Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Lederfaserwerkstoffen aus Fasern von mineralisch und/oder pflanzlich gegerbten Lederabfällen und andersartigen Fasern, bei welchem aus dem Gemisch durch Zusatz von Wasser eine Suspension hergestellt und durch Entwässern ein Vlies gebildet wird, das Vlies anschliessend getrocknet, das so erhaltene Produkt fertiggestellt und gegebenenfalls zugerichtet wird, wobei die erhaltenen Lederfaserwerkstoffe beispielsweise als Schuhfuttermaterial Verwendung finden können.
Es ist bekannt, Lederfaserwerkstoffe aus Fasern aus Gemischen von Lederabfällen und andersartigen Stoffen herzustellen. Die in der Regel im Nassverfahren zerfaserten Lederabfälle aus mineralisch, pflanzlich oder synthetisch gegerbtem Leder werden dabei beispielsweise mit Textil- oder Zellstoffasern vermischt, in der wässrigen Bütte mit Bindemittel imprägniert, auf dem Sieb angeformt, getrocknet und abschliessend fertiggestellt und gegebenenfalls zugerichtet.
In dieser Weise hergestellte Werkstoffe erweisen sich in der Praxis für bestimmte Zwecke als ungeeignet, da sie im Endzustand ein hartes, steifes, kartonähnliches, nicht gewebe- oder vliesartiges Material darstellen, das für eine Verwendung nicht in Betracht gezogen werden kann, bei welcher erhebliche bleibende Verformungen und Aufnahmefähigkeit für Wasserdampf von besonderer Bedeutung sind. Derartige Verfahren erfordern insbesondere für die Nassvermahlung der Abfälle grosse Energiemengen und sind deshalb nicht wirtschaftlich.
Darüberhinaus bilden die beträchtlichen Abwassermengen mancherlei Probleme.
Aus den Firmenschriften 1890 und 1974 der Firma J. M. Voith GmbH, Heidenheim, sind Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen auf nassem Wege bekannt. Sie besitzen eine sogenannte initiale Nassfestigkeit, die jedoch bei Trocknung, d.h. bei Verlust des dünnen Wasserfilms auf den Faseroberflächen, verlorengeht, so dass ein loses Faserhaufenwerk ohne eigene Festigkeit übrigbleibt. Aus diesem Grunde erfolgt bei den bekannten Verfahren immer eine Abbindung der Fasern im Vliesstoff durch Bindemittel, und zwar entweder durch Zusetzen in der Flotte oder durch Aufbringung auf das bereits gebildete, auf einem Steigsieb befindliche Vlies vor der Trocknung. Nur das Verfahren, bei welchem das Bindemittel bereits dem Fasermaterial zugesetzt wird, bevor das Vlies gebildet ist, ermöglicht es, das Bindemittel gleichmässig über die Dicke im Vlies zu verteilen.
Bei dem Verfahren der Verfestigung von Vliesen nach ihrer Bildung, aber vor der Trocknung, bleibt der gelöste, in der Regel hochmolekulare Bindemittel-Festkörper auf der Oberfläche des Vlieses liegen, und das Lösungsmittel des Festkörpers wandert in die Tiefe des Vlieses hinein. Bei der Vliesbindung nach dem Spritzverfahren führt dieser Effekt zu einer lediglich oberflächlichen Bindung des Vlieses bzw. zu einer Filmbildung auf dem Vlies. Nach der Trocknung des Vlieses ist dann nur die obere Vliesschicht gebunden, nicht aber, oder zumindest unzureichend, sind es die darunterliegenden Vliesschichten. Bei einer Biegebeanspruchung löst sich infolgedessen die obere gebundene Vliesschicht von dem darunterliegenden Faserhaufenwerk ab. Ein solches Vlies ist technisch nicht brauchbar. Die Firmenschriften enthalten keinen Hinweis auf Verfahren zur Herstellung von Lederfasenverkstoffen.
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, ein wirtschaftlicheres als die zurzeit bekannten Verfahren zur Herstellung von Lederfaserwerkstoffen, die sich gegenüber den bekannten Lederfaserwerkstoffen durch Elastizität, Dehnbarkeit und hohe hydrophile Eigenschaften auszeichnen, zu schaffen.
