DE10307867A1 - Mischung zur Herstellung permanent hydrophiler Polyolefinmaterialien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischung, die zur Herstellung hydrophiler Polyolefinmaterialien, insbesondere Fasern und/oder Filamente und/oder Vliese und/oder Vliesprodukte und/oder Produkte, beinhaltend ein Vlies, eingesetzt werden kann, und mindestens aus einem Polyolefin und einem Schmelzadditiv, enthaltend einen Fettsäureester, besteht, wobei eine extrudierte Ausgangsmischung vorgeschlagen wird, die eine nachträgliche Aktivierung des im Schmelzadditiv vorhandenen Fettsäureesters auf der Faseroberfläche durch Aufbringen einer Formulierung, die eine Silikonverbindung und eine quarternäre Ammoniumverbindung enthält, aufweist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischung zur Herstellung hydrophiler Polyolefinmaterialien, insbesondere Fasern und/oder Filamente und/oder Vliese und/oder Vliesprodukte und/oder Produkte, beinhaltend ein Vlies, mindestens bestehend aus einem Polyolefin und einem Schmelzadditiv, wobei die Mischung eine nachträgliche Aktivierung des im Schmelzeadditiv enthaltenen Fettsäureesters aufweist.
• Polyolefine, insbesondere Polyethylen, Polypropylen sowie deren Copolymere, sind als Materialien für die Herstellung von Vliesstoffen etabliert.
• Typische Anwendungen, in denen Vliesstoffe aus Polyolefinen eingesetzt werden, sind Hygieneprodukte (Baby- und Damenhygiene, Inkontinenzprodukte) sowie Filtermaterialien. Werden Vliese beispielsweise als Topsheet in Babywindeln eingesetzt, müssen Sie für Körperflüssigkeiten wie z.B. Urin permeabel sein. Aufgrund des ausgesprochen hydrophoben Charakters der Polyolefine ist dann eine hydrophile Ausrüstung notwendig, die vorzugsweise nachträglich in Form eines sogenannten Topical Treatments erfolgt. Dabei werden wässrige Flotten, die amphiphile, oberflächenaktive Substanzen enthalten, vorzugsweise kationische (quarternäre Ammoniumsalze), anionische (Sulfate, Phosphate) oder nichtionische (Ethoxylate, Ester, Alkohole, Silikone) Komponenten, bzw. Formulierungen aus diesen Substanzen, eingesetzt.
• Aus US 6,008,145 ist eine Rezeptur für die permanente Hydrophilierung von Polyolefinfasern, -filamenten und daraus hergestellten Textilien unter Verwendung quarternärer Ammoniumverbindungen bekannt.
• Nach US 963,929 und DE 19645380 werden nichtionische Tenside in Verbindung mit kationisch modifiziertem Polydimethylsiloxan eingesetzt.
• US 6,028,016 beschreibt eine Rezeptur und Methode, um Vliesstoffe dauerhaft benetzbar auszurüsten, wobei die Rezeptur einen Viskositätsmodifier zur gezielten Einstellung der Viskosität üblicherweise nicht verwendbarer oberflächenaktiver Substanzen aufweist, indem ein alkyliertes Polyglykosid in Verbindung mit oberflächenaktiven Substanzen, z.B. Mischungen aus modifiziertem Rizinusöl und Sorbitanmonooleat, verwendet wird.
• Eine weitere Methode zum hydrophilen Ausrüsten von Polyolefin- oder Polyesterfasern wird in DE 19851688 beschrieben, wobei eine Mischung aus Polyolefin oder Polyester sowie einer Verbindung, welche mindestens eine Substanz aus der Klasse der ethoxylierten Zuckerester beinhaltet, offenbart wird.
• In US 6,211,101 werden dauerhaft hydrophile Fasern und daraus hergestellte Vliesstoffe beschrieben, welche bevorzugt im medizinischen und Hygienebereich zum Einsatz kommen sollen und bei denen das Agens zur Ausrüstung der Fasern aus einem amphoionischen, oberflächenaktiven Betain und einem Dicarbonsäureester, hergestellt aus hochmolekularen Hydroxyfettsäureestern, besteht.
• In der Praxis zeigt sich allerdings, dass das Topical Treatment von Vliesstoffen mit folgenden Nachteilen verbunden ist:
• 1. Die oberflächenaktiven Substanzen werden im Gebrauch durch Urin und andere Körperflüssigkeiten ausgewaschen, wodurch die hydrophilen Eigenschaften sukzessive verloren gehen.
