DE10005454A1 - Einlagiges, beidseitig abrasives Vlies und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Einlagiges, beidseitig abrasives Vlies und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Abstract
Beschieben wird ein einlagiges, beidseitig abrasives Vlies, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein gleichförmiges Gemisch aus Mikrofasern eines Faserdurchmessers von 1 bis 10 mum und Makrofasern eines Faserdurchmessers von 15 bis 50 mum aufweist und ein Flächengewicht von 15 von 150 g/m·2· besitzt, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Description
Die Erfindung betrifft ein einlagiges abrasives Vlies, ein Verfahren zu Herstellung desselben
sowie die Verwendung eines solchen einlagigen abrasiven Vlieses. Das erfindungsgemäße
Vlies zeigt im Vergleich zu den Vliesen des Standes der Technik bei einfacher Produktion
verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Abrasivität, des Tränkespeicherverhaltens und der
Variation seiner Eigenschaften.
Die Meltblown-Technologie ist im Naval Research Report hinterlegt (NRL 4364 und 5265).
Die Anwendung der Ergebnisse und Ausweitung auf Applikationen im Nonwovens-Bereich
sind in verschiedenen Patentschriften beschrieben (vgl. beispielsweise US-A-3 615 995, 3 676 242,
3 849 241, 4 000 967, 3 704 198 und 3 841 953).
Beim Meltblown-Verfahren (vgl. Fig. 1) wird das getrocknete Polymergranulat aus dem Vor
ratsbehälter (12) in einen Extruder (13) transportiert, worin es auf die nötige Temperatur aufge
heitzt und geschmolzen wird, die zur Faserbildung notwendig ist und vom jeweiligen Polymer
abhängt. Das geschmolzene Polymer erreicht dann die Meltblown-Düse (14). Diese besitzt eine
große Anzahl von kleinen Öffnungen. Durch diese Öffnungen fließt das Polymer und wird da
durch abhängig vom Lochdurchmesser zu Fasern geformt. Die Fasern (15) werden direkt unter
halb der Düse von einem starken Luftstrom erfaßt, in unterschiedliche Längen zerrissen und auf
eine Saugwalze (17) abgelegt. Der Durchmesser der Fasern beträgt ca. 0,3-20,0 µm je nach
verwendetem Polymer und weiterer Polymer- und Prozeßparameter. Die noch warmen Fasern
verschmelzen zu einem Vlies. Die Ablage erfolgt in verschiedenen statistisch verteilten Längen,
Dicken und Richtungen. Anschließend wird das inzwischen erkaltete Material auf einem
Wickler (18) aufgerollt.
Nach dieser Technologie produzierte Vliese lassen sich durch ihre Weichheit, hohe Saugfähig
keit, gute Luftdurchlässigkeit und geringe Widerstandskraft gegen Abrasion charakterisieren.
Typische Anwendungsgebiete solcher Meltblown-Vliese sind beispielsweise Filtermedien,
Wischtücher oder Ölabsorptionsmaterialien.
Lamers et al. beschreiben in der US-A-4 659 609 ein abrasives Gewebe und ein Verfahren zur
Herstellung desselben. Bei dem in dieser Patentschrift beschriebenen abrasiven Gewebe handelt
es sich um ein zweilagiges Vlies, welches aus einer Trägerschicht und einer abrasiven Melt
blown-Schicht besteht, welche thermisch aneinander gebunden wurden. Das Flächengewicht
der abrasiven Meltblown-Schicht wird mit Werten zwischen 5 und 25 g/m2, der
durchschnittlichen Faserdurchmesser der die Meltblown-Schicht bildenden Fasern mit
mindestens 40 µm angegeben. Als Trägerschicht wird normalerweise ein Spinnvlies aus
Polypropylen verwendet. Dabei wird die zur Verwendung des hergestellten Gewebes
notwendige Festigkeit und Dehnung sowie darüber hinaus das Aufnahmevermögen für eine
Tränkelösung durch die Trägerschicht bereitgestellt. Die Funktion der Meltblown-Schicht des
in dieser Patentschrift beschriebenen Vlieses beschränkt sich lediglich auf die Bereitstellung
rauher Fasern. Eine besondere Ausführungsform dieser Erfindung ist ein dreilagiges abrasives
Tuch (Meltblown-Schicht/Spinnvlies/Meltblown-Schicht), bei dem beide Außenoberflächen
aus einer abrasiven Meltblown-Schicht bestehen.
Zur Verbesserung des insbesondere für Wischtücher wichtigen Tränkespeicherungsvermögens
wird in der US-A-4 833 003 je eine Meltblown-Schicht aus Mikrofasern und Makrofasern ther
misch verbunden. Der Nachteil dieses Verfahrens ist der produktionsmäßige Aufwand zur Her
stellung zweier Lagen und deren Verbindung z. B. über Heiß-Kalandrieren. Zum Online-
Produzieren derartiger Artikel ist entweder ein zweiter Düsenbalken mit Extruder oder ein
zweiter Extruder mit einem speziellen Düsenbalken notwendig, wobei der Düsenbalken zwei
separate Zuführungen besitzt, die getrennte Düsen versorgen.
