Verfahren zur Verfestigung von nicht gewebten, textilen Flächengebilden und nach dem Verfahren hergestelltes Flächengebilde
Es sind Verfahren bekannt, nicht gewebte, textile Flächengebilde, die nachfolgend als Faservliese bezeichnet werden, durch Applizieren von Polymerdispersionen oder von Lösungen polymerer Substanzen zu binden.
In beiden Fällen wird nach Tränken der Vliese das Dispersions- bzw. Lösungsmittel entfernt, beispielsweise durch Abdampfen. Das im Vlies verbleibende Polymer verklebt die Fasern desselben miteinander.
Es sind weiter Verfahren bekannt, nach denen Lösungen von Polyurethanen zum Vliesbinden eingesetzt werden und das Polymer aus der Lösung durch Tauchen der Vliese in einen Nichtlöser ausgefällt wird.
Das Polymer lagert sich dabei m mikroporöser Form zwischen den Fasern des Vlieses ab und verbindet diese miteinander.
Vliese mit hohem Bindemittelanteil, beispielsweise solche mit mehr als 30 Gew.%, bezogen auf das Vliesgewicht, werden für Syntheseleder benötigt. Nach bekannten Verfahren lassen sich Vliese mit mehr als 30 Gew.% Bindemittel auch dann, wenn die Bindemittel elastischen Charakter aufweisen, beispielsweise wenn sie aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk oder aus Pholyurethanelastomeren bestehen, häufig nur mit brettartigem, hartem Griff und hoher Steifigkeit herstellen. Diese Eigenschaften sind jedoch von Nachteil für Vliese, die als Basismaterial für Syntheseleder verwendet werden.
Geschmeidige und im Griff weiche, mit Polymeren gebundene Vliese hohen Bindemittelgehalts lassen sich nach bekannten Verfahren dadurch herstellen, dass man zur Vliesbildung Fasermaterial verwendet, das aus der Mischung verschiedener Polymerer mit unterschiedlichen Löslichkeitseigenschaften besteht, beispielsweise einer Mischung aus Polyamid und Polystyol und man aus diesem nach dem Binden des Vlieses den leichter löslichen Faseranteil mit geeigneten Lösungsmitteln extrahiert. Dabei eliminiert man einen Teil der ursprünglichen Haftpunkte zwischen Fasern und polymerem Bindemittel und erhält so ein weiches, flexibles Vlies.
Das Herauslösen eines die Fasern bildenden polymeren Anteils, der von der Faserherstellung her unregelmässig über Faserquerschnitt und 4zange verteilt ist, führt naturgemäss zu Fehlstellen in den Fasern und damit zur Verschlechterung von deren Festigkeit, was sich nachteilig in den Vlieseigenschaften bemerkbar macht.
Es ist weiter ein Verfahren zur Herstellung von porösen, hochsaugfähigen Faservliesen durch eine in mindestens zwei Stufen durchgeführte Imprägnierung bekannt. Dabei werden die mit Latex vorimprägnierten und vulkanisierten Gebilde einer zweiten Imprägnierung unterworfen. Mit der zweiten Imprägnierung werden lösliche Porenbildner in das Faservlies eingeführt. Nach dem zweiten Imprägnier-Schritt werden die Gebilde zwecks Entfernung der löslichen Porenbildner mit Wasser gewaschen.
Dieses bekannte Verfahren hat die Herstellung von porösen, chemisch gebundenen Faservliesen zum Gegenstand. Das mit dem zweiten Imprägnier-Schritt zugesetzte lösliche porenbildende Mittel fungiert nicht als Umhüllungsmittel für die Fasern, schon deshalb nicht, weil diese bereits im ersten Imprägnier-Schritt im wesentlichen von dem Imprägnier-Mittel umschlossen worden sind. Durch das Herauslösen der porenbildenden Mittel aus dem verfestigten Vlies entstehen zwar Poren im Bindemittel, es tritt jedoch keine Faser Binder-Trennung ein.