• 2. Die ausgewaschenen oberflächenaktiven Substanzen stören Absorptions- und Flüssigkeitsverteilungsprozesse in Hygieneprodukten.
• 3. Die Verteilung der oberflächenaktiven Substanzen auf dem Vlies erfolgt oftmals nur ungleichmäßig.
• Eine andere, weit weniger verbreitete Methode zur Hydrophilierung von Polyolefinvliesen ist es, bereits beim Faserspinnprozess amphiphile, oberflächenaktive Substanzen, sogenannte Schmelzadditive, zur Polymerschmelze hinzugegeben. Aufgrund von Phasenunverträglichkeit findet eine Migration von hydrophilen Resten an die Faseroberfläche statt. Die Migration findet im Verlaufe des Spinnprozesses in der Polymerschmelze aber auch noch nach dem Spinnprozess in der semikristallinen Faser statt.
• Zwar lassen sich in vielen Fällen von derartigen Vliesen praktisch keine oberflächenaktiven Substanzen eluieren, jedoch ist das Hydrophilieniveau, insbesondere beim ersten spontanen Benetzen, oftmals nicht ausreichend.
• Zum Einsatz von hydrophilen Schmelzadditiven werden in der US 5,439,734 Vliesstoffe mit dauerhafter Benetzbarkeit, bestehend aus einem Polyolefin und hydrophilen Additiven, welche Fettsäuren verestert mit dihydroxylierten Polyethylenglykolen umfassen, beschrieben.
• Des weiteren sind aus der US 5,969,026 benetzbare Fasern und Fäden bestehend aus Polymeren und eingearbeiteten Benetzungsreagenzien bekannt, wobei die Polymere aus der Klasse der Polyolefine, Polyester und Polyamide ausgewählt sind und die aktive Substanz essentiell aus einem Glycerid besteht.
• In den US 5,240,985 , US 5,272,196 , US 5,281,438 , US 5,328,951 , US 5,464,691 werden amphiphile Additive zur Modifizierung von Polyolefinen offenbart, dabei bestehen die amphiphile Verbindungen aus einer A-B-A-Kombination von zentraler hydrophiler Gruppe, z.B. Polyethylenglykol, verbunden mit zwei Seitengruppen, welche aus der Klasse der Fettsäuren oder langkettigen Alkohole selektiert werden.
• Bekannt sind weiterhin aus US 5,696,191 und US 5,641,822 oberflächenmigrierende, extrudierbare thermoplastische Mischungen, bestehend aus mindestens einem Polyolefin und einem Additiv, wobei das Additiv ein Polysiloxanpfropfcopolymer mit Polyalkenoxidseitenketten ist. Durch Extrusion der Mischung lassen sich benetzbare Vliesstoffe herstellen, welche auch nach zwei Jahren noch die entsprechenden Eigenschaften aufweisen.
• Ebenfalls bekannt sind aus US 20020019184 Polymere mit verbesserter Hydrophilee, welche erzeugt werden durch Zusatz einer entsprechenden Menge eines Additives, bestehend aus Fettsäuren verestert mit Polyethylenglykolen. In der US 20010008965 werden Multikomponentenfasern, bei welchen die erste Komponente aus einem hydrophoben Polypropylen und eine zweite Komponente aus einem Blend eines hydrophoben Polypropylen und einem hydrophilen Schmelzadditiv besteht, beschrieben, dabei ist die zweite Komponente an der Oberfläche der Fasern positioniert.
• WO 9842767A1, WO9842776A1 und WO9842898A1 offenbaren einen Prozess für die Herstellung einer Polyolefinmischung mit verbesserter Kompatibilität zu Adhesiven und/oder Coatings. Die Mischung besteht aus einem Polyolefin, einem migrierenden Amphiphilen und einem Übergangsmetall.
• In den Patenten US 20020002242A1 und WO0158987A2 wird eine Möglichkeit beschrieben, die Oberflächenenergie von polymeren Substraten durch Einsatz neuer amphiphiler Blockcopolymere zu erhöhen, indem die Blockcopolymere, bestehend aus linearen hydrophoben Polymeren oder Oligomeren und einem statistisch hyperverzweigten Polymer oder Oligomer, völlig oder partiell mit lipophilen Endgruppen ausgerüstet sind.
