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
Process for the consolidation of non-woven, textile fabrics and fabrics produced by the process
Methods are known for binding non-woven, textile fabrics, which are hereinafter referred to as fiber webs, by applying polymer dispersions or solutions of polymeric substances.
In both cases, after the nonwovens have been soaked, the dispersion or solvent is removed, for example by evaporation. The polymer remaining in the fleece bonds the fibers of the same to one another.
Processes are also known according to which solutions of polyurethanes are used for binding fleece and the polymer is precipitated from the solution by immersing the fleece in a non-solvent.
The polymer is deposited in a microporous form between the fibers of the fleece and connects them to one another.
Nonwovens with a high binder content, for example those with more than 30% by weight, based on the weight of the nonwoven, are required for synthetic leather. According to known processes, nonwovens with more than 30% by weight of binder can often only be produced with a board-like, hard handle and high stiffness, even if the binders are elastic, for example if they are made of natural or synthetic rubber or polyurethane elastomers. However, these properties are disadvantageous for nonwovens which are used as the base material for synthetic leather.
Pliable and soft to the touch, polymer-bonded nonwovens with a high binder content can be produced by known processes in that, for the formation of the nonwoven, fiber material is used which consists of a mixture of different polymers with different solubility properties, for example a mixture of polyamide and polystyrene, and one afterwards from this After binding the fleece, the more easily soluble fiber content is extracted with suitable solvents. This eliminates part of the original adhesive points between the fibers and the polymeric binder and thus creates a soft, flexible fleece.
The dissolving out of a polymeric fraction forming the fibers, which is irregularly distributed over the fiber cross-section and tongs during fiber production, naturally leads to flaws in the fibers and thus to a deterioration in their strength, which is noticeable in the fleece properties.
There is also known a method for producing porous, highly absorbent fiber webs by impregnation carried out in at least two stages. The structures pre-impregnated with latex and vulcanized are subjected to a second impregnation. With the second impregnation, soluble pore formers are introduced into the fiber fleece. After the second impregnation step, the structures are washed with water to remove the soluble pore formers.
This known method has the production of porous, chemically bonded nonwovens as an object. The soluble pore-forming agent added in the second impregnation step does not function as a coating agent for the fibers, if only because they have already been essentially enclosed by the impregnation agent in the first impregnation step. The removal of the pore-forming agents from the solidified fleece does indeed create pores in the binder, but there is no fiber-binder separation.
Furthermore, a non-woven fabric is known which has channels on the fiber surface which have been obtained by stretching the fabric. However, the known fleece with fibers of the texture mentioned is also not suitable for achieving the object on which the invention is based, since when chemical binders are incorporated into such a fleece in a known manner, the channels on the fiber surface would also be filled with binder, so that the solid Adhesion of the binder to the fibers through absorption forces would be given in exactly the same way as with fibers with an essentially unprofiled surface.
The object of the invention is to create the possibility of producing a fleece which, despite a high proportion of polymeric binder, is soft and pliable and is suitable as a base material for synthetic leather.
I) according to the subject matter of the invention: a) a process for the consolidation of non-woven, textile fabrics from similar or dissimilar fibers, which is characterized in that the surface of the fibers is first provided with enveloping coatings of polymeric material and then by incorporating a polymeric binder in the textile, non-woven sheet-like structure connects the covered fibers to one another and simultaneously or subsequently removes the coating covering the fibers from the polymeric material; and b) the non-woven, consolidated, flat textile structure produced by the process according to the invention.
According to this procedure, a non-woven, consolidated, textile fabric is obtained, the fiber skeleton of which is largely freely embedded in the cavities of the polymeric binder system created by the primary coatings surrounding the fibers. This results in a slight deformability of the flat structure when it is subjected to bending.
The fabric is soft and has a pleasantly pliable handle and good drapability. As a result of the structure described, the flat structure can meet another important requirement that is placed on a base material suitable for the preparation of fully synthetic leather: It is desirable that when tensile forces are applied, the initial stretching takes place with a small amount of force, while further stretching only takes place with considerable effort greater effort should be possible.
The planar structure that can be produced according to the invention takes this requirement into account.
Embodiments of the subject matter of the invention are described in more detail below.
According to the process according to the invention, a fleece is immersed in a liquid for the purpose of forming coatings enveloping the fibers of the fleece, which liquid consists either of a polymeric substance dissolved in solvents or of polymer particles dispersed in the liquid phase. The temperature of the bath liquids can be between room temperature and 80 ° C. The preferred bath fluids are solutions of polymers whose concentration is up to 50% by weight, but preferably in the range from 1 to 10% by weight.
