DE102004007618A1 - Process for the production of nonwovens, nonwoven fabric and its use - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen, bei dem eine Cellulosecarbamat-Lösung mittels Extrusion durch einen mehrere Öffnungen enthaltenden Düsenblock in ein Fällbad zu mehreren Endlosfäden versponnen wird, die im Anschluss durch Anströmen mit gasförmigen Medium und/oder Fluid verwirbelt wird. Ebenso betrifft die Erfindung einen derartigen Vliesstoff sowie dessen Verwendung.The invention relates to a process for the production of nonwovens, in which a cellulose carbamate solution is spun by extrusion through a die block containing a plurality of openings in a precipitation bath to form a plurality of continuous filaments, which is subsequently fluidized by influx with gaseous medium and / or fluid. Likewise, the invention relates to such a nonwoven fabric and its use.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen, bei dem eine Cellulosecarbamat-Lösung mittels Extrusion durch einen mehrere Öffnungen enthaltenden Düsenblock in ein Fällbad zu mehreren Endlosfäden versponnen wird, die im Anschluss durch Anströmen mit gasförmigen Medium und/oder Fluid verwirbelt wird. Ebenso betrifft die Erfindung einen derartigen Vliesstoff sowie dessen Verwendung.The Invention relates to a process for the production of nonwovens, in which a cellulose carbamate solution by means of Extrusion through a multiple openings containing nozzle block in a felling bath too several endless threads is spun, which is then by gushing with gaseous medium and / or fluid is fluidized. Likewise, the invention relates to a such nonwoven fabric and its use.
Nonwovens sind textile Flächengebilde, bei denen der Zusammenhalt der Fasern nicht durch Weben oder Stricken, sondern durch Verhakungen und mitunter auch Verklebungen nach Verwirbelung der Fasern gewährleistet wird. Wegen der vielseitigen Verwendungsmöglichkeiten und der niedrigen Produktionskosten weist die Nonwovens-Produktion nach wie vor hohe jährliche Wachstumsraten auf. Die Vorteile dieser Vliesmaterialien liegen insbesondere in der hohen Feuchtigkeitsaufnahme, der hohen Variabilität von Dichte und Dicke sowie der weitgehenden Flächenanisotropie, woraus sich die zahlreichen Verwendungsmöglichkeiten ergeben, z.B. in der Medizin (Operationsabdecktücher, Bettücher, Wundabdeckungen, Gaze, Wattepads usw.) für Hygieneprodukte, als Wischtücher in Haushalt und Industrie, als Dekorationsvliesstoffe (Tischdecken, Servietten, Vorhänge), Einlegevliese in der Bekleidungsindustrie sowie für zahlreiche technische Anwendungen (z.B. Isoliermatten in der Bauindustrie).nonwovens are textile fabrics, where cohesion of the fibers is not achieved by weaving or knitting, but by entanglements and sometimes also gluing after swirling the Ensures fibers becomes. Because of the versatility and low production costs nonwovens production continues to show high annual growth rates on. The advantages of these nonwoven materials are in particular the high moisture absorption, the high variability of density and thickness as well as the extensive surface anisotropy, from which the numerous uses result, e.g. in medicine (surgical drapes, sheets, wound dressings, gauze, Cotton pads, etc.) for Hygiene products, as wipes in household and industry, as decorative nonwovens (tablecloths, Napkins, curtains), Nonwovens in the clothing industry and for many technical applications (e.g., insulation mats in the construction industry).
Prinzipiell ist die Vliesbildung aus Kurzfasern, Stapelfasern oder Endlosfilamenten möglich. Die als „Spunbonding" bzw. als „Spunlacing" bezeichneten Verfahren der Vliesbildung aus Endlosfasern haben den Vorteil, dass das Erspinnen der Fasern und das Verlegen zu Vliesen in einem Prozess erfolgen, und sind Gegenstand dieser Erfindung. Als Ausgangsmaterial für die Vliesstoffe ist eine Vielzahl von faserbildenden Polymeren einsetzbar. Vliesstoffe aus Endlosfilamenten werden bevorzugt aus Synthesefasern wie Polyester, Polyacrylnitril oder Polypropylen hergestellt. Viskosefasern werden bevorzugt als Kurz- oder Stapelfasern zur Nonwovensherstellung eingesetzt.in principle is the nonwoven formation of short fibers, staple fibers or continuous filaments possible. The as spunbonding or spunlacing The nonwoven formation of continuous fibers have the advantage that the spinning fibers and laying to nonwovens in one process, and are the subject of this invention. As starting material for the nonwovens a variety of fiber-forming polymers can be used. Nonwovens off Continuous filaments are preferably made of synthetic fibers such as polyester, Polyacrylonitrile or polypropylene produced. Viscose fibers are preferably used as short or staple fibers for nonwoven production.
Da
das Viskoseverfahren, mit dem nach wie vor der größte Teil
der Celluloseregeneratfasern hergestellt wird, mit erheblichen Umweltbelastungen und
hohen Investitionskosten verbunden ist, werden bereits seit etlichen
Jahren umfangreiche Anstrengungen unternommen, das Viskoseverfahren
durch alternative Verfahren abzulösen. So wurde z.B. das Verfahren
entwickelt, Celluloseformkörper
durch Ausfällen
einer Lösung
von Cellulose in einem System aus N-Methylmorpholin-N- Oxid (NMMNO) und Wasser
herzustellen (
Ein schon lange bekanntes Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Regeneratcellulose besteht im Ausfällen einer Lösung von Cellulosecarbamat (EP-A-57 105, EP-A 178 292), das durch Umsetzung von Cellulose mit Harnstoff bei thermischer Spaltung des Harnstoffs in Isocyansäure und Ammoniak und Reaktion der Isocyansäure mit den OH-Gruppen der Cellulose gebildet wird. Cellulosecarbamat ist in kalter verdünnter Natronlauge löslich und kann in erwärmter Natronlauge wieder zu Cellulose regeneriert werden.One long known method for the production of moldings Regenerated cellulose consists in precipitating a solution of Cellulose carbamate (EP-A-57 105, EP-A 178 292), which by reacting cellulose with urea upon thermal decomposition of the urea into isocyanic acid and ammonia and reaction of isocyanic acid is formed with the OH groups of the cellulose. cellulose is more diluted in cold Sodium hydroxide solution and can be heated Sodium hydroxide be regenerated back to cellulose.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen aus Cellulosecarbamat in einem kontinuierlichen Prozess bei guten Produkteigenschaften bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe bestand darin, dass das Verfahren den Ansprüchen hinsichtlich geringer Investitions- und Produktionskosten und geringer Umweltbelastung genügt.task It was therefore the object of the present invention to provide a process for the preparation nonwovens made of cellulose carbamate in a continuous process to provide with good product properties. Another task was that the procedure complied with the low investment and production costs and low environmental impact is sufficient.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die Vliesstoffe mit den Merkmalen der Ansprüche 21 und 23 gelöst. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vliesstoffe wird in den Ansprüchen 28 bis 32 beschrieben. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.These The object is achieved by the method having the features of the claim 1 and the nonwoven fabrics with the features of claims 21 and 23 solved. The Use of the nonwoven fabrics according to the invention is in the claims 28 to 32 described. The further dependent claims show advantageous developments.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen bereitgestellt, bei dem eine Cellulosecarbamat-Lösung mittels Extrusion durch einen mindestens 20 Öffnungen, d.h. Düsen, enthaltenden Düsenblock in ein Fällbad zu mehreren Endlosfäden versponnen wird, die im Anschluss durch Anströmen mit gasförmigem Medium und/oder Fluid unter Bildung des Vliesstoffes verwirbelt werden.According to the invention is a Process for the production of nonwovens provided in which a Cellulose solution by extrusion through at least 20 orifices, i. Nozzles containing nozzle block in a felling bath to several endless threads which is then spinned by gaseous medium and / or fluid are fluidized to form the nonwoven fabric.
Überraschend konnte gezeigt werden, dass auch nach dem Carbamatverfahren ersponnene Fäden in einem kontinuierlichen Prozess zu Vliesstoffen verarbeitet werden können.Surprised could be shown that even after the carbamate spun Threads in a continuous process to nonwovens are processed can.
Die Zahl der auf dem Düsenblock, d.h. einer rechteckigen Fläche, deren Länge groß gegenüber der Breite ist, angeordneten Öffnungen ist abhängig von der Breite und Dicke des angestrebten Produkts und beträgt vorzugsweise mindestens 10000.The number of openings arranged on the nozzle block, ie a rectangular area whose length is large in relation to the width, is dependent of the width and thickness of the intended product and is preferably at least 10,000.
Die Öffnungen des Düsenblocks sind besonders bevorzugt arrayartig angeordnet. Ebenso ist es aber auch möglich, dass die Öffnungen des Düsenbalkens linear angeordnet sind