Die in der US-A-4 833 003 (Win et al.) beschriebene Möglichkeit der Tränkeaufnahme wird in
der US-A-5 817 585 und EP-A-0 615 720 erweitert. In beiden Patentschriften werden spezielle
Fluide zu derartigen Vliesen zugesetzt und ihr Einsatz zur Handreinigung und Farbreinigung
beschrieben.
Die WO 97/21865 (Annis et al.) beschreibt ein Naßvlies, welches in einer einzigen Lage eine
durch thermische Koagulation thermoplastischer Fasern erzeugte, oberflächige, abrasive
Schicht aufweist. Nachteil dieses Verfahrens ist die unzureichende Festigkeit bei der
Beanspruchung, sowie der beobachtete Gradient der Schmelzfasern. Daher zeigt dieses
Naßvlies nur auf einer Seite einen Abrasiveffekt.
Die bisher geschilderten Verfahren sind entweder in Folge der Mehrlagigkeit produktionsmäßig
aufwendig, obwohl sie alleine aus Polypropylen (Homopolymerisate) aufgebaut sind, oder sie
besitzen schwerwiegende Nachteile aufgrund mangelhafter physikalischer Festigkeiten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein einlagiges Vlies bereitzustellen, das
beidseitig gute abrasive Eigenschaften, gutes Tränkespeicherverhalten, gute Festigkeits- und
Dehnungseigenschaften mit einfacher Produktion verbindet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein einlagiges abrasives Vlies gemäß
Patentanspruch 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen
2 bis 10 beschrieben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines
derartigen einlagigen, abrasiven Vlieses gemäß Patentanspruch 11. Bevorzugte
Ausführungsformen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 12 bis 15 beschrieben.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Beschreibung die Bestandteile eines Meltblown-Verfahrens;
Fig. 2 zeigt die Porengrößenverteilung bei einem erfindungsgemäßen abrasiven Vlies, das
gemäß Beispiel 2 hergestellt wurde; und
Fig. 3 zeigt das Tränkespeichervwermögen eines erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses, das
gemäß Beispiel 2 hergestellt wurde.
Erfindungsgemäß wurde überraschenderweise festgestellt, daß es möglich ist, im Rahmen eines
Meltblown-Verfahrens produktionsmäßig in einem Schritt mit nur einem Extruder für die verwendeten
Polymere und mit nur einem Düsenbalken, der nur Spinndüsen einer Größe besitzt,
durch Verwendung eines Gemisches von Polymeren unterschiedlicher Eigenschaften ein
einlagiges, beidseitig abrasives Vlies, das ein gleichförmiges Gemisch aus Mikrofasern eines
Faserdurchmessers von 1 bis 10 µm und Makrofasern eines Faserdurchmessers von 15 bis 50 µm
aufweist, erhalten zu können.
Beispielsweise wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß es durch Einsatz eines geeigneten
Gemisches von Polymeren unterschiedlicher Schmelzindizes möglich ist, ein einlagiges
abrasives Vlies mit in weiten Bereichen definierter Abrasivität sowie definiertem
Tränkeaufnahme- und Tränkespeicherungsverhalten herzustellen.
Entsprechendes gilt, wenn Gemische von Polymeren mit unterschiedlicher Molekülstruktur
(d. h. linear, verzweigt, vernetzt, statistisches Copolymer, Blockpolymer u. a.),
unterschiedlichem Molekulargewicht und/oder Molekulargewichtsverteilung sowie wenn
mindestens zwei Polymere, die nicht miteinander mischbar sind, verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform lassen sich erfindungsgemäß einlagige beidseitig
abrasive Vliese herstellen, bei denen durch Mitverwendung weiterer Polymere und
gegebenenfalls von Additiven das Phänomen der nachträglichen Versprödung dicker
Meltblown-Fasern weiter verbessert und - falls gewünscht - höhere Festigkeits- und
Dehnungswerte erreicht werden.
Bei diesen weiteren Polymeren kann es sich beispielsweise um Polyethylen, Polyethy
len/Polypropylen-Copolymer oder ein Polypropylen-Blockpolymer mit einem Anteil
(üblicherweise 30% oder weniger, bezogen auf das Polypropylen-Blockpolymer) einer Kaut
schukphase, die zu gleichen Teilen aus Ethylen und Propylen besteht.
Diese Polymere werden den Gemischen gewöhnlich in Mengen von 0,1 bis 20 Gew.-%, vor
zugsweise 0,2 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 8 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Ge
wicht der gesamten Mischung, zugesetzt.
Als Additive lassen sich in diesen Fällen grenzflächenaktive Mittel, wie Alkylbenzolsulfonate,
Alkansulfonate, Fettalkoholsulfonate, Fettalkoholethersulfate, α-Olefinsulfonate, α-Estersulfonate,
Alkylphosphate, Alkyletherphosphate, Fellalkoholethoxylate, Alkylphenolethoxylate,
Fettaminethoxylate, Fettsäureethoxylate, Fettsäureesterethoxylate, Alkoxylate, Alkanolamide,
Zuckertenside, Aminoxide, kationische Tenside und amphothere Tenside, insbesondere
nichtionische Fluorkohlenstofftenside, und/oder primäre und sekundäre Antioxidantien, wie
sterisch gehinderte Phenole, Sulfide, Polysulfide, Dithiocarbamate, Phosphite, Phosphonite,
Diphosphonite, und Phosphonate, verwenden.