After dipping, excess solution or dispersion is removed, for example by passing the dipped fleece through pairs of rollers.
The solvent or dispersion medium contained in the fleece is then removed by heating.
The heating is generally carried out by the action of a warm air stream.
This first process step described can optionally be carried out several times in succession; this is particularly advantageous when working with solutions or dispersions of polymeric material with a low solids content.
The fleece obtained after the first process step should contain at least 5% by weight of polymeric substance, based on the weight of the fleece.
Polymers suitable for forming the fiber-enveloping coating are polymers of the vinyl series, for example polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate and polystyrene, and copolymers of the monomers which make up the homopolymers mentioned. Particularly suitable, however, are those polymers that can be used in aqueous solutions, such as polyacrylic acid or its salts, polyvinyl alcohol, alginic or pectic acid or their salts; in particular, water-soluble cellulose derivatives of the methyl, hydroxyethyl and carboxymethyl cellulose type have proven to be advantageous proven.
Suitable nonwovens can be produced by known processes, for example on carding machines, on aerodynamic web formers or according to papermaking technology. Suitable starting nonwovens have a weight per unit area in the range from 50 to 500 g / m2, preferably in the range from 150 to 300 g / m2. These nonwovens are optionally subjected to a needling process, in which case a stitch density in the range from 40 to 400 stitches / cm2 is used, and the nonwovens preferably have a stitch density in the range from 150 to 300 stitches / cm2.
Suitable fibers for building up the nonwovens are those made from polyacrylonitrile, polyamides, polyurethanes, halogenated vinyl compounds and their copolymers with vinyl acetate and mixtures of the components mentioned with one another, but especially those made from polyester. The nonwovens can be constructed from a uniform fiber material or from fiber mixtures, for example from mixtures of synthetic and natural fibers.
The synthetic fibers that make up the fleece can be chemically similar or dissimilar to one another. It is also possible that the fibers have the same or different physical characteristics. Examples of such physical characteristics are the softening point, the tendency to shrink, the length of the
Fibers and their titer.
In a second process step, the fibers, which are covered with a coating of polymeric material and have only relatively few contact points with one another, are mixed with a further polymer that differs from the one used first due to its chemical structure that a solution in the solvents, which are able to loosen the polymeric fiber coating, are not connected to each other. These polymers, which act as binding materials, must have elastic character in order to be able to contribute to the required high strength, elongation and deformability of the nonwovens.
The introduction of the polymeric binders into the
Fleece is generally done by dipping in one
Bath containing the polymers dissolved in organic solvents or in the form of aqueous dispersions
Contains binder, with a concentration in
Range from 0.05 g / g bath liquid to 0.70 g / g bath liquid, preferably in the range from 0.10 to 0.50 glg
Bath liquid is worked. The bath temperature is generally between room temperature and
1200 C. If necessary, the soaking process can be repeated several times. After the impregnation process, the fleece is freed of excess bath liquid, for example by squeezing it between a pair of rollers.
The solvent or dispersant is removed from the fleece by evaporation.
After this treatment, the fleece contains 20 to 400% by weight, but preferably 65 to 150% by weight, of polymeric binder, based on the fiber content.
According to a preferred variant of the method, the fleece, the fibers of which are coated with a polymeric coating, is soaked in a solution of polyurethanes in water-miscible solvents, the excess solution is removed from the fleece by squeezing or wiping off and the fleece is introduced into a bath, the water or contains a mixture of the solvent used with water. The bath temperature can be 10 to 950 ° C. This treatment causes the polyurethane to be microporous in the fleece, precipitates and connects the fibers with one another, while the solvent is washed out at the same time.
Suitable polymeric binders are elastomers, for example natural or synthetic types of rubber. However, preference is given to those elastomers which are based on polyurethane and which can be obtained by reacting polyisocyanates with polyhydroxyl compounds of the polyester and polyether type. They are produced via the stage of an NCO group-containing prepolymer using low molecular weight, chain-extending acidic compounds or by the so-called one-shot method and is not the subject of this invention.
Suitable solvents for the polyurethanes are dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, butyrolactone, but especially dimethylformamide. The solutions or dispersions of the elastomers used can be provided with soluble dyes or pigment dyes, fillers, plasticizers and other additives.
In order to achieve the relatively free storage of the fiber skeleton within the binder system, the polymeric coating enveloping the fibers must be removed.
This is done in a third process step by the action of suitable solvents on the nonwoven bonded with a high-polymer binder. This loosens the polymeric coating on the fibers.