Weiterhin ist ein nicht gewebtes Flächengebilde bekannt, welches an der Faseroberfläche Kanäle aufweist, die durch Streckung des Flächengebildes erhalten worden sind. Das bekannte Vlies mit Fasern der genannten Textur ist jedoch auch nicht zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe geeignet, da beim Inkorporieren von chemischen Bindemitteln in bekannter Weise in ein derartiges Vlies auch die Kanäle auf der Faseroberfläche von Bindemittel ausgefüllt würden, so dass die feste Haftung des Bindemittels an den Fasern durch Absorptionskräfte genauso gegeben wäre wie bei Fasern mit im wesentlichen unprofilierter Oberfläche.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Möglichkeit zu schaffen, ein Vlies herzustellen, das trotz hohem Anteil an polymerem Bindemittel weich und geschmeidig ist und sich als Basismaterial für Syntheseleder eignet.
I)emgemäss ist Gegenstand der Erfindung: a) ein Verfahren zur Verfestigung von nicht gewebten, textilen Flächengebilden aus gleichartigen oder ungleichartigen Fasern, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man zuerst die Oberfläche der Fasern mit umhüllenden Überzügen aus polymerem Material versieht und dann durch Inkorporieren eines polymeren Bindemittels in das textile, nicht gewebte Flächengebilde die umhüllten Fasern miteinander verbindet und den die Fasern umhüllenden Überzug aus dem polymeren Material gleichzeitig oder anschliessend entfernt; sowie b) das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte nicht gewebte, verfestigte, textile Flächengebilde.
Man erhält nach dieser Verfahrensweise ein nicht gewebtes, verfestigtes, textiles Flächengebilde, dessen Faserskelett weitgehend frei in den durch Her,auslösen der die Fasern umhüllenden primären Überzügen entstandenen Hohlräumen des polymeren Bindersystems eingelagert ist. Hieraus resultiert eine leichte Deformierbarkeit des Flächengebildes bei Biegebeanspruchung.
Das Flächengebilde ist weich und weist einen angenehm schmiegsamen Griff und gute Drapierfähigkeit auf. Infolge des beschriebenen Aufbaues kann das Flächengebilde eine weitere wichtige Forderung, die an ein zur Bereitung von Vollsyntheseleder geeignetes Basismaterial gestellt wird, erfüllen: Erwünscht ist, dass bei Anwendung von Zugkräften die Anfangsdehnung bereits bei einem geringen Kraftaufwand erfolgt, während eine weitere Dehnung erst bei erheblich höherem Kraftaufwand möglich sein soll.
Das nach der Erfindung herstellbare Flächengebilde trägt dieser Forderung Rechnung.
Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden nachfolgend näher beschrieben.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird ein Vlies zum Zweck der Bildung von die Fasern des Vlieses umhüllenden Überzügen in eine Flüssigkeit getaucht wobei diese entweder aus einer in Lösungsmitteln gelösten polymeren Substanz oder aus in flüssiger Phase dispergierten Polymerteilchen besteht. Die Temperatur der Badflüssigkeiten kann zwischen Raumtemperatur und 80 C liegen. Bevorzugt werden als Badflüssigkeiten Lösungen von Polymeren, deren Konzentration bis zu 50 Gew.%, vorzugsweise jedoch im Bereich von 1 bis 10 Ges.%, betragen.
Nach dem Tauchen wird von überschüssiger Lösung oder Dispersion befreit, beispielsweise, indem man das getauchte Vlies durch Walzenpaare hindurchführt.
Anschliessend wird das in dem Vlies enthaltene Lösungs- oder Dispersionsmittel durch Erhitzen entfernt.
Die Erhitzung erfolgt im allgemeinen durch Einwirkung eines warmem Luftstromes.
Diesen geschilderten ersten Verfahrensschritt kann man gegebenenfalls mehrfach hintereinander durchführen, dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn man mit Lösungen oder Dispersionen von polymerem Material mit geringem Feststoffgehalt arbeitet.
Das nach dem ersten Verfahrensschritt erhaltene Vlies soll mindestens 5 Gew.,O polymere Substanz, bezogen auf das Vliesgewicht, enthalten.