• Die US 5,582,904 beschreibt eine Methode und ein daraus resultierendes Produkt, wobei hydrophobe Polyolefinvliesstoffe mit hydrophilen Eigenschaften ausgerüstet werden. Hierzu wird der Polymerschmelze ein notwendiger Gehalt eines alkoxylierten Fettsäureamins, optional in Kombination mit bis zu 60 Gew-% eines primären Fettsäureamids, zugegeben.
• Weiterhin sind aus der WO 0071789 Polypropylenfasern und daraus herstellbare Gebilde bekannt, bei welchen ein Fettsäuremonoglycerid dem Polypropylen als Schmelzadditiv zugefügt wird und weitere Zusätze in Form von Hydrophilieverbesserern und antimikrobiellen Substanzen verwendet werden.
• Letztendlich werden in der WO 0242530 Fasern, Filamente und Vliesstoffe offenbart, die aus einem Schmelzeblend aus einem Polyolefin und einem Additiv bestehen, wobei das Additiv eine chemische Substanz, zusammengesetzt aus einer Alkylkette und einem hydrophilen Oligomer, ist. Die hergestellten Vliesstoffe zeigen eine dauerhafte Benetzbarkeit vorzugsweise gegenüber Körperflüssigkeiten.
• Die mit Schmelzadditiven hydrophilierten Hygienevliese zeichnen sich insbesondere durch die hohe Permanenz der hydrophilen Gruppen auf der Faseroberfläche aus. Das durch Schmelzadditive erreichte Hydrophilieniveau ist jedoch in vielen Fällen zu gering, um den Anforderungen in der Hygieneindustrie gerecht zu werden.
• An dieser Stelle setzt die Erfindung ein.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischung zur Herstellung hydrophiler Polyolefinmaterialien bereitzustellen, die die Hydrophilee von daraus erzeugten Fasern und/oder Filamenten und/oder Vliesen und/oder Vliesprodukten und/oder Produkten, beinhaltend ein Vlies, gezielt und dauerhaft auf dem für den Anwendungszweck erforderlichen Niveau gewährleistet und eine spontane Benetzbarkeit des Vlieses (initial wetting) besitzt.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Ansprüche 1 bis 13, durch eine Mischung bestehend aus einem Polyolefin und einem Schmelzadditiv, enthaltend einen Fettsäureester, gelöst, wobei die hydrophilen Gruppen der Fettsäureester dabei durch Aufbringen kleiner Mengen einer oberflächenaktiven Substanz eine nachträgliche Aktivierung an der Faseroberflächen aufweisen.
• Die Mischung, bestehend aus einem Polyolefin und einem Schmelzadditiv, enthaltend einen Fettsäureester, wird dabei in bekannter Art und Weise extrudiert, aus welcher in einem üblichen Verfahren Fasern und/oder Filamente und aus diesen wiederum anschließend Vliese und/oder Vliesprodukte und/oder Produkte, beinhaltend ein Vlies, hergestellt werden und anschließend erfindungsgemäß durch Aufbringen einer oberflächenaktiven Substanz, einer Formulierung in Form einer wässrigen Zubereitung, auf die Faser eine nachträgliche Aktivierung des Fettsäureesters erfolgt.
• Besonders bevorzugt ist eine Formulierung in Form einer wässrigen Zubereitung, die erfindungsgemäß eine kationisch modifizierte Silikonverbindung und eine quarternäre Ammoniumverbindung enthält, die ein quarternisierter Ester aus Fettsäuren und Triethanolamin ist. Dabei ist die Formulierung in Form einer wässrigen Zubereitung bevorzugt physikalisch auf der Faseroberfläche fixiert.
• In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Mischung 0, 01 bis 0, 5 Gew-%, vorzugsweise 0, 05 bis 0, 15 Gew-% der Formulierung zur Aktivierung des im Schmelzadditiv enthaltenen Fettsäureesters auf der Faseroberfläche auf.
• Die Erfindung betrifft weiterhin eine Faser und/oder ein Filament und/oder ein Vlies und/oder Vliesprodukte und/oder Produkte, beinhaltend ein Vlies, hergestellt aus der erfindungsgemäßen Mischung.
• Gemäß einer Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Vlies Durchdringzeiten (Repeated Strike Through Time) nach der EDANA Testmethode ERT 150.3-96 von kleiner als 5 s auf.