Suitable solvents for dissolving the coatings of polymeric material enveloping the fibers based on polymers or copolymers of the vinyl series are, for example, toluene, xylene, tetralin, decalin and many other organic solvents.
If the fiber coatings consist of water-soluble polymers, for example cellulose derivatives of the type mentioned above, they can be removed very easily after binding the fleece by washing it with water, if necessary at an elevated temperature. The process is particularly simple and efficient when water-soluble polymers are used to produce the fiber coatings and polyurethanes are used to build up the actual binding system: The fiber skeleton of the fleece, which is provided with a water-soluble polymer coating, is mixed with a solution of polyurethane in a water-miscible one Soaked with solvent, the excess polyurethane solution is removed by wiping or squeezing off and then immersed in a water bath, optionally at an elevated temperature.
Here, the polyurethane is precipitated in a microporous manner inside the fleece and at the same time the water-soluble polymeric coating surrounding the fibers is detached from the fibers. After washing out completely, the fleece is dried.
In the drawing, partially executed in section, it is shown schematically how the fiber composite in the fleece comes about according to the method of the invention.
Fig. 1 shows three fibers of a fleece which intersect.
Fig. 2 shows these fibers after the first process step has been carried out with a coating of polymer material.
Fig. 3 shows how after performing the 1st
and 2nd process step the polymeric binder encloses the coated fibers.
4 shows the encapsulation of the fibers with polymeric binders, which by removing the polymeric sheath of the fibers after the third process step has been carried out, these no longer fit tightly, and voids have arisen between the fiber surface and the polymeric binder.
In FIGS. 1 to 4, 1 denotes a fiber of the fleece, 2 the enveloping coating made of polymeric material which surrounds a fiber 1, 3 the connecting enclosure made of polymeric material and 4 the hollow space between fiber 1 and enclosure created by removing the envelope 2 3.
example 1
A random fleece placed on a Randowebber, consisting of a mixture of 50% by weight of highly shrinkable polyester fibers with a denier of 1.2 denier and a fiber length of 20 mm and 50% by weight of non-shrinkable polyester fibers with a denier of 1.2 denier and one fiber length of 40 mm, needling is done on a standard needle loom until the stitch density is 260 / cm2. After hot water treatment at 950 C, drying and thermal fixation at 2100 C, the fleece has a surface weight of 250 g / m2.
It is immersed in a 2% aqueous solution of methyl cellulose (Glutolint from Kalle AG, Wiesbaden-Biebrich), excess solution is removed between nip rollers and dried. The methyl cellulose content is 9% based on the weight of the fiber.
To prepare the binder solution, 3000 g of a polyester with an OH number of 78.5 and an acid number of 0.16 from adipic acid and dibutylene glycol are mixed with 1362 g of diphenylmethane-4,4-diisocyanate at 800 ° C. for 30 minutes to form a prepolymer with 6.45% NCO implemented. After dissolving in 4320 g of dimethylformamide, it is reacted with 149.5 g of water as a chain extender and the viscous solution is brought to a solids concentration of 20% by weight with further dimethylformamide. For coloring, the solution is mixed with 1.5% of a carbon black tendency (MelustralschwarzO from Farbwerke Hoechst).
The fleece pretreated with methyl cellulose is dipped into the polyurethane solution until it is evenly saturated with it, the excess of solution is wiped off on both sides with a doctor blade. The polyurethane is then precipitated by introducing the fleece into a mixture of 30 parts of dimethylformamide and 70 parts of water at 40.degree. Subsequently, residual methyl cellulose and excess dimethylformamide are removed by washing with water and the bonded fleece is dried at 1200 C. Both fleece sides are smoothed using a grinding machine.
The binder content, based on the fiber weight, is 100 cd. The fleece has a high resilience, good rolling, kinking and bending behavior and a pleasant soft grip. The Shirley stiffness tester from Shirley Development, Ltd., Manchester, was used to measure flexibility:
Fleece thickness Bending length Rigid bending modulus (mm) (cm) (mg X cm) (kg X cm2)
0.78 5.90 6860 175
Comparative experiment
The fiber fleece from Example 1 is bonded directly to the polyurethane solution without pretreatment with methyl cellulose. The binder content of the sanded fleece is 100%. The fleece shows a hard, board-like handle and unsatisfactory rolling, kinking and bending behavior.
The lack of flexibility is evident from the following measured values:
Fleece thickness Bending length Rigid bending modulus (mm) (cm) (mg X cm) (kg X cm2)
0.78 6.13 13 100 333