Geeignete Polymere zur Ausbildung des faserumhüllenden Überzuges sind Polymerisate der Vinylreihe, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylacetat und Polystyrol sowie Mischpolymerisate aus den Monomeren, die die genannten Homopolymerisate aufbauen. Besonders geeignet sind jedoch solche Polymere, die in wässrigen Lösungen angewendet werden können, wie Polyacrylsäure bzw. deren Salze, Polyvinylalkohol, Algin- oder Pektinsäure bzw. deren Salze, insbesondere haben sich als vorteilhaft wasserlösliche Cellulosederivate vom Typ der Methyl-, Hydroxyäthyl- und Carboxymethylcellulose erwiesen.
Geeignete Vliese können nach bekannten Verfahren, beispielsweise auf Krempelmaschinen, auf aerodynamischen Vliesbildnern oder nach der Papiermachertechnik hergestellt werden. Geeignete Ausgangsvliese haben ein Flächengewicht im Bereich von 50 bis 500 glm2, vorzugsweise ein solches im Bereich von 150 bei 300 g/m2. Diese Vliese werden gegebenenfalls einem Nadelungsprozess unterworfen, hierbei wird eine Stichdichte im Bereich von 40 bis 400 Stichen/cm2 angewendet, vorzugsweise weisen die Vliese eine Stichdichte im Bereich von 150 bis 300 Stichenlcm2 auf.
Geeignete Fasern zum Aufbau der Vliese sind solche aus Polyacrylnitril, Polyamiden, Polyurethanen, halogenierten Vinylverbindungen und deren Mischpolymerisate mit Vinylacetat sowie Abmischungen der genannten Komponenten untereinander, insbesondere jedoch solche aus Polyester. Die Vliese können aus einheitlichem Fasermaterial oder auch aus Fasermischungen aufgebaut sein, beispielsweise aus Mischungen von syntheti schen und natürlichen Fasern.
Die das Vlies aufbauenden synthetischen Fasern können untereinander chemisch gleichartig oder ungleichartig sein. Es ist auch möglich, dass die Fasern gleiche oder ungleiche physikalische Kenndaten aufweisen, als Beispiel für solche physikalischen Kenndaten seien der ErweichungspunDkt, die Schrumpftendenz, die Länge der
Fasern und der Titer derselben genannt.
In einem zweiten Verfahrensschritt werden nun die mit einem Überzug aus polymerem Material umhüllten Fasern, die untereinander nur verhältnismässig wenig Kontaktstellen aufweisen, mit einem weiteren Polymer, das sich von dem zuerst verwendeten durch seinen che mischen Aufbau so unterscheidet, dass eine Lösung in den Lösungsmitteln, die den polymeren Faserüberzug zu lösen imstande sind, nicht erfolgt, mineinander ver bunden. Diese als Bindematerialien fungierenden Poly mere müssen elastischen Charakter aufweisen, um zur geforderten hohen Festigkeit, Dehnung und Verform barkeit der Vliese beitragen zu können.
Das Einbringen der polymeren Bindemittel in das
Vlies geschieht im allgemeinen durch Tauchen in einem
Bad, das die in organischen Lösungsmitteln gelösten oder als wässrige Dispersionen vorliegenden polymeren
Bindemittel enthält, wobei bei einer Konzentration im
Bereich von 0,05 g/g Badflüssigkeit bis 0,70 g/g Bad flüssigkeit, vorzugsweise im Bereich von 0,10 bis 0,50 glg
Badflüssigkeit gearbeitet wird. Die Badtemperatur liegt dabei im allgemeinen zwischen Raumtemperatur und
1200 C. Gegebenenfalls kann der Tränkvorgang mehr mals wiederholt werden. Nach dem Tränkvorgang wird das Vlies von überschüssiger Badflüssigkeit befreit, beispielsweise durch Abquetschen zwischen einem Walzenpaar.
Das Lösungs- oder Dispersionsmittel wird aus dem Vlies durch Abdampfen entfernt.
Das Vlies enthält nach dieser Behandlung 20 bis 400 Gew.%, vorzugsweise jedoch 65 bis 150 Gew.% polymeres Bindemittel, bezogen auf den Faseranteil.