• Weiter bevorzugt weist das Vlies bei Bestimmung des Überlaufgewichts gemäß EDANA Testmethode ERT 152.0-99 (Repeated Run-Off) ein Überlaufgewicht von weniger als 25 Gew-% der Testflüssigkeit, bezogen auf die aufgegebene Flüssigkeitsmenge, auf.
• Nachstehend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
• Kommerziell erhältliche Polyolefine, vorzugsweise Polypropylene oder Propylenhomopolymere mit einer Standardgrundstabilisierung für den Extrusionsprozess wurden als Grundrezeptur der Ausgangsmischungen für die Muster 1 bis 10 genutzt, was der Tabelle 1 zu entnehmen ist, wobei den Ausgangsmischungen für die Muster 6 bis 10 vor dem Extrudieren als Schmelzadditiv 2 Gew-% Hecoslip 103 PO sowie 0,4 Gew-% TiO₂-Masterbatch zugegeben wurden.
• Unter Verwendung des Lurgi-Docan Spunbondprozesses wurden aus diesen Mischungen unter identischen Verfahrensbedingungen Polypropylenvliesstoffe mit einem Basisgewicht von jeweils 30g/m² hergestellt.
• Die erfindungsgemäße Aktivierung der Fettsäureester, der mit Schmelzadditiv hydrophilierten Vliese aus den Mischungen 8 bis 9 erfolgte mittels Handsprühpistole durch Aufbringen einer Formulierung B in Form einer wässrigen Zubereitung, enthaltend unter anderem eine Silikonverbindung, die kationisch modifiziert ist und eine quarternäre Ammoniumverbindung, die ein quarternisierter Ester aus Fettsäuren und Triethanolamin ist, auf das Vlies und anschließender Trocknung bei Raumtemperatur über einen Zeitraum von 10 Stunden. Zum Vergleich hierzu wurde die Mischung 7 in gleicher Art unter Verwendung einer Formulierung A in Form einer wässrigen Zubereitung behandelt, wobei die Mischungen folgende Mengen an Formulierungen A bzw. Formulierungen B aufweisen

  Muster 7:	0,15 Gew-% Formulierung A
  Muster 8:	0,05 Gew-% Formulierung B
  Muster 9:	0,15 Gew-% Formulierung B

• Wie der Tabelle 1 zu entnehmen ist, enthalten die Mischungen der Muster 2 bis 5 aus reinem Polypropylenvlies als Referenz ebenfalls verschiedene Mengen an Formulierungen A und Formulierungen B.
• Zudem weist das Muster 10 eine Behandlung mit reinem Wasser auf. Damit wird der aktivierende Effekt der reinen Befeuchtung ohne Verwendung der Formulierung A bzw. Formulierung B untersucht.
• Die Hydrophilie der Muster bzw. Permanenz der hydrophilen Eigenschaften wurden durch Repeated Strike Through Time Messungen gemäß der EDANA Testmethode ERT 154.0.00 bzw. Repeated Run Off Messungen gemäß der EDANA Testmethode ERT 152.0-99) ermittelt (Tabellen 1 und 2).
• Tabelle 1: Repeated Strike Through Time

  
• Tabelle 2: Repeated Run-Off

  
• Erwartungsgemäß weist das Muster 1 die für Polyolefine typischen hydrophoben Eigenschaften auf, die durch lange Durchdringungszeiten gekennzeichnet sind.
• Das erfindungsgemäße Aufbringen der Formulierung A (Muster 7) führt dazu, dass kurzfristig das Hydrophilieniveau (niedrigere Strike Through- und Run Off Werte) des mit Schmelzadditiv ausgerüsteten Vlieses verbessert wird. Allerdings verschlechtern sich die Run-Off Werte mit zunehmender Zahl der Wiederholung.
• Dennoch bewirkt die geringe Menge der Formulierung A (0,05 Gew-% bei Muster 7), die auf dem reinen PP-Vlies (Muster 2) noch keinen hydrophilierenden Effekt zeigt, in Kombination mit einem hydrophilierenden Schmelzadditiv (Muster 7) eine signifikante Verbesserung der Permanenz der Hydrophilie.
• Überaschenderweise wurde beim erfindungsgemäßen Aufbringen geringer Mengen der Formulierung B (Muster 8 – 9) gefunden, dass sowohl das Hydrophilieniveau (niedrigere Strike Through- und Run Off Werte) als auch die Permanenz der hydrophilen Eigenschaften, gegenüber einem nur mit Schmelzadditiv modifizierten Vlies (Muster 6) verbessert wird.