Die Additive werden den Gemischen gewöhnlich in Mengen von 0,01 bis 15 Gew.-%, vorzugs
weise 0,01 bis 10 Gew.-%, insbesondere in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf
das Gewicht der gesamten Mischung, zugesetzt.
Die Additive und/oder Polymere können den Gemischen vor Eintritt in den Extruder
zugemischt werden oder die einzelnen Bestandteile (d. h. die verschiedenen Polymere) können
zusammen mit den Additiven als einzelne Bestandteile in den Extruder eingetragen werden. Die
Additive können ferner auch nach dem Spinnprozeß auf die Fasern aufgesprüht werden.
Dem Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet ist es bekannt, daß durch geeignete Wahl
und Einstellung der bestimmenden Produktionsparameter im Meltblown-Verfahren gezielt
dicke oder dünne Fasern ausgesponnen werden können.
Wichtige Prozeßparameter in diesem Zusammenhang sind die folgenden: Extrudertemperatur,
Temperatur der Schmelze, Temperatur des Düsenbalkens, Durchsatz der Schmelze und Druck,
Lufttemperatur, Luftmenge, Design des Düsenbalkens, Abstand des Düsenbalkens von
Kollektor, Unterdruck im Kollektor, Geschwindigkeit des Kollektors, Basisgewicht des
resultierenden Vlieses und Behandlung mit aerosolartig verteiltem Wasser, das gegebenenfalls
Additive enthält.
Um das erfindungsgemäße abrasive Vlies herstellen zu können, ist es darüber hinaus
notwendig, dicke und dünne Fasern zusätzlich durch die Wahl geeigneter Polymerparameter,
durch die Auswahl geeigneter Polymertypen und gegebenenfalls der Polymermischung sowie
gegebenenfalls durch die Verwendung bestimmter Additive gleichzeitig auszuspinnen.
Wichtige Parameter sind in diesem Zusammenhang z. B. der Schmelzindex des Polymers, die
Molekülstruktur (d. h. linear, verzweigt, vernetzt, statistisches Copolymer, Blockpolymer u. a.),
das Molekulargewicht und/oder die Molekulargewichtsverteilung.
Der sog. Schmelzindex (MFI oder MFR) ist ein Maß für die Schmelzviskosität bei einer festge
legten Temperatur von thermoplastischen Polymeren und gibt die Menge Material an, die in 10
Minuten unter Wirkung einer bestimmten Kraft bei einer festgelegten Temperatur durch eine
definierte Düse hindurchläuft. Somit ist der MFI auch ein grober Indikator für das
Molekulargewicht und die Molekulargewichtsverteilung. Allerdings weist Bugada in ihrem
Aufsatz "Optimizing polymer properties for process and product performance", erschienen in
Nonwovens World, August-September 1999, S. 89ff darauf hin, daß bei nahezu gleichen MFIs
das Molekulargewicht deutlich variieren kann und umgekehrt.
Es wurde nämlich festgestellt, daß Fasereigenschaften beispielsweise durch Mischung von Po
lymeren verschiedener Schmelzindizes zusätzlich individuell gesteuert werden können. Um
erfindungsgemäß ein Gemisch aus Mikro- und Makrofasern gemäß der obigen Definition
gleichzeitig mit einem Extruder und einem Düsenbalken zu produzieren, ist es daher
erforderlich, Polymere beispielsweise unterschiedlicher Schmelzindizes, unterschiedlicher
Molekülstruktur, unterschiedlichen Molekulargewichts und/oder unterschiedlicher
Molekulargewichtsverteilung im Extruder zu schmelzen, ohne daß sich eine resultierende
einheitliche Viskosität einstellt. Hierbei muß gewährleistet sein, daß die beiden Viskositäten im
wesentlichen ohne Angleichung aneinander bestehen bleiben.
Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden als
Ausgangsmaterialien Polymere verwendet, die bereits vorabgebaut sind. Wenn Polymere, die
Peroxidverbindungen enthalten, als Bestandteile des erfindungsgemäß zu verwendenden
Gemisches verwendet werden, kann in einigen Fällen eine Tendenz zu einer Angleichung der
Viskositäten beobachtet werden.
Als erfindungsgemäß verwendbare Polymere eignen sich grundsätzlich die verschiedenen
Typen der Polyolefine, Polyester, Polyamide, Polyesteramide und Copolymere hiervon,
beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Nylon, Ethylen/Vinylacetat-
Copolymere, Ethylen/Propylen-Copolymere oder Polyvinylchlorid. Die genannten Polymere
lassen sich entweder als Homopolymer oder als eine Mischung aus unterschiedlichen
Polymeren (Copolymere) extrudieren.