Dies wird durch das erfindungsgemässe Verfahren erreicht, bei welchem Lederfasern mit Nichtlederfasern einer Länge von 3 bis 40 mm gemischt werden, die Suspension auf eine Stoffdichte von 0,1 bis 0,5 g/l gebracht wird und dem durch Entwässern erhaltenen eigenfesten Vlies nach der Trocknung ein Bindemittel zugegeben wird.
Die Zerfaserung der Lederabfälle kann in bekannter Weise entweder nass, z.B. mittels Stiftmühle, oder trocken, z.B.
mittels Pralltellermühle, erfolgen, wobei die Trockenvermahlung bevorzugt wird.
Bislang wurden mineralisch und pflanzlich gegerbte Lederabfälle getrennt zerfasert und anschliessend im gewünschten Verhältnis gemischt. Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird trockenes, lohgares Bodenleder mit feuchtem Chromledersplit gemeinsam und ohne Wasserzusatz vermahlen. Man mischt die verschiedenen Lederarten im Verhältnis von 100 Gewichtsteilen lohgarem Leder zu 30-100, vorzugsweise 80 Gewichtsteilen Chromledersplit und bringt sie in einer Zerkleinerungsvorrichtung auf die gewünschte Faserlänge. Bei dieser besonderen Art der Trokkenvermahlung werden die Komponenten vollkommen miteinander vermischt, und Brandgefahr ist durch die Zumischung feuchter Splitabfälle ausgeschlossen. Chromledersplit ergibt bei der gemeinsamen Vermahlung gröbere Einzelfasern, die sich ähnlich wie Asbest an den Enden auffibrillieren.
Dadurch wird die Entwässerung erleichtert, da der Durchlasswiderstand für das abzusaugende Wasser verringert wird. Die Vermahlung kann kontinuierlich erfolgen und die vermahlenen Fasern lassen sich einfacher lagern.
Die Lederfasern werden bei der Zerfaserung vorzugsweise auf eine Länge von 1-3 mm eingestellt. Es ist zweckmässig, die Lederabfälle vor der Zerfaserung in einer Messermühle zu zerkleinern.
Zur Erhöhung der Eigenfestigkeit und Dehnbarkeit des entwässerten Blattes werden den Lederfasern Fasern aus andersartigen Stoffen, wie Kunststoffen, Textilabfällen, Asbest, Glas und dergleichen, beigemischt.
Die beigemischten Fasern besitzen eine Länge von 340 mm. Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens weisen 10-80 Gew. % der beigemischten Fasern, bezogen auf deren Gesamtgewicht, eine Länge von 20-40 mm auf. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik hat sich aber auch der Zusatz kurzer, d.h. 3-8 mm langer Fasern als vorteilhaft erwiesen, da sie die Weichheit des Endproduktes verbessern und die Entwässerung des Fasergutes erleichtern.
Ihr Anteil in der Beimischung soll beispielsweise 1080 Gew. %, bezogen auf die Gesamtmenge an andersartigen Fasern, betragen.
Werden synthetische Fasern beigemischt, besitzen solche aus schrumpffreien Polyamiden, Polyestern, Polypropylen und Polyacrylnitril den Vorzug. Sie verleihen dem Endprodukt eine besonders hohe Reiss- und Weiterreissfestigkeit.
Ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass das Fasergut nicht schon in der wässrigen Suspension, sondern zur Hauptsache erst bei der Entwässerung verfilzt wird. Zu diesem Zweck stellt man aus dem Gemisch von Leder- und Nichtlederfasern durch Zusatz von Wasser eine Suspension her, welche die extrem niedrige Stoffdichte von 0,1-0,5 g Fasern pro Liter Wasser aufweist. Diese ausserordentlich hohe Verdünnung erlaubt eine sehr gute Durchmischung der Fasern und verhindert gleichzeitig ihre Verfilzung schon in diesem Stadium, die bei Suspensionen mit weit höherer und üblicher Stoffdichte nicht mit gleich guter Homogenität erreicht werden kann.
Die Qualität des Wassers spielt bei der Suspendierung der Fasern keine entscheidende Rolle. Es kann jede technisch einwandfreie Qualität venvendet werden, z.B. Kondenswasser oder vorzugsweise Brunnenwasser. Einen besonderen Vorteil bietet die Einstellung des Suspendierungswassers auf einen pH-Wert von etwa 4-7. Man erhält diesen Wert in bekannter Weise durch Zusatz entsprechender Mengen von Stoffen, wie beispielsweise Mineralsäuren oder Aluminiumsulfat.