• Die in geringen Mengen nachträglich aufgebrachte Formulierung B, enthaltend ein kationisch modifiziertes Silicon und eine quarternäre Ammoniumverbindung, dient offensichtlich als Aktivator.
• Während die Muster 3 – 5 ab dem 2. gush bei Repeated-Strike-Through und -Run-Off Messungen eine starke Abnahme der Hydrophilie aufweisen, welche auf ein Auswaschen der Formulierung B zurückzuführen ist, zeigen Muster 8 und 9 eine Verbesserung der Permanenz der Hydrophilie.
• Durch die Aktivierung eines mit einem Schmelzadditiv modifizierten Vlieses mit Hilfe geringer Mengen der Formulierung B, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gew-% werden erfindungsgemäß Vliese entsprechend Muster 8 und 9 erhalten, die sich durch gute, dauerhafte Hydrophilie auszeichnen. Dieses Eigenschaftsprofil ist mit der Formulierung B alleine und ohne den Einsatz eines Schmelzadditivs nicht zu erzielen. Eine Auflagemenge von 0,3 Gew-% der Formulierung B auf einem reinen PP-Vlies entsprechend Muster 5 ist zu niedrig, um dem Material eine den Mustern 8 und 9 vergleichbare Hydrophilie und Permanenz der Hydrophilie zu verleihen. Ein Vergleich der Hydrophilie sowie Permanenz der hydrophilen Eigenschaften von Muster 10 und Muster 6 zeigt, dass die Behandlung nur mit reinem Wasser keine signifikanten aktivierenden Effekte bewirkt. Vorteilhafterweise zeichnen sich die durch nachträgliche Aktivierung des hydrophilen Schmelzadditivs hergestellten Vliese deutlich durch eine verbesserte Hydrophilie im Vergleich zu einem nicht aktivierten Vlies aus, insbesondere bei spontaner Benetzung des trockenen Vlieses.

Claims (13)

1. Mischung zur Herstellung hydrophiler Polyolefinmaterialien, insbesondere Fasern und/oder Filamente und/oder Vliese und/oder Vliesprodukte, die mindestens aus einem Polyolefin und einem Schmelzadditiv, enthaltend einen Fettsäureester, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsmischung eine nachträgliche Aktivierung des im Schmelzadditiv enthaltenen Fettsäureesters auf der Faseroberfläche durch Aufbringen einer oberflächenaktiven Substanz in Form einer Formulierung, die eine Siliconverbindung und eine quarternäre Ammoniumverbindung, enthält, aufweist.
2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliconverbindung kationisch modifiziert ist.
3. Mischung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die quarternäre Ammoniumverbindung ein quarternisierter Ester aus Fettsäuren und Triethanolamin ist.
4. Mischung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formulierung zur nachträglichen Aktivierung des verwendeten Fettsäureesters auf der Faseroberfläche eine wässrige Zubereitung ist.
5. Mischung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formulierung zur nachträglichen Aktivierung des verwendeten Fettsäureesters auf der Faseroberfläche bevorzugt physikalisch auf der Oberfläche fixiert ist.
6. Mischung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese 0,01 bis 0,5 Gew-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,15 Gew-%, der Formulierung zur Aktivierung des verwendeten Fettsäureesters auf der Faseroberfläche aufweist.
7. Faser, hergestellt aus einer Mischung gemäß einem der Ansprüche 1 – 6.
8. Filament, hergestellt aus einer Mischung gemäß einem der Ansprüche 1 – 6.
9. Vlies, hergestellt aus einer Mischung gemäß einem der Ansprüche 1 – 6.
10. Vlies, gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Durchdringzeit (Repeated Strike Through Time Messungen) gemäß EDANA Testmethode ERT 150.3-96 von kleiner als 5 s aufweist.
11. Vlies, gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es bei Bestimmung des Überlaufgewichts gemäß EDANA Testmethode ERT 152.0-99 (Repeated Run-Off) ein Überlaufgewicht von weniger als 25 Gew-% der Testflüssigkeit, bezogen auf die aufgegebene Flüssigkeitsmenge, aufweist.
12. Produkt, beinhaltend ein Vlies gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11.
13. Verwendung einer Mischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von Fasern und/oder Filamenten und/oder Vliesen und/oder Vliesprodukten.