CH637710A5

CH637710A5 - Bindemittel fuer faservliese.

Info

Publication number: CH637710A5
Application number: CH1084478A
Authority: CH
Inventors: Hartmut Dr Brabetz; Heinz Schaefer; Dieter Gorzel
Original assignee: Wacker Chemie Gmbh
Priority date: 1977-10-20
Filing date: 1978-10-19
Publication date: 1983-08-15
Also published as: NL7809930A; GB2006233A; GB2006233B; ES474333A1; ATA744178A; FR2406653B1; FR2406653A1; AT371153B; IT7851550A0; DE2747182A1; BE871406A; DE2747182C2; US4278727A

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Bindemittel, insbesondere für die Verfestigung von Faservliesen, das in wässrigen Alkalien löslich, gegenüber wässriger neutraler oder schwachsaurer Lösung jedoch beständig ist, auf Basis einer wässrigen Vinylacetat-Copolymerdi-spersion mit einem Feststoffgehalt von 10-60 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, dass das Vinylacetat-Copolymer aus den Komponenten a) 50-70 Gew.-% Vinylacetateinheiten,

b) 20-35 Gew.-% Einheiten von Fettsäurevinylestern mit 8-18 C-Atomen im Alkylrest der Fettsäure und/oder Acryl-oder Methacrylsäurealkylestern mit 4-18 C-Atomen im Alkylrest, und c) 3-15 Gew.-% Einheiten von äthylenisch ungesättigten Mono- und/oder Dicarbonsäuren mit 3-4 C-Atomen oder Halbestern der letzteren mit Alkylresten mit 1-18 C-Atomen und/oder Halbestern gesättigten Dicarbonsäuren mit 2-6 C-Atomen mit ungesättigten Alkoholen mit 3-6 C-Atomen, aufgebaut ist,

und dass die Dispersion 0,5-10 Gew.-% mindestens eines Schutzkolloids und bis zu 6 Gew.-% Emulgator enthält.

2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente b) Einheiten von Isononansäurevinyl-ester und/oder von n-Butylacrylat sind.

3. Bindemittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente c) Crotonsäure ist.

4. Bindemittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion als Schutzkolloid Hydroxyäthylcellulose und/oder Polyvinylalkohol enthält.

5. Verwendung des Bindemittels nach Anspruch 1 zur Herstellung von Faservliesfiltern.

6. Verwendung nach Anspruch 5 zur Herstellung von Filtern aus Cellulosefasern.

Bindemittel für Faservliese auf Basis von Vinylacetatcopo-lymeren sind bekannt. Derartige Bindemittel erhöhen u.a. die mechanische Festigkeit, die Nassreissfestigkeit, die Beständigkeit gegenüber chemischer Reinigung und verleihen den damit verfestigten Nonwovens einen angenehmen Griff. Beim Ausstanzen flächiger Artikel aus einer fortlaufenden Vliesbahn können beachtliche Abfälle entstehen, die aufgrund des Bindemittelgehaltes nicht in den Vliesherstellungsprozess zurückgeführt werden können. Dazu wäre es erforderlich, das Bindemittel aus dem Faserflies wieder zu entfernen.

Alkalisch lösliche carboxylgruppenhaltige Copolymerisate sind bekannt. Derartige Polymerisate weisen jedoch eine.so grosse Wasserempfindlichkeit auf, dass ihre Verwendung als Bindemittel zur Herstellung von Nonwovens mit guter Nassreissfestigkeit nicht möglich ist.