Im Unterschied zu bekannten Verfahren erhält die Suspension im erfindungsgemässen Verfahren keinen Bindemittelzusatz. Die Praxis hat gezeigt, dass das Bindemittel schon bei geringen Zusätzen die Suspension verdickt und schleimig macht und damit die Entwässerung erschwert. Da das Suspensionswasser auch keine weiteren Zusatzstoffe erhält, kann es über eine lange Betriebszeit im Kreislauf verwendet werden, so dass keine besonderen Abwasserprobleme auftreten.
In der nachstehenden Tabelle 1 sind beispielsweise einige zulässige Verdünnungen für verschiedene Faserlängen und -titer angeführt.
Tabelle 1
Faserlänge Fasertiter Faserkonzentration mm tex g/l
6 1,7 0,3
10 1,7 0,25
12 1,7 0,2
12 3,3 0,25
15 5,5 0,2
20 5,5 0,1 Als geeignet hat sich beispielsweise folgendes Gemisch erwiesen: 65 Gew. % Lederfasern (Bodenleder: Chromledersplit = 1:8
Gew.-Teile) 20 Gew. % Viskosefasern, 1,7 tex, 6 mm lang 10 Gew.% Viskosefasern, 1,7 tex, 10 mm lang
5 Gew.% Viskosefasern, 5,6 tex, 20 mm lang.
Die Verfilzung der Fasern in dreidimensionaler Richtung wird im erfindungsgemässen Verfahren beispielsweise durch eine besondere Siebtechnik erreicht, die von der in der Praxis üblichen Technik abweicht.
Bei den üblicherweise zur Entwässerung verwendeten bekannten Langsiebmaschinen ist im Stoffzulaufkasten eine Laminarströmung vorhanden. Die Suspension läuft aus dem Zulaufkasten auf das Sieb mit Siebgeschwindigkeit heraus, d.h.
die Relativgeschwindigkeit Suspension zu Sieb ist gleich Null.
Damit legen sich die Fasern bei der Entwässerung Schicht für Schicht aufeinander. Es entsteht eine Schichtenbildung, die die Spaltfestigkeit des getrockneten Blattes gegenüber der Festigkeit in der Warenbahnebene verringert.
Diese Schichtenbildung ist bei der im erfindungsgemässen Verfahren vorzugsweise benutzten Steigsiebmaschine nicht vorhanden. Hier wird die Suspension auf ein leicht ansteigendes Sieb geführt, wobei Sieb und Suspension die gleiche Bewegungsrichtung, aber verschiedene Geschwindigkeiten haben können. Infolge der Durchwirbelung im Stoffzulaufkasten, der die Fasern durch die gegenüber der Langsiebmaschine etwa 1 0fach grösseren Verdünnung folgen können, ohne sich gegenseitig zu behindern, und der Anformung bereits im Stoffzulaufkasten und nicht dahinter, wie bei der Langsiebmaschine, ergibt sich eine regellose Anlagerung der Fasern auf dem Sieb.
Unterhalb des Siebes sind Entwässerungskästen angebracht, in die das Wasser senkrecht zur Einströmrichtung der Suspension auf das Sieb abläuft, wodurch die Fasern in ihrer Wirrlage fixiert werden. Der Differenzdruck am Sieb wird von Entwässerungskasten zu Entwässerungskasten laufend so stark gesteigert, dass die Umlenkung der Ströme während der gesamten Blattbildung beibehalten wird.
Die Arbeitsweise einer solchen Steigsiebmaschine zur Blattbildung ist beispielsweise schematisch in Fig. 1 dargestellt:
Ein Siebgewebe aus üblichem Material 1 läuft über mehrere Rollen 2, 3, 3' und gleitet unter dem Zulaufkasten für die Suspension A in geneigter Richtung vorbei. Das Fasergut legt sich in Form eines Faservlieses auf dem Siebgewebe ab und wird am Siebende abgenommen. Das Wasser dringt unter dem Einfluss von Vakuum in die Entwässerungskästen 4, 4', 4" und wird von dort abgeführt. Das Vakuum wird von Kästen 4 zu Kästen 4" laufend gesteigert.