Nach einer bevorzugten Verfahrensvariante wird das Vlies, dessen Fasern mit einem polymeren Überzug umhüllt sind, mit einer Lösung aus Polyurethanen in mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln getränkt, die überschüssige Lösung aus dem Vlies durch Abquetschen oder Abstreifen entfernt und das Vlies in ein Bad eingeführt, das Wasser oder eine Mischung des verwendeten Lösungsmittels mit Wasser enthält. Die Badtemperatur kann dabei 10 bis 950 C betragen, durch diese Behandlung wird das Polyurethan im Vlies in mikroporöser Form auslge,fällt und verbindet die Fasern miteinander, gleichzeitig wird das Lösungsmittel ausgewaschen.
Geeignete polymere Bindemittel sind Elastomere, beispielsweise natürliche oder synthetische Kautschuktypen. Bevorzugt werden jedoch solche Elastomere, die auf Polyurethanbasis aufgebaut sind und durch Umsetzung von Polyisocyanaten mit Polyhydroxylverbindungen vom Typ der Polyester und der Polyäther zugänglich sind. Ihre Herstellung geschieht über die Stufe eines NCO-gruppenhaltigen Präpolymers unter Verwendung von niedermolekularen, kettenverlängernd wirkenden Haciden Verbindungen oder nach der sogenannten one-shot-Methode und ist nicht Gegenstand dieser Erfindung.
Geeignete Lösungsmittel für die Polyurethane sind Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxyd, Butyrolakton, insbesondere jedoch Dimethylformamid. Die Lösungen oder Dispersionen der verwendeten Elastomere können mit löslichen Farbstoffen oder Pigmentfarbstoffen, Füllstoffen, Weichmachern und anderen Zusatzstoffen versehen werden.
Um die relativ freie Lagerung des Faserskeletts innerhalb des Bindemittelsystems zu erreichen, muss der die Fasern umhüllende polymere Überzug entfernt werden.
Dies geschieht in einem dritten Verfahrensschritt durch Einwirkung geeigneter Lösungsmittel auf das mit hochpolymerem Bindemittel verfestigte Vlies. Hierdurch wird der polymere Überzug der Fasern gelöst.
Geeignete Lösungsmittel zum Lösen der die Fasern umhüllenden Überzüge aus polymerem Material auf Basis von Polymeren oder Copolymeren der Vinylreihe sind beispielsweise Toluol, Xylol, Tetralin, Dekalin sowie viele andere organische Lösungsmittel.
Bestehen die Faserüberzüge aus wasserlöslichen Polymeren, beispielsweise aus Cellulosederivaten der oben erwähnten Art, so lassen sich diese nach dem Binden des Vlieses sehr einfach durch Waschen desselben mit Wasser, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur, entfernen. Besonders einfach und rationell gestaltet sich das Verfahren dann, wenn wasserlösliche Polymere zum Herstellen der Faserüberzüge und Poyurethane zum Aufbau des eigentlichen Bindesystems verwendet werden: Das mit einem wasserlöslichen polymeren Über- zug versehene Faserskelett des Vlieses wird mit einer Lösung aus Polyurethan in einem mit Wasser mischbaren Lösungmittel getränkt, die überschüssige Polyurethanlösung durch Abstreifen oder Abquetschen entfernt und anschliessend wird in einem Wasserbad, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur, getaucht.
Hierbei wird das Polyurethan mikroporös im Inneren des Vlieses ausgefällt und gleichzeitig der die Fasern umhüllende wasserlösliche polymere Überzug von den Fasern abgelöst. Nach vollständigem Auswaschen wird das Vlies getrocknet.
In der Zeichnung, teilweise im Schnitt ausgeführt, wird schematisch dargestellt, wie nach dem Verfahren der Erfindung der Faserverbund im Vlies zustandekommt.
Fig. 1 stellt drei Fasern eines Vlieses dar, die sich überschneiden.
Fig. 2 stellt diese Fasern nach Durchführung des ersten Verfahrensschrittes mit einem Überzug aus polymerem Material dar.
Fig. 3 stellt dar, wie nach Durchführung des 1.
und 2. Verfahrensschrittes das polymere Bindemittel die umhüllten Fasern umschliesst.