So kann es sich bei den zur Herstellung des erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses
verwendbaren Polymeren beispielsweise um die folgenden handeln:
- - eine Mischung mindestens zweier Homopolymere z. B. aus Polyolefinen wie Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) oder Gemische zweier Polyethylen- oder Polypropylenhomo polymere unterschiedlicher Schmelzindizes,
- - eine Mischung aus mindestens einem Homopolymer und mindestens einem Copolymer bzw. Terpolymer, z. B. ein Gemisch aus Polypropylen und einem Polypropylen/Polyethylen-Co polymer,
- - eine Mischung aus mindestens zwei Copolymeren bzw. Terpolymeren, z. B. ein Gemisch aus einem Polypropylen/Polyethylen-Copolymer und einem Ethylen/Vinylacetat- Copolymer oder ein Gemisch aus zwei Polypropylen/Polyethylen-Copolymeren unterschiedlicher Schmelzindizes.
Beispiele für erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzte Gemische sind ein Gemisch aus Polypro
pylen eines Schmelzindex von 450 und einem Polypropylen-Blockpolymer eines Schmelzindex
von 100, ein Gemisch aus peroxidisch abgebautem Polypropylen eines Schmelzindex von 1400
und einem Polypropylen-Blockpolymer eines Schmelzindex von 100, ein Gemisch aus Polypro
pylen eines Schmelzindex von 450 und Polypropylen eines Schmelzindex von 1200 und ein
Gemisch aus Polypropylen eines Schmelzindex von 450 und Polypropylen eines Schmelzindex
von 800.
Gewöhnlich werden erfindungsgemäß Polymere mit einem Schmelzindex (MFR) in einem Be
reich zwischen 25 und 1800 g/10 min, vorzugsweise in einem Bereich von 50 bis 1600 g/10 min,
insbesondere in einem Bereich von 100 bis 1400 g/10 min, verwendet, wobei die
Mischungsverhältnisse der Polymere in weitem Rahmen in einem Bereich von 5-95%/95-5%,
vorzugsweise in einem Bereich von 5-80%/95-20%, insbesondere in einem Bereich von 5-
40%/95-60%, jeweils bezogen auf ein Gemisch aus Polymer mit niedrigerem
Schmelzindex/Polymer mit höherem Schmelzindex variiert werden können.
Die Schmelzindizes besitzen bei den erfindungsgemäß verwendeten Polymeren, wenn der Para
meter Schmelzindex ausgewählt ist, um gleichzeitig dicke und dünne Fasern nach dem Melt
blown-Verfahren zu spinnen, gewöhnlich einen Unterschied von mindestens 50 Einheiten (g/10 min),
vorzugsweise 100 Einheiten und insbesondere 300 Einheiten.
Das massegemittelte Molekulargewicht Mw der erfindungsgemäß verwendbaren Polymere liegt
vorzugsweise in einem Bereich von 50.000 und 200.000 g/mol, insbesondere in einem Bereich
von 70.000 bis 150.000 g/mol.
Für ein abrasives Vlies sind neben Rauhigkeit und Tränkespeichervermögen besonders die phy
sikalischen Eigenschaften wie Bruchkraft und Bruchdehnung wichtig. Durch eine geeignete
Auswahl der Polymermischung, z. B. durch Verwendung eines Polyethylen/Polypropylen-
Copolymers, insbesondere eines solchen mit einem Polyethlyengehalt von nicht mehr als 20%,
wobei das Ethylen in einer Kautschukphase vorliegt, können diese Eigenschaften des
Polypropylens stark verbessert werden.
Weitgehend bekannt und für solche Fälle einsetzbar sind Mischungen von Polypropylen mit
seinen verwandten Polymeren aus der Familie der Polyolefine und hier besonders mit
Polyethylen. Noel und Carley beschreiben in ihrem Aufsatz "Properties of Polypropylene-
Polyethylene-Blends", Polymer Engeneering And Science, February 1975, Vol. 15, No. 2, S.
117ff die Bruchkraft-erhöhende Zugabe von bis zu 10% Polyethylen zu einem Polypropylen.
Jedoch werden solche Fasern typischerweise sehr weich, was dem gewünschten Abrasiveffekt
des Vlieses entgegenläuft. Derartige weiche Fasern treten auch bei der Verwendung von
Polypropylen/Polyethylen-Copolymeren auf, die aus Ethylen und Propylen polymerisiert
werden (vgl. z. B. PCT/WO 98/39384).
Überraschenderweise läßt sich die Versprödung der erfindungsgemäßen Vliese bei
gleichzeitiger hervorragender Abrasivität im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform
durch Mitverwendung eines Copolymers, bei dem das Polyethylen lediglich in einer
Kautschukphase vorliegt, als des einen Polymerbestandteils der Mischung unterdrücken, wobei
die Bruchdehnung sehr stark erhöht wird (größer 20%). Ein in diesem Zusammenhang
verwendbares Copolymer ist beispielsweise ein handelsübliches Polypropylen-Blockpolymer
mit einer geringen Kautschukphase, die aus je ca. 50% Ethylen und Propylen besteht.
Die Faserdicke der Mikrofasern liegt erfindungsgemäß in einem Bereich von 1 bis 10 µm, vor
zugsweise in einem Bereich von 2 bis 8 µm, und insbesondere in einem Bereich von 3 bis 7 µm.