Die Entwässerung auf einem Steigsieb in der hier beschriebenen Art bietet gegenüber den in der Praxis verwendeten Rund- oder Langsieben entscheidende Vorteile. Auf einem Rundsieb wird die Suspension unbeeinflussbar eingedickt, bevor es zur Blattbildung kommt. Eindicken in der Suspension bewirkt aber sehr rasch ein Verspinnen der Fasern. Das daraus gebildete Vlies ist dann unbrauchbar. Bei den konventionellen Langsieben wird die Suspension vor dem Auftreffen auf das Sieb auf die Siebgeschwindigkeit beschleunigt. Unabhängig von der absoluten Siebgeschwindigkeit kann auf einem solchen Sieb nur die Stoffmenge entwässert werden, die in einem gleichmässigen Strahl auf das Sieb geführt werden kann. Die Suspension kann aber kaum mehr als in einer Höhe von 50 mm gleichmässig auf das Sieb gebracht werden.
Bei einer Konzentration von 0,2 g/l Fasern, einer Verdünnung, die dem erfindungsgemässen Verfahren entspricht, würden mit einer solchen Maschine bestenfalls Faservliese von 10 g/m2 erhalten werden. Der Fehler der Eindickung vor der Blattbildung wird durch teilbeaufschlagte Rundsiebe vermieden. Die geometrische Form des Rundsiebes erlaubt es allerdings nicht, Suspension und Siebgeschwindigkeit so aneinander anzupassen, dass die Längsorientierung vermieden werden kann (eindimensionales Faservlies). Da nur ein Sektor des Rundsiebes zur Blattbildung herangezogen werden kann, ist ausserdem die Leistung des Siebes begrenzt und der Durchmesser des Siebes kann nicht beliebig vergrössert werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird das auf dem Steigsieb gebildete Faservlies durch den mittigen Einbau eines anderen Vlieses oder Gewebes mit hoher Durchlässigkeit weiterentwickelt. Die entsprechende Arbeitsweise ist in Fig. 2 schematisch dargestellt:
Das Siebgewebe 1 wird über die Rollen 2, 3, 3' unter dem Zulaufkasten für die Suspension A vorbeigeführt. In einigem Abstand in Längsrichtung vom Zulaufkasten für die Suspension A ist ein weiterer Zulaufkasten für die Suspension B und zwischen den beiden Kästen eine Abrollung für ein Gewebe G angeordnet. Die Suspensionen A und B können gleich oder voneinander verschieden sein.
Eine Abwandlung dieser Ausführungsform erläutert Fig. 3:
Anstelle von zwei Zulaufkästen ist nur ein Zulaufkasten vorhanden. Das mittig einzubauende Gewebe wird wie nach Fig. 2 von einer Rolle abgezogen und dann über ein Leitblech in der Suspension geführt.
Bei der dreidimensionalen Verfilzung im erfindungsgemässen Verfahren erhält das auf dem Steigsieb anfallende Faserblatt eine beträchtliche Eigenfestigkeit. Sie beträgt beispielsweise 15-25 kg/cm2 bei einer Bruchdehnung von 2-4%. Der Wassergehalt des entwässerten Faservlieses nach Abnahme vom Sieb beträgt beispielsweise 15-35% Atro (Atro: auf Trockenfaser bezogen). Dieser hohe Atro-Gehalt wird dadurch erreicht, dass zwischen dem Stoffzulaufkasten und der Abnahme des Faservlieses eine Reihe von Kästen angebracht sind, in die das Wasser aus dem Faservlies mittels Vakuum abgesaugt wird.
Das entwässerte Blatt wird anschliessend mit einem heissen, gasförmigen Medium, wie Heissluft oder überhitzter Dampf, getrocknet. Die maximale Temperatur des Mediums soll dabei 2000C nicht überschreiten. Ebenso kann mit Hilfe von Vakuum bei entsprechend niedrigeren Temperaturen getrocknet werden. Das getrocknete Blatt verlässt die Anlage mit einer Restfeuchte von beispielsweise 5-10%. Das Blattgewicht liegt dann beispielsweise bei 50-400 g/m2. Die Blattdicke beträgt vorzugsweise 0,5-5 mm. Bereits in diesem Zustand, d.h. vor der Behandlung mit dem Bindemittel, ist das getrocknete Blatt ein eigenfestes, selbsttragendes Faservlies.
Erfindungsgemäss wird dem Blatt nach der Trocknung ein Bindemittel zugegeben. Als Bindemittel werden vorzugsweise Elastomere, d.h. Stoffe, die bei niedrigerer Temperatur hartelastisch und bei höherer Temperatur gummielastisch sind, wie Natur- und Synthesekautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butylkautschuk, Nitrilkautschuk, Neopren, Fluor-Elastomere, Polyacrylate, Siliconkautschuk, Polysulfidkautschuk, verwendet. Unter den elastomeren Bindemitteln geniessen hydrophile Polymere, wie hydrophile Polyacrylate, besonderen Vorzug.
Die Imprägnierung kann in den üblichen Vorrichtungen vorgenommen werden, z.B. im Foulard. Die Bindemittel werden vorzugsweise in einer Menge von 10-150 Gew. %, insbesondere 20-50 Gew.%, bezogen auf das Trockengewicht des Faservlieses, aufgebracht.
Im Nachstehenden sind beispielsweise verschiedene Bindemittel und Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens angeführt, wobei sich die angegebenen Teile (T) auf das Gewicht beziehen.
1. Butadien/Acrylnitril-Copolymer (selbstvernetzender Gummilatex).
100 T Latex, 1 T Koagulant.
Arbeitsgang: Imprägnieren im Foulard, Koagulieren 1 Min.
bei 140-1800C auf der Siebtrommel, Auswaschen auf der
Saugtrommel, Trocknen auf dem Siebtrommeltrockner.
2. Selbstvernetzender Polyacrylsäureester.
67 T Polyacrylsäureester, 15-20 T Zirkonsalzlösung in
Wasser (10%ig), 13 T Wasser
Arbeitsgang: Imprägnieren im Foulard, Trocknen auf dem
Siebtrommeltrockner.
3. Butadien/Acrylnitril-Copolymer.
60 T Copolymerlatex (a)
2,7 T Suspendierungsmittel (b) 18 T Wasser (b)
8,5 T Russpaste als Farbzusatz (+ ZnO + S) (b)
1,7 T Suspendierungsmittel (c)
0,57 T Koagulierungsmittel (c) 15 T Wasser (c)
Silikon-Entschäumer (portionenweise Zugabe) (d) Reihen folge beim Mischen: zuerst b in a, dann c in (a+b), dann d.
Temperatur der fertigen Mischung: etwa 200C.
Koagulationstemperatur: 37'C.
Arbeitsgang: Einstellen auf 30 Gew. % Festkörpergehalt,
Imprägnieren im Foulard, Koagulieren im IR-Feld oder auf der Siebtrommel, Auswaschen auf der Saugtrommel, Trock nen auf der Siebtrommel.
Die unter 1. bis 3. aufgeführten Bindemittel werden in der
Wärme, d.h. bei 20-100oC, koaguliert.
4. Hitzeaktiver Vinylchlorid-Latex.
5. Hitzereaktiver und weichgemachter Vinylchlorid-Latex.
Nach der Bindung beträgt die Reissfestigkeit des Blattes 90-200 kp/m2 bei einer Bruchdehnung von 2040%.
Das imprägnierte und getrocknete Blatt wird auf Dicke und Oberfläche geschliffen. Beim Schleifen wird das Schleifband gekühlt, um ein Verschmieren des Blattes zu vermeiden. Nach dem Schleifen wird das Blatt mit Kunststoff, z.B. Polyvinylchlorid, beschichtet. Nach der Beschichtung kann das Blatt noch mit einem Haftstrich versehen werden.
Infolge seiner Lederbeimischung ist der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Werkstoff ein Produkt, dessen besonderer Vorzug in seiner Flexibilität, Verformbarkeit und hydrophilen Eigenschaft besteht. Er kann insbesondere als Schuhfuttermaterial oder als Trägermaterial für Polsterungen, nachdem er mit wasserdampfdurchlässigen Beschichtungen versehen wurde, Verwendung finden. Aufgrund seiner hervorragenden Dehnungseigenschaften ist er den in der Masse gebundenen Werkstoffen bei Anwendungen, bei denen es auf Flexibilität und Verformbarkeit ankommt, wie z.B. beim Schuhfutter, wofür die letztgenannten Werkstoffe nicht verwendbar sind, überlegen. Der erfindungsgemäss hergestellte Werkstoff stellt mit seinen Eigenschaften ein völlig neues Material für die genannte Verwendung dar.