Die Verwendung alkalilöslicher polymerer Substanzen als Textilleime (Schlichtemittel) ist seit längerer Zeit bekannt. Durch die Verwendung von Wasserstrahlwebstühlen bei der Verarbeitung geschlichteter'Fäden entstand darüber hinaus die Forderung nach ausreichender Wasserfestigkeit dieser alkalilöslichen Schlichtemittel. Diese Forderung wurde in der DE-OS 2162285 dadurch gelöst, dass als Textilleime Poly(vinylacetat-Dialkylmaleat-Acrylsäure)-Schlichtemittel zum Einsatz gelangten, wobei als Dialkylmaleat Dimethylma-leat und/oder Diäthylmaleat verwendet wurden. Derartige Polymere erfüllen zwar die Anforderungen, die an die Wasserfestigkeit eines damit geschlichteten Garns bei der Wasser-strahlverwebung gestellt werden, sie sind jedoch als alkalisch auswaschbare Bindemittel für Faservlies mit guter Nassreissfestigkeit nicht geeignet.

Es war daher erforderlich, ein Bindemittel zur Verfestigung von Faservliesen zu finden, das einerseits in wässrigen alkalischen Lösungen so gut löslich ist, dass ein Vliesfaser-Recycling möglich wird, andererseits jedoch in neutralem bzw. schwachsaurem Milieu eine ausreichend hohe Nassreissfestigkeit und Wasserfestigkeit aufweist. Gegenstand der Erfindung ist ein Bindemittel, das im Patentanspruch 1 definiert ist.

Das Bindemittel zeigt gute Eigenschaften, wenn als Einheiten von Fettsäurevinylestern bzw. (Meth-)Acrylsäurealkyl-estern Einheiten von Isononansäurevinylester und/oder n-Butylacrylat zum Einsatz gelangen. Die Verwendung von Crotonsäure als äthylenisch ungesättigte Monocarbonsäure sowie Hydroxyäthylcellulose und/oder Polyvinylalkohol als Schutzkolloide haben sich besonders bewährt.

Das Bindemittel kann zur Verfestigung von Faservliesen verwendet werden. Eine besondere Anwendungsform ist die Herstellung von Faservliesfiltern mit dem erfindungsgemässen Bindemittel, wobei das Hauptaugenmerk auf der Herstellung von Cellulosefaservliesfiltern liegt.

Das erfindungsgemässe Bindemittel zeichnet sich dadurch aus, dass es einerseits in wässrigen neutralen oder schwachsauren Lösungen nicht gelöst wird, andererseits in wässrigen alkalischen Lösungen, wie z.B. Sodalösung, ausgewaschen werden kann. Überdies zeichnen sich die mit dem erfindungsgemässen Bindemitteln behandelten Vliesfilter durch gute Nassreissfestigkeit aus.

Die wässrigen Polymerharzdispersionen werden im allgemeinen im Polymerisationsrührkessel mit Heiz- und Kühleinrichtung hergestellt, wobei die erforderliche Menge Schutzkolloid und ggf. Emulgator in der wässrigen Phase gelöst vorgelegt wird. Nach Spülen mit Stickstoff wird im allgemeinen ein Teil des Monomergemisches und ein äquivalenter Anteil Peroxidkatalysator in die Vorlage gegeben und auf 45 bis 65 °C erwärmt. Hierauf kann mit der Zudosierung der Reduktionskomponente des Redoxkatalysators in verdünnter wässriger Lösung begonnen werden. Die Dosierung der Reduktionskomponente wird zweckmässig so geführt, dass sie erst nach dem Ende der Monomergemischdosierung beendet ist. Mit der Dosierung des Monomergemisches kann begonnen werden, wenn die Innentemperatur des Polymerisationsansatzes auf eine Temperatur von mindestens 75 °C angestiegen ist. Vorzugsweise wird die Polymerisation bei 75-85 °C durchgeführt. Nach Beendigung aller Dosierungen wird zweckmässig noch 2 Stunden lang bei 90 °C nachpolymerisiert und dann abgekühlt. Man erhält stippen- und koagulatfreie Dispersionen mit Feststoffgehalten bis 60 Gew.-%. Es werden Viskositäten von 300 bis 500 m Pa-s (Epprecht-Rheometer bei 20 °C, Messbecher C, Stufe III) bevorzugt.