Die Faserdicke der Makrofasern liegt erfindungsgemäß in einem Bereich von 15 bis 80 µm,
vorzugsweise in einem Bereich von 20 bis 60 µm, und insbesondere in einem Bereich von
30 bis 50 µm.
Gegenwärtig gehen wir davon aus, daß der zahlenmäßige Anteil der Makrofasern in dem erfin
dungsgemäßen Vlies, bezogen auf eine Flächeneinheit des Vlieses, in wünschenswerter Weise
kleiner als 50%, insbesondere kleiner als 40% ist.
Beim Ausspinnen des Polymergemisches kann ferner ein Teil der gebildeten klebrigen Mikro-
bzw. Makrofasern auf dem Kollektor bei der Vliesbildung mit benachbarten Fasern zusammen
kleben, so daß neben den Mikro- und Makrofasern auch dickere Faserbündel im
erfindungsgemäßen Vlies vorliegen können. Ohne uns an irgendeine Theorie binden zu wollen,
gehen wir davon aus, daß die Bildung von Faserbündeln durch Verwendung von Polymeren mit
ähnlicheren Eigenschaften, d. h. beispielsweise Polymeren mit geringer unterschiedlichen
Schmelzindizes, begünstigt wird. Ferner gehen wir davon aus, daß die Bildung von
Faserbündeln durch die Mitverwendung eines Copolymers, beispielsweise des oben genannten
Copolymers, bei dem das Ethylen lediglich in der Kautschukphase vorliegt, begünstigt wird.
Die Dicke dieser Faserbündel kann in solchen Fällen gewöhnlich zwischen 50 und 300 µm,
vorzugsweise zwischen 70 und 200 µm, insbesondere zwischen 80 und 150 µm liegen.
Gegenwärtig gehen wir davon aus, daß zur Verbesserung der abrasiven Eigenschaften des erfin
dungsgemäßen Vlieses ein mengenmäßiger Anteil von mehr als 10% der gesamten Fasern an
Faserbündeln wünschenswert ist.
So kann ein solcher Prozeß beispielsweise insbesondere in Fällen beobachtet werden, wenn ein
Gemisch aus einem Polypropylen mit einem höheren Schmelzindex und einem Copolymer mit
einem geringeren Schmelzindex, der z. B. kleiner als 25% des Schmelzindex des verwendeten
Polypropylens ist, verwendet wird.
Bei Verwendung von Polymergemischen mit stark unterschiedlichen Schmelzindizes, die beide
üblicherweise kein oder nur sehr wenig Restperoxid enthalten, kommt es nicht zur Angleichung
der Viskositäten, sondern zu zwei unterschiedlich viskosen, gering vermischten Schmelzen, so
daß die Bildung von Faserbündeln in geringerem Umfang auftritt und statistisch verteilt über
den gesamten Düsenbalken stattfindet. Dicke Faserbündel sowie Makro- und Mikrofasern
verteilen sich somit ungeordnet in x-, y- und z-Richtung im Vlies.
Den erfindungsgemäßen Polymermischungen können ferner Additive zugegeben werden, die
einen Beitrag leisten können, um spezielle Vlieseigenschaften zu liefern oder zu erhalten.
Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Additive sind die folgenden:
- - Hydrophilierungsmittel, beispielsweise die oben genannten nichtionischen Tenside, insbeson dere Sulfobernsteinsäureesterderivate oder fluorchemische-Tenside;
- - Stabilisatoren gegen oxidative Degradation (bspw. durch Restperoxid, (Luft-)Sauerstoff. (Sonnen-)Licht, Wasser etc.), wie Amine, Phenole, Phosphite, Phosphonite, Diphosphonite oder Thioester, und
- - Farbstoffe zur Färbung der Fasern, wie sie beispielsweise von der Fa. Clariant unter der Be zeichnung Sanylene® vertrieben werden.
Diese Additive können den erfindungsgemäß verwendeten Polymermischungen in Mengen von
0,01 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von 0,01 bis 10 Gew.-%, insbesondere von 0,1
bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht des Polymergemisches, zugesetzt werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten einlagigen abrasiven Vliese lassen sich durch die folgenden
Parameter beschreiben:
- - Flächengewicht (EDANA-Norm 403 89),
- - Bruchkraft und Bruchdehnung (EDANA-Norm 20289),
- - möglichst niedrige Versprödungsneigung,
- - Abrasivität,
- - Widerstand gegen Fusseln und Abrasion,
- - Tränkehaltevermögen,
- - Tränkeaufnahme,
- - Faserdurchmesser,
- - Porengröße und Porengrößenverteilung.
- - Kontaktwinkel.
Das erfindungsgemäße abrasive Vlies besitzt gewöhnlich ein Flächengewicht von 15 bis 150 g/m2,
vorzugsweise ein Flächengewicht von 25 bis 80 g/m2.
Überraschenderweise verschlechtern sich Bruchkraft und Bruchdehnung von reinen Polyolefin-
Produkten nach der Produktion deutlich. Dieses Verhalten ist durch den Einsatz der erfindungs
gemäß verwendeten Polymergemische soweit verbessert geworden, daß die endgültige Bruch
kraft des erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses gewöhnlich in Maschinenrichtung (MD) minde
stens 10 N/50 mm, vorzugsweise mindestens 15 N/50 mm, und quer zur Maschinenrichtung
(CD) gewöhnlich mindestens bei 5 N/50 mm, vorzugsweise bei 10 N/50 mm liegt.
Die Bruchdehnung des erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses liegt gewöhnlich über 10%, vor
zugsweise über 20% sowohl in MD als auch in CD. Die Bruchdehnung verbessert sich, wenn
das Vlies mit der Tränke befeuchtet ist.
Das Tränkehaltevermögen sowie die Tränkeaufnahme sind stark vom Faserdurchmesser, der
daraus resultierenden Porengrößenverteilung, der Vliesdichte und den oberflächenchemischen
Eigenschaften des Vlieses determiniert.
Zur Ermittlung der Tränkeaufnahme wird gewöhnlich eine definierte Fläche trocken
ausgewogen, dann mit einer Versuchstränke getränkt, leicht ausgedrückt und naß gewogen. Das
Gewicht der aufgenommenen Tränke, das sich aus der Differenz der beiden Meßwerte
errechnet, wird in Relation zum Flächengewicht gesetzt und gibt die Tränkeaufnahme in
Prozent an. Die Tränkeaufnahme des erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses liegt gewöhnlich
zwischen 100 und 700 Trockengewichtsprozent, bevorzugt zwischen 100 und 500
Trockengewichtsprozent.
Der Faserdurchmesser der im erfindungsgemäßen abrasiven Vlies vorkommenden Fasern kann
durch rasterelektronenmikroskopische (REM) Untersuchung bestimmt werden.
Die Porengröße läßt sich mittels eines Porosimerters bestimmen, welches Quecksilber mit
zunehmendem Druck in die Vliesporen preßt. Aus der Druckkurve kann die Anzahl der Poren,
Porengrößenverteilung sowie das gesamte Porenvolumen abgeleitet werden. Gute
Tränkespeicherung wurde bei erfindungsgemäßen Vliesen erreicht, bei denen der
Porenvolumenanteil an Poren, die kleiner als 60 µm im Durchmesser sind, gewöhnlich mehr als
50%, vorzugsweise mehr als 70% beträgt. Fig. 2 zeigt eine Porengrößenverteilung eines
erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses gemäß nachfolgendem Beispiel 2.
Das Tränkehaltevermögen wird durch einen Lagertest bestätigt. Dabei werden mehrere Stapel
von 30 Einzelblättern eines erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses gemäß nachfolgendem
Beispiel 2 mit einer bestimmten Menge einer definierten Tränke befeuchtet. Dann wird von den
Blättern eines Stapels die aufgenommene Tränkemenge bestimmt, die zu einem Tränkeprofil
innerhalb des Stapels führt. Ferner werden weitere Stapel desgleichen erfindungsgemäßen
Vlieses in einer dichten Verpackung einen Monat bei Raumtemperatur und bei 40°C gelagert.
Anschließend wird ebenfalls wie beim ersten Stapel das Tränkeprofil in den Stapeln gemessen
(vgl. Fig. 3).
Die beiden Profile der gelagerten Stapel verlaufen nur mit einer sehr kleinen Steigung nahezu
waaggerecht und bleiben parallel. Die Abwärtsverschiebung der Kurven zeigt die Verdunstung
der Tränke durch die verschlossene Packung besonders bei 40°C an. Die obersten Blätter im
Stapel verlieren geringfügig Tränke und geben sie an die untersten Blätter ab. Diese können die
Mehrmenge problemlos speichern, die Packung bleibt trocken. Die Tränke verlagert sich stabil
in den beobachteten Zustand, da bereits bei der ersten Messung, die einige Tage nach der
Produktion durchgeführt wurde, die geringfügige Veränderung zu beobachten ist.
Das erfindungsgemäße abrasive Vlies kann daher auch über längere Zeit in einer Packung
gleichmäßig feucht im gesamten Stapel gelagert werden, ohne daß die oben liegenden Tücher
austrocknen während sich am Boden der Packung aus den Tüchern herausgelaufene Tränke an
sammelt. Das konnte durch das erfindungsgemäße abrasive Vlies erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Vlies läßt sich wie oben ausgeführt nach dem Meltblown-Verfahren
produktionsmäßig in einem Schritt mit nur einem Extruder für die verwendeten Polymere und
mit nur einem Düsenbalken, der nur Spinndüsen einer Größe besitzt, durch Verwendung eines
Gemisches von Polymeren unterschiedlicher Eigenschaften herstellen.
Hierbei können die verwendeten Polymere sowie gegebenenfalls mitverwendete Additive in
dem gewünschten Mischungsverhältnis aus einem Dosiergerät in den Extruder eingetragen
werden. Dort wird das Gemisch nach einem geeigneten Temperaturprofil (dieses ist dem
Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt oder läßt sich durch Routineversuche
leicht bestimmen) und verläßt den Extruder üblicherweise mit einer Temperatur zwischen 180
und 300°C. Eine Pumpe befördert die Schmelze mit einem Durchsatz, der üblicherweise
mindestens 50 kg/h beträgt, zum Düsenbalken. Der Abstand zwischen Kollektor und
Düsenbalken liegt hierbei gewöhnlich zwischen 25 und 50 cm. Die Geschwindigkeit des
Kollektors richtet sich nach dem gewünschten Flächengewicht des Vlieses bei gegebenem
Durchsatz der Schmelze und gegebener Breite des verwendeten Düsenbalkens. Die Temperatur
der üblicherweise verwendeten heißen Druckluft liegt gewöhnlich zwischen 270 und 320°C je
nach dem verwendeten Polymergemisch sowie gegebenenfalls zugesetzten Additiven. Der
Luftdurchsatz variiert ebenso wie die Lufttemperatur in Abhängigkeit von dem verwendeten
Polymergemisch sowie gegebenenfalls zugesetzten Additiven zwischen 250 und 500 m3/h.
Aufgrund der hier beschriebenen Eigenschaften eignet sich das erfindungsgemäße abrasive
Vlies besonders zur
Reinigung von verschmutzten Oberflächen, z. B. zur Handreinigung, zur Reinigung von Bädern und Toiletten, zur Reinigung von Oberflächen, die mit Graffiti verschmutzt sind etc.
Reinigung von verschmutzten Oberflächen, z. B. zur Handreinigung, zur Reinigung von Bädern und Toiletten, zur Reinigung von Oberflächen, die mit Graffiti verschmutzt sind etc.
Für die nachfolgenden Beispiele wurde eine Meltblown-Linie mit nur einem Extruder
verwendet, so daß alle Polymere und gegebenenfalls mitverwendete Additive gemeinsam in
einem Extruder geschmolzen und durch einen Düsenbalken gesponnen wurden.
Ein abrasives Vlies mit einem Basisgewicht von 45 g/m2 wurde aus einer Mischung von 80%
isotaktischem Polypropylen, das kein Restperoxid enthält und einen Schmelzindex von 450 g/10 min
besitzt, und 20% Polypropylen-Blockpolymer mit einer 10%igen Kautschukphase aus
Polyethylen/Polypropylen = 50/50 mit einem Schmelzindex von 100 g/10 min bei 233°C
Temperatur der Schmelze hergestellt. Die damit erzielte Bruchkraft beträgt 22 N/50 mm in
Maschinenrichtung und 12 N/50 mm quer zur Maschinenrichtung. Die Bruchdehnung liegt bei
knapp 50% in Maschinenrichtung und etwas über 50% quer zur Maschinenrichtung.
Ein abrasives Vlies mit einem Basisgewicht von 45 g/m wurde aus einer Mischung von 80%
isotaktischem Polypropylen, das kein Restperoxid enthält und einen Schmelzindex von 450 g/10 min
besitzt, und 20% Polypropylen-Blockpolymer, wie es auch in Beispiel 1 verwendet
wurde, bei 233°C Temperatur der Schmelze hergestellt (vgl. Beispiel 1). Es wurde ein
Hydrophilisierungsmittel (ein handelsübliches nichtionisches fluorchemisches Tensid) nach
dem Spinnprozeß in einer Menge von . . . auf die Fasern gesprüht. Die erzielte Bruchkraft beträgt
17 N/50 mm in Maschinenrichtung und 13 N/50 mm quer zur Maschinenrichtung. Die
Bruchdehnung liegt bei knapp 45% in Maschinenrichtung und über 70% quer zur
Maschinenrichtung.
Ein abrasives Vlies mit einem Basisgewicht von 45 g/m2 wurde aus einer Mischung von 79%
isotaktischem Polypropylen, das kein Restperoxid enthält und einen Schmelzindex von 450 g/10 min
besitzt, 20% Polypropylen-Blockpolymer mit einer 10% Kautschukphase und einem
Schmelzindex von 100 g/10 min (gemäß der Beschreibung in Beispiel 1), sowie 1% eines Hy
drophilisierungsmittels, das aus einem handelsüblichen nichtionischen fluorchemischen Tensid
besteht, bei 233°C Temperatur der Schmelze hergestellt. Die erzielte Bruchkraft beträgt 18 N/50 mm
in Maschinenrichtung und 13 N/50 mm quer zur Maschinenrichtung. Die
Bruchdehnung liegt bei knapp 80% in Maschinenrichtung und über 90% quer zur
Maschinenrichtung.
Die Beispiele 1 bis 3 zeigen, daß die Zugabe von Hydrophilisierungsmitteln die Bruchdehnung
positiv beeinflussen. Gleichzeitig senken sie die Oberflächenenergie des Vlieses ab und
ermöglichen ein verbessertes Tränkehaltevermögen.
Ein abrasives Vlies mit einem Basisgewicht von 47,5 g/m2 wurde aus einer Mischung von 80%
isotaktischem Polypropylen, das Peroxid enthält und einen Schmelzindex von 1.400 g/10 min
besitzt, und 20% Polypropylen-Blockpolymer mit einer 10% Kautschukphase mit einem
Schmelzindex von 100 g/10 min (vgl. Beispiel 1) bei 233°C Temperatur der Schmelze
hergestellt. Es wurde ein handelsübliches nichtionisches fluorchemisches Tensid in einer
Menge von . . . nach dem Spinnprozeß auf die Fasern gesprüht. Die erzielte Bruchkraft beträgt
17 N/50 mm in Maschinenrichtung und 14 N/50 mm quer zur Maschinenrichtung. Die
Bruchdehnung liegt bei knapp 45% in Maschinenrichtung und über 35% quer zur
Maschinenrichtung.
Trotz einer Erhöhung des Basisgewichts und trotz des positiven Effekts des
Hydrophilisierungsmittels auf die Bruchdehnung, erhält man eine etwas geringere
Bruchdehnung quer zur Maschinenrichtung.
Ein abrasives Vlies mit einem Basisgewicht von 39 g/m2 wurde gemäß Stand der Technik aus
einem isotaktischen Polypropylen mit einem Schmelzindex von 450 g/10 min bei 253°C
Temperatur der Schmelze hergestellt. Es wurde ein handelsübliches nichtionisches
fluorchemisches Tensid in einer Menge von . . . nach dem Spinnprozeß auf die Fasern gesprüht.
Die erzielte Bruchkraft beträgt 13,5 N/50 mm in Maschinenrichtung und 10 N/50 mm quer zur
Maschinenrichtung. Die Bruchdehnung liegt bei knapp 20% in Maschinenrichtung und über
30% quer zur Maschinenrichtung.
Die folgende Tabelle faßt die Beispiele zusammen:
Claims (16)
1. Einlagiges, beidseitig abrasives Vlies, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein
gleichförmiges Gemisch aus Mikrofasern eines Faserdurchmessers von 1 bis 10 µm und
Makrofasern eines Faserdurchmessers von 15 bis 50 µm aufweist und ein Flächengewicht
von 15 und 150 g/m2 besitzt.
2. Abrasives Vlies gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten
Polymere aus Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden, Polyesteramiden und Copolymeren
hiervon ausgewählt sind.
3. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Po
lymere aus einer Mischung aus Homopolymeren, bevorzugt aus Polyolefinen, wie Polypro
pylen (PP) oder Polyethylen (PE), oder aus einer Mischung eines Homopolymers und min
destens eines Copolymers bzw. Terpolymers oder einer Mischung aus mindestens zwei Co
polymeren bzw. Terpolymeren bestehen.
4. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flä
chengewicht des Vlieses zwischen 25 und 80 g/m2 liegt.
5. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schmelzindex der verwendeten Polymere zwischen 25 und 1.800 g/10 min liegt.
6. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mi
schungsverhältnis der beiden Polymere in einem Bereich von 5% bis 95% bzw. von 95%
bis 5% liegt.
7. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Po
lymergemisch zwischen 5% und 40% eines Blockpolymers mit einem Schmelzindex zwi
schen 50 und 200 g/10 min, bezogen auf das gesamte Gewicht des Polymergemisches, ent
hält.
8. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es
ferner Additive in einer Menge von 0,01 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Gewicht
des Polymergemisches, enthält.
9. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Ad
ditiv einer oder mehrere Bestandteile verwendet werden, die aus Hydrophilisierungsmittel,
Pigmenten und Farbstoffen, Stabilisatoren gegen oxidativen Abbau und
Desinfektionsmitteln ausgewählt sind.
10. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bruchkraft mindestens 10 N/50 mm in Maschinenrichtung und quer zur Maschinenrichtung
beträgt und gleichzeitig die Bruchdehnung mind. 15% in Maschinenrichtung und quer zur
Maschinenrichtung beträgt.
11. Verfahren zur Herstellung eines abrasiven Vlieses gemäß einem der obigen Ansprüche im
Rahmen eines Schmelzblas(Meltblown)-Verfahrens, das die folgenden Stufen umfaßt:
- - Einspeisen eines Gemisches aus Polymeren unterschiedlicher Eigenschaften und gegebe nenfalls mitverwendeten Additiven in einen Extruder;
- - Extrudieren des Gemisches, wobei die Extruderauslaßtemperatur in einem Bereich zwi schen 180 und 300°C liegt,
- - Führen des Extrudats zu Düsen,
- - Spinnen des Extrudats und
- - Ablegen der gesponnenen Fasern auf einem Kollektor.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Polymere mit
unterschiedlichem Schmelzindex in den Extruder eingespeist werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das
Mischungsverhältnis der beiden Polymere in einem Bereich von 5% bis 95% bzw. von
95% bis 5% liegt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer
gemisch zwischen 5% und 40% eines Blockpolymers mit einem Schmelzindex zwischen
50 und 200 g/10 min, bezogen auf das gesamte Gewicht des Polymergemisches, enthält.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer
gemisch ferner Additive in einer Menge von 0,01 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das gesamte
Gewicht des Polymergemisches, enthält.
16. Verwendung eines abrasiven Vlieses gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Reinigung
von verschmutzten Oberflächen.
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