Fig. 4 lässt die Umschliessung der Fasern mit polymeren Bindemitteln erkennen, welche durch das Entfernen der polymeren Hülle der Fasern nach Ausführung des dritten Verfahrensschrittes diesen nun nicht mehr eng anliegt, es sind Hohlräume zwischen der Faseroberfläche und dem polymeren Bindemittel entstanden.
In den Fig. 1 bis 4 bedeutet l eine Faser des Vlieses, 2 den umhüllenden Überzug aus polymerem Material, der eine Faser 1 umgibt, 3 die verbindende Umschliessung aus polymerem Material und 4 der durch Entfernen der Hülle 2 entstandenen Hohlraum zwischen Faser 1 und Umschliessung 3.
Beispiel 1
Ein auf einem Randowebber abgelegtes Wirrvlies, bestehend aus einer Mischung von 50 Gew.% hochschrumpffähiger Polyesterfasern mit einem Titer von 1,2 den und einer Faserlänge von 20 mm und 50 Gew.% nichtschrumpffähiger Polyesterfasern mit einem Titer von 1,2 den und einer Faserlänge von 40 mm, wird auf einem üblichen Nadelstuhl genadelt, bis die Stichdichte 260/cm2 beträgt. Nach Heisswasserbehandlung bei 950 C, Trocknung und thermischer Fixierung bei 2100 C besitzt das Vlies ein Flächengewicht von 250 g/m2.
Man taucht es in einer 2%gen wässrigen Lösung von Methylcellulose (Glutolint der Firma Kalle AG, Wiesbaden-Biebrich), entfernt überschüssige Lösung zwischen Quetschwalzen und trocknet. Der Gehalt an Methylcellulose beträgt 9 %, bezogen auf das Fasergewicht.
Zur Herstellung der Binderlösung werden 3000 g eines Polyesters der OH-Zahl 78,5 und Säurezahl 0,16 aus Adipinsäure und Dibutylenglykol mit 1362 g Diphenylmethan-4,4-diisocyanat bei 800 C während 30 min zu einem Präpolymer mit 6,45 % NCO umgesetzt. Nach Lösen in 4320 g Dimethylformamid wird mit 149,5 g Wasser als Kettenverlängerer umgesetzt und die viskose Lösung durch weiteres Dimethylformamid auf eine Feststoffkonzentration von 20 Gew.% gebracht. Zur Anfärbung versetzt man die Lösung mit 1,5 % einer Russanteigung (MelustralschwarzO der Farbwerke Hoechst).
Das mit Methylcellulose vorbehandelte Vlies wird in die Polyurethanlösung getaucht, bis es gleichmässig von ihr durchtränkt ist, der Überschuss an Lösung wird durch ein Rakelmesser beidseitig abgestreift. Dann wird durch Einbringen des Vlieses in eine Mischung von 30 Teilen Dimethylformamid und 70 Teilen Wasser bei 40 C das Polyurethan ausgefällt. Anschliessend entfernt man durch Waschen mit Wasser restliche Methylcellulose und überschüssiges Dimethylformamid und trocknet das gebundene Vlies bei 1200 C. Beide Vlies seiten werden mittels einer Schleifmaschine geglättet.
Der Bindergehalt, bezogen auf das Fasergewicht, beträgt 100 cd. Das Vlies besitzt eine hohe Sprungelastizität, gutes Roll-, Knick- und Biegeverhalten und einen angenehmen weichen Griff. Zur Messung der Schmiegsamkeit diente der Shirley-Stiffness-Tester der Firma Shirley Development, Ltd., Manchester:
Vliesdicke Biegelänge Biegesteife Biegemodul (mm) (cm) (mg X cm) (kg X cm2)
0,78 5,90 6860 175
Vergleichsversuch
Das Faservlies aus Beispiel 1 wird, ohne Vorbehandlung mit Methylcellulose, direkt mit der Polyurethanlösung gebunden. Der Bindergehalt des geschliffenen Vlieses liegt bei 100 %. Das Vlies zeigt einen harten, brettartigen Griff und unbefriedigendes Roll-, Knick- und Biegeverhalten.
Die mangelnde Schmiegsamkeit geht aus folgenden Messwerten hervor:
Vliesdicke Biegelänge Biegesteife Biegemodul (mm) (cm) (mg X cm) (kg X cm2)
0,78 6,13 13100 333