Als bei der Polymerisation zum Einsatz gelangende Schutzkolloide eignen sich teilverseifte Polyvinylacetate mit einem Hydrolysierungsgrad zwischen 74 und 97 Mol-%, wasserlösliche Cellulosederivate, wie z.B. Carboxymethylcellu-lose, Carboxypropylcellulose, Hydroxpropylcellulose, Polyvi-nylpyrrolidon, Polyacrylsäuren, Polyacrylamid, wasserlösliche Polyacrylsäure- und Polyacrylamidcopolymerisate, Methylcel-lulose, Gelatine, Casein sowie wasserlösliche Stärkeprodukte. Vorzugsweise wird teilverseiftes Polyvinylacetat mit einem Hydrolysierungsgrad von 81 bis 94 Mol-% und/oder Hydroxyäthylcellulose eingesetzt. Die Schutzkolloide werden in Mengen von 0,5 bis 10 Gew.-% dem Polymerisationsansatz zugesetzt.

Als Emulgatoren eignen sich Alkylarylsulfonate, Alkylsul-fate, Sulfate von Hydroxyalkanolen, sulfonierte Fettsäuren, Sulfate und Phosphate von Alkyl- und Alkylarylpolyäthoxyal-kanolen, Additionsprodukte von 5 bis 50 Mol Äthylenoxid an gerad- und verzweigtkettige Alkylalkohole mit 6 bis 22 C-Atomen bzw. an Alkylphenole, Blockpolymerisate von Äthylenoxid und Propylenoxid, insbesondere eignen sich Alkylsul-

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fonate, Sulfobernsteinsäurehalb- und -diester, Isotridecylalko-holpolyglykoläther bzw. Nonylphenolpolyglykoläther. Die Emulgatoren werden in Mengen von bis zu 6 Gew.-% dem Polymerisationsansatz zugegeben.

Als Katalysatoren eignen sich wasserlösliche Redoxkataly-satorsysteme mit oxidierender Peroxidkomponente, wie anorganische Peroxide, z.B. Wasserstoffperoxid bzw. Kaliumperoxidsulfat; oder organische Peroxide, wie Tertiär-Butylhydro-peroxid und als reduzierende Komponente anorganische Schwefelverbindungen mit Schwefel in einer Oxidationsstufe bis 6, wie z.B. Natriumformaldehydsulfoxylat. Als weitere reduzierende Komponente eignet sich Palladiumsol/Wasser-stoff in Gegenwart von Schwermetallspuren. Die Katalysatoren gelangen beispielsweise in Mengen zwischen 0,1 bis 1 Gew.-% der Gesamtdispersion zum Einsatz.

Als Monomere werden Vinylacetat als Grundmonomere in Mengen von 50 bis 70 Gew.-% sowie 20 bis 35 Gew.-% Einheiten von Fettsäurevinylestern mit 8 bis 18 C-Atomen im Alkyl-rest der Fettsäure, wie z.B. i-Nonansäurevinylester, Vinyllau-rat, 2-Äthylhexansäurevinylester, Versaticsäurevinylester und/ oder (Meth-)Acrylsäurealkylester mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, wie z.B. n-Butylacrylat, 2-Äthylhexylacrylat, vorzugsweise i-Nonansäurevinylester und/oder n-Butylacrylat copolymerisiert. Des weiteren gelangen 3 bis 15 Gew.-% äthylenisch ungesättigte Mono- und/oder Dicarbonsäuren mit 3 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Croton-, Acryl-, Methacryl-, Fumar-, Maleinsäure bzw. Halbester der Dicarbonsäuren mit Alkylresten zwischen 1 und 18 Kohlenstoffatomen und/oder Halbester gesättigter Dicarbonsäuren mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen mit ungesättigten Alkoholen mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen zum Einsatz, wie z.B. Adipinsäure- oder Bernsteinsäu-reallylester.

Zur Steuerung des Molekulargewichtes können bekannte Regler, z.B. Aldehyde, organische Halogenverbindungen, Mercaptane oder Nitroverbindungen bei der Polymerisation mitverwendet werden.

Zur Steuerung des pH-Wertes während der Polymerisationsreaktion können übliche Puffersysteme, wie Natrium-hydrogencarbonat, Natriumacetat, Trinatriumcitrat, sowie sekundäre und teritäre Phosphate, wie z.B. Dinatriumhydro-genphosphat, Trinatriumphosphat, Di- und Polyphosphate, wie Tetranatriumpyrophosphat, Natriumtripolyphosphat und Natriumhexametaphosphat, zugesetzt werden.

Die Prüfung der Auswaschbarkeit und Nassreissfestigkeit erfolgte anhand von Filterpapier (Nr. 850/60 der Fa. Machery und Nagel), ca. 68 g/m2 Flächengewicht durch einminütiges Tränken mit einer Dispersion mit 10 bis 15 Gew.-% Feststoffgehalt, anschliessend Abquetschen auf dem Foulard (100 N/cm Liniendruck mit 1 m/Minute Laufgeschwindigkeit, bei Zimmertemperatur), eineinhalbstündiger Trocknung bei Zimmertemperatur und anschliessender halbstündiger Trocknung bei 100°C. Die aufgenommene Bindemittelmenge wurde durch Differenzwägung bei Normklima ermittelt.

Zur Prüfung der Auswaschbarkeit wurden 2 bis 2,5 g bin-demittelhaltiges Filterpapier in 11 einer 2gew.-%igen wässrigen Sodalösung (NazCCb • 10 H2O) 30 Minuten lang gekocht, anschliessend zweimal 2 Minuten lang mit 60 bis 70° heissem Wasser und einmal 5 Minuten lang mit kaltem Wasser gespült und anschliessend eine halbe Stunde lang bei 100°C getrocknet. Die getrockneten Proben wurden bei Normklima gewogen.

Die Prüfung der Nassreissfestigkeit erfolgte nach DIN 53 857. Die Höchstzugkraft N wurde aus je 5 Werten in Längsund Querrichtung ermittelt. Die Einspannlänge betrug 100 mm, die Einspannbreite 15 mm.

Ebenso kann die geringe Wasserlöslichkeit des Bindemittels in neutralen bzw. schwachsauren Lösungen durch Differenzwägung unter definierten Bedingungen vor und nach der

Behandlung mit neutralen bzw. schwachsauren wässrigen Lösungen bestimmt werden.

Die Nassreissfestigkeit zeigt bei Verwendung des erfin-dungsgemässen Bindemittels in Faservliesen ausgezeichnete Werte sowohl in Längs- wie in Querrichtung. Die Löslichkeit in neutralen bzw. schwachsauren Lösungen ist so gering, dass die bindemittelhaltigen Filtervliese für Lebensmittelzwecke eingesetzt werden können. Die Auswaschbarkeit des Bindemittels mit alkalischen wässrigen Lösungen ermöglicht eine Regenerierung der Cellulosefasern in den Stanzabfällen.

Beispiel 1

In einem Reaktor mit einem Rückflusskühler, Rührer, Zudosiermöglichkeiten, Stickstoffeinleitung sowie beheiz- und kühlbarem Mantel werden 38,3 Gewichtsteile Wasser, 3 Gewichtsteile eines teilverseiften Polyvinylalkohols mit einem Hydrolisierungsgrad von 87,5 Mol-%, 0,04 Gewichtsteile eines sekundären Alkylsulfonats mit 12 bis 15 C-Atomen in der Alkylgruppe und 0,54 Gewichtsteile eines mit 15 Mol Äthylenoxid verätherten Isotridecylalkohols vorgelegt. Nach Spülen mit Stickstoff werden 21 Gew.-% der Monomerlösung, die aus 29,7 Gewichtsteilen Vinylacetat, 12 Gewichtsteilen Isononan-säurevinylester, 3,8 Gewichtsteilen n-Butylacrylat, 2,4 Gewichtsteilen Crotonsäure und 0,1 Gewichtsteilen t-Butyl-hydroperoxid besteht, in die Vorlage gegeben, und das Reaktionsgemisch wird erwärmt. Bei einer Temperatur des Reaktionsgemisches von 55 °C wird mit der Dosierung des Zulaufs begonnen, der sich aus 10 Gewichtsteilen Wasser, 0,06 Gewichtsteilen Natriumformaldehydsulfoxylat und 0,06 Gewichtsteilen Natriumbicarbonat zusammen setzt. Die Dosierung des Zulaufs wird so vorgenommen, dass sie eine Stunde nach dem Ende des Monomerzulaufs beendet ist.

Mit der Dosierung der Monomerlösung wird bei einer Innentemperatur von 80 °C begonnen. Die Polymerisation wird bei einer Temperatur des Reaktionsgemisches von 78 bis 82 °C durchgeführt. Nach Beendigung aller Dosierungen wird noch 2 Stunden lang bei 90 °C nachpolymerisiert und dann abgekühlt. Man erhält eine stabile, stippen- und koagulatfreie Dispersion, die bei einem Festkörpergehalt von 50 Gew.-%

eine Viskosität von 400mPa-s (Epprecht-Rheometer bei 20 °C, Messbecher C, Stufe III) aufweist.

Beispiel 2

Entsprechend Beispiel 1 wurde eine Dispersion mit einem Polymerharz, bestehend aus 59,1 Gew.-% Vinylacetateinheiten, 31,4 Gew.-% n-Butylacrylateinheiten und 4,8 Gew.-% Crotonsäure, hergestellt. Als Schutzkolloid wurden hier 1,9 Gew.-% Hydroxyäthylcellulose eingesetzt, als Emulgator ein Alkylphe-nol-Äthylenoxid-Additionsprodukt mit 23 Äthyllenoxideinhei-ten pro Alkylphenol.

Vergleichsversuch a)

Um die Überlegenheit des erfindungsgemässen Bindemittels gegenüber Produkten, die keine Einheiten von Fettsäurevinylestern mit 8 bis 18 C-Atomen im Alkylrest der Fettsäure und/oder (Meth-)Acrylsäurealkylester mit 4 bis 18 C-Atomen im Alkylrest enthalten, zu dokumentieren, wurde eine Dispersion von einem Polymerharz, bestehend aus 92,3 Gew.-% Vinylacetat und 3,0 Gew.-% Crotonsäure hergestellt. Das Schutzkolloidsystem hatte die selbe Zusammensetzung wie in Beispiel 2.

Vergleichsversuch b)

Um die Überlegenheit des erfindungsgemässen Bindemittel gegenüber den in der DE-OS 2162 285, Seite 8 beschriebene Latex hergestellt.

In der nachstehenden Tabelle sind die zu den jeweiligen Dispersionen ermittelten Werte zusammengestellt, die sich bei den oben beschriebenen Untersuchungen ergeben.

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Auswaschbarkeit und Nassreissfestigkeit von mit den Dispersionen der Beispiele 1 und 2 und der Vergleichsversuche a) und b)

präpariertem Filterpapier (%-Angaben = Gew.-% ).

Dispersion gemäss

Beispiel

Auswaschbarkeit

Bindemittelauftrag (%)

Auftragsverlust (%)

Nassreissfestigkeit Höchstzugkraft N

Bindemittelauftrag (%)

trocken nach lminütiger Wasserlagerung nach 30minütiger Wasserlagerung

1

11,7

97,4

10,0

34,0

7,55

5,72

2

10,3

98,4

10,3

33,6

7,63

6,53

Vergleichsvers.

a)

11,6

97,1

10,5

31,0

4,21

3,23

b)

9,9

89,2

10,5

31,4

3,21

2,53

Original

-

1,6*

-

12,5

2,14

1,99

filterpapier

* Gewichtsverlust

G