasern bzw. Hochbauschfasern mit kovalenten Intrafaserbindungen, worin die Fasern Wasserstoffbindungsfunktionalitäten aufweisen;
gebundene Teilchen, die an die Fasern in Gegenwart eines Bindemittels gebunden sind, worin die Teilchen eine Wasserstoffbindungs- oder koordinative kovalente Bindungsfunktionalität aufweisen und das Bindemittel Bindemittelmoleküle umfasst, worin die Bindemittelmoleküle mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisen, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung bilden kann, und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung bilden kann, worin das Produkt 0,05–80 Prozent der gebundenen Teilchen umfasst.

Vorzugsweise sind die Teilchen Absorptionsmittelteilchen.
Vorzugsweise hat das vorstehende Produkt eine Dichte von 0, 05 g/cm³ bis 0, 7 g/cm³.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Binden von Teilchen an Fasern mit einem Bindemittel, umfassend die Schritte von:

Bereitstellen von faserförmigem Material, umfassend eine Faser mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität;
Bereitstellen von Teilchen mit einer Wasserstoffbindungs- oder eine koordinative kovalente Bindung bildenden Funktionalität;
Auswählen eines Bindemittels aus der Gruppe, bestehend aus einem polymeren Bindemittel, einem nichtpolymeren organischen Bindemittel und nicht-reaktiven Kombinationen da von miteinander oder mit anderen Bindemitteln, wobei das Bindemittel Bindemittelmoleküle umfasst, die Bindemittelmoleküle mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen bilden kann, und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung mit dem faserförmigen Material bilden kann, aufweisen,
wobei das polymere Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus einem Polyglycol, einer Polycarbonsäure, einem Polycarboxylat, einem Poly(lacton)polyal, einem Polyamid, einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, Polysulfonat und Kombinationen davon, ausgewählt ist und
worin das nichtpolymere organische Bindemittel eine Flüchtigkeit von weniger als Wasser aufweist; und
Aussetzen der Teilchen ausreichenden Mengen des Bindemittels in Gegenwart des faserförmigen Materials, unter Bedingungen, die die Bildung von nicht-kovalenten Bindungen bevorzugen, um die Teilchen an das faserförmige Material zu binden; und
worin der Schritt des Aussetzens der Teilchen dem Bindemittel in Gegenwart des faserförmigen Materials Bereitstellen des Bindemittels auf dem faserförmigen Material in Abwesenheit der Teilchen, Erlauben dem Bindemittel, einen inaktiven Zustand anzunehmen, dann später Aktivieren des Bindemittels aus einem inaktiven Zustand in Gegenwart von Teilchen und faserförmigem Material durch Bereitstellen von Wärme, einem aktivierenden Fluid oder durch Anwenden kinetischer Energie auf das faserförmige Material und inaktives Bindemittel, umfasst.

Vorzugsweise wird der Schritt des Aktivierens des Bindemittels durch ein aktivierendes Fluid ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren des Bindens von Teilchen an Fasern mit einem Bindemittel, umfassend die Schritte von:

Bereitstellen von faserförmigem Material, umfassend eine Faser mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität;
Bereitstellen von Teilchen mit einer Wasserstoffbindungs- oder eine koordinative kovalente Bindung bildenden Funktionalität;
Auswählen eines Bindemittels aus der Gruppe, bestehend aus einem polymeren Bindemittel, einem nichtpolymeren organischen Bindemittel und nicht-reaktiven Kombinationen davon miteinander oder mit anderen Bindemitteln, wobei das Bindemittel Bindemittelmoleküle umfasst, die Bindemittelmoleküle mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen bilden kann, und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung mit dem faserförmigen Material bilden kann, aufweisen,
wobei das polymere Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus einem Polyglycol, einer Polycarbonsäure, einem Polycarboxylat, einem Poly(lacton)polyol, einem Polyamid, einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, Polysulfonat und Kombinationen davon, ausgewählt ist und
worin das nichtpolymere organische Bindemittel Flüchtigkeit weniger als Wasser aufweist; und
Aussetzen der Teilchen ausreichenden Mengen des Bindemittels in Gegenwart des faserförmigen Materials, unter Bedingungen, die die Bildung von nicht-kovalenten Bindungen bevorzugen, um die Teilchen an das faserförmige Material zu binden;
den Schritt des Bereitstellens von faserförmigem Material, umfassend den Schritt von Bereitstellen vereinzelter Cellulosefasern, die Wasserstoffbindungsfunktionalitätsstellen aufweisen, wobei die vereinzelten Fasern in Gegenwart eines Vernetzungsmaterials gehärtet werden, zur Herstellung stark voluminöser Fasern mit kovalenten Vernetzungen innerhalb der Fasern, unter Hinterlassen von funktionellen Wasserstoffbindungsstellen, die für die gehärteten Fasern zur Wasserstoffbindung verfügbar sind und die Fasern zerfasert werden, zur Verminderung des Zwischenfaserbindens zwischen den gehärteten Fasern;
den Schritt des Bereitstellens von Teilchen, umfassend Zugeben der Teilchen zu den Fasern vor, während oder nachdem die Fasern gehärtet wurden; und
den Schritt des Aussetzens der Teilchen, umfassend Auftragen des Bindemittels auf die Fasern vor, während oder nachdem die Fasern gehärtet oder zerfasert werden; anschließend Binden der Teilchen an die Fasern, wobei die Teilchen ihre individuelle Teilchenform auf der Oberfläche der Faser beibehalten.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein faserförmiges Produkt, umfassend: faserförmiges Material, umfassend eine Faser mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität; und ein Bindemittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Monoglycerid, einem Diglycerid und Kombinationen davon, wobei das Bindemittel eine Flüchtigkeit geringer als Wasser aufweist, und das Bindemittel eine funktionelle Gruppe aufweist, die Wasserstoffbindungen oder koordinative kovalente Bindungen mit den Teilchen bilden kann, und eine funktionelle Gruppe, die Wasserstoffbindungen mit dem faserförmigen Material bilden kann.
Vorzugsweise umfassen in dem vorstehend genannten Verfahren die Teilchen mehr als eine Art von Teilchen, und mindestens eine Art von Teilchen ist ein Super-Absorptionsmittelteilchen.
Vorzugsweise ist eine Art von Teilchen ein Nicht-Superabsorptionsmittelteilchen, das in einer Menge von 0,05 Prozent bis 10,0 Prozent des Gesamtgewichts des faserförmigen Materials und der Teilchen vorliegt.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Produkt, umfassend:

Holzzellstoff mit Wasserstoffbindungsfunktionalitäten; und ein Bindemittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem Glycerindiester, einem Polyglycerinoligomer, Harnstoff und Kombinationen davon.

Vorzugsweise ist das Bindemittel Glycerin.
Vorzugsweise liegt das Bindemittel in einer Menge von 2 Prozent bis 30 Prozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts, vor.
Vorzugsweise ist das Bindemittel Glycerin und Harnstoff.
Vorzugsweise liegt das Bindemittel in einer Menge von 2 Prozent bis 30 Prozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Produkts, vor.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein faserförmiges Produkt, umfassend: Faserförmiges Material, umfassend eine Faser mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität; und ein Bindemittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Glycerin, einem Glycerinmonoester, einem Glycerindiester, Harnstoff und Kombinationen davon, wobei das Bindemittel eine Flüchtigkeit von weniger als Wasser aufweist, das Bindemittel Bindemittelmoleküle umfasst, worin die Bindemittelmoleküle mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisen, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen bilden kann, und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung mit dem faserförmigen Material bilden kann, aufweisen, wobei eine wirksame Menge des Bindemittels auf den Fasern vorliegt, um die Teilchen und die Fasern zu binden.
Vorzugsweise umfasst in dem erfindungsgemäßen Verfahren das polymere Bindemittel wiederkehrende Einheiten und jede wiederkehrende Einheit hat mindestens eine funktionelle Gruppe, die mit dem faserförmigen Material eine Wasserstoffbindung bilden kann und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen bilden kann.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes, faserförmiges Produkt.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Absorptionsmittelgegenstand, der das erfindungsgemäße faserförmige Produkt umfasst.

Claims

Verfahren zum Binden von Teilchen an Fasern mit einem Bindemittel, umfassend die Schritte von: Bereitstellen von Fasern mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität; Bereitstellen von Teilchen mit einer eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung bildenden Funktionalität; Auswählen eines polymeren Bindemittels, wobei das polymere Bindemittel Bindemittelmoleküle umfasst, die Bindemittelmoleküle mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen bilden kann, und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung mit dem faserförmigen Material bilden kann, aufweisen, wobei das polymere Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus einem Polyglycol, einer Polycarbonsäure, einem Polycarboxylat, einem Poly(lacton)polyol, einem Polyamid, einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, einem Polysulfonat und Kombinationen davon ausgewählt ist, Aussetzen der Fasern ausreichenden Mengen des polymeren Bindemittels in Abwesenheit der Teilchen, wodurch mit Bindemittel beschichtete Fasern bereitgestellt werden und Inkontaktbringen der mit Bindemittel beschichteten Fasern und Teilchen unter Bedingungen, die die Bildung von nicht-kovalenten Bindungen begünstigen, um die Teilchen an die mit Bindemittel beschichteten Fasern zu binden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die funktionellen Gruppen jeweils Wasserstoffbindungen bilden können.
Faserförmiges Produkt, hergestellt nach dem Verfahren von Anspruch 1.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das polymere Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus einem Polyamin, einer Polycarbonsäure und einem Polyamid, ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel ein Polypeptid ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das polymere Bindemittel in einer Menge von 1 bis 80 Prozent auf das Gesamtgewicht der Fasern vorliegt und die Teilchen in einer Menge von 0,05 bis 80 Prozent, auf das Gesamtgewicht der Fasern und der Teilchen, vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen sind, die in einer Menge von 3 bis 70 Prozent, auf das Gesamtgewicht der Fasern und der Teilchen, vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Aussetzens der Fasern dem polymeren Bindemittel in Abwesenheit der Teilchen Bereitstellen des polymeren Bindemittels auf den Fasern in Abwesenheit der Teilchen, wodurch mit Bindemittel beschichtete Fasern bereitgestellt werden, und Belassen des polymeren Bindemittels auf den mit Bindemittel beschichteten Fasern zum Annehmen eines inaktiven Zustands umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin Aktivieren des polymeren Bindemittels auf den mit Bindemittel beschichteten Fasern aus dem inaktiven Zustand durch Anwenden von Wärme auf die mit Bindemittel beschichteten Fasern, Aufbringen eines aktivierenden Fluids auf die mit Bindemittel beschichteten Teilchen oder durch Anwenden von kinetischer Energie auf die mit Bindemittel beschichteten Fasern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Inkontaktbringens der mit Bindemittel beschichteten Fasern und Teilchen den Schritt des Aktivierens des polymeren Bindemittels aus dem inaktiven Zustand an einem zweiten Ort, der von einem ersten Ort entfernt ist, wo der Schritt des Aussetzens der Fasern dem polymeren Bindemittel durchgeführt wird, umfasst, damit die an den Fasern gebundenen Teilchen nicht zwischen dem ersten und zweiten Ort transportiert werden müssen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Fasern Holzzellstofffasern sind, die sich in einer Nasslegefaserbogen- oder -bahnfertigungsstrasse befinden, und das polymere Bindemittel auf die Fasern aufgetragen wird, während sich die Fasern auf der Nasslegebogen- oder -bahnfertigungsstrasse befinden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Inkontaktbringens von mit Bindemittel beschichteten Fasern und Teilchen Aktivieren des polymeren Bindemittels an den mit Bindemittel beschichteten Fasern aus einem inaktiven Zustand durch Zugeben eines Aktivierungsfluids auf die Fasern vor, gleichzeitig mit oder nach Einführen der Teilchen auf die mit Bindemittel beschichteten Fasern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Aktivierungsfluid Wasser in Form einer Flüssigkeit, eines Dampfes oder eines feuchten Gases umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fasern umfassen: vereinzelte Cellulosefasern, die Wasserstoffbindungsfunktionalitätsstellen aufweisen, wobei die vereinzelten Fasern in Gegenwart eines Vernetzungsmaterials gehärtet werden, zur Herstellung stark voluminöser Fasern mit kovalenten Vernetzungen innerhalb der Fasern, während Wasserstoffbindungsfunktionsstellen an den gehärteten Fasern zur Wasserstoffbindung verfügbar bleiben.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen umfassen, die ihre Teilchenform, wenn an die Fasern gebunden, beibehalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen umfassen, die ihre Teilchenform, wenn an die Fasern gebunden, beibehalten.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt des Verdichtens der Fasern und der gebundenen Teilchen durch Anwenden eines äußeren Drucks auf die Fasern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Verdichtens mit dem polymeren Bindemittel in einem aktiven Zustand stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen sind und der Schritt des Verdichtens mit dem polymeren Bindemittel in einem aktiven Zustand stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 17, einschließlich des Schritts des Formens der Fasern zu einer Bahn oder einem Bogen vor dem Verdichtungsschritt, sodass die Bahn oder der Bogen durch Anwenden äußeren Drucks auf die Bahn oder den Bogen verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Verdichtungsschritt Verdichten der Fasern und gebundenen Teilchen unter Umgebungstemperaturbedingungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teilchen in Wasser löslich sind und in dem polymeren Bindemittel schlecht löslich sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das polymere Bindemittel wiederkehrende Einheiten umfasst und jede wiederkeh rende Einheit mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung mit den Fasern bilden kann und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen bilden kann, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fasern Holzzellstofffasern sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das polymere Bindemittel in einer Menge von 1 bis 40 Gewichtsprozent der Fasern vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das polymere Bindemittel in einer Menge von 1 bis 25 Gewichtsprozent der Fasern vorliegt.
Faserförmiges Produkt, umfassend: Fasern mit einer Wasserstoffbindungsfunktionalität; Teilchen mit einer eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung bildenden Funktionalität; ein polymeres Bindemittel, wobei das polymere Bindemittel Bindemittelmoleküle umfasst, die Bindemittelmoleküle mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit den Teilchen und mindestens eine Wasserstoffbindung mit dem faserförmigen Material bilden kann, aufweisen, wobei das polymere Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus einem Polyglycol, einer Polycarbonsäure, einem Polycarboxylat, einem Poly(lacton)polyol, einem Polyamid, einem Polyamin, einer Polysulfonsäure, einem Polysulfonat und Kombinationen davon, ausgewählt ist und wobei das polymere Bindemittel auf den Fasern in einer Menge von 1 bis 80 Gewichtsprozent der Fasern vorliegt und die Teilchen an den Fasern in Teilchenform gebunden sind.
Produkt nach Anspruch 27, wobei das Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus einem Polyamin, einer Polycarbonsäure und einem Polyamid, ausgewählt ist.
Produkt nach Anspruch 27, wobei die Teilchen in Wasser löslich sind und in dem polymeren Bindemittel kaum löslich sind.
Produkt nach Anspruch 29, wobei die Teilchen Nicht-Wasser-Absorptionsmittelteilchen darstellen.
Produkt nach Anspruch 27, wobei die Teilchen Superabsorptionsmittelteilchen umfassen.
Produkt nach Anspruch 27, wobei die Fasern Holzzellstofffasern sind.
Produkt nach Anspruch 32, wobei die Holzzellstofffasern vereinzelte stark voluminöse Fasern sind, die zwischen den Fasern kovalente Bindungen aufweisen.
Produkt nach Anspruch 27, wobei das polymere Bindemittel in einer Menge von 1 bis 80 Gewichtsprozent der Fasern vorliegt.
Produkt nach Anspruch 27, wobei das polymere Bindemittel in einer Menge von 1 bis 40 Gewichtsprozent der Fasern vorliegt.
Produkt nach Anspruch 27, wobei das polymere Bindemittel in einer Menge von 1 bis 25 Gewichtsprozent der Fasern vorliegt.
Faserförmiges Produkt, umfassend: Holzzellstofffasern; und ein inaktives oder aktivierbares polymeres Bindemittel, wobei das polymere Bindemittel wiederkehrende Einheiten umfasst, wobei jede wiederkehrende Einheit mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung mit den Holzzellstofffasern bilden kann, und mindestens eine funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoffbindung oder eine koordinative kovalente Bindung mit einem Superabsorptionsmittelteilchen bilden kann, aufweist, wobei das Bindemittel in einer Menge von 1 bis 80%, auf das Gesamtgewicht des faserförmigen Materials, vorliegt.
Faserförmiges Produkt, hergestellt durch das Verfahren von Ansprüchen 7, 9, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 24, 25 oder 26.
Absorptionsmittelgegenstand, umfassend das faserförmige Produkt von Ansprüchen 3, 27, 31, 32, 33, 34, 35, 36 oder 37.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel eine Polycarbonsäure darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel ein Polyglycol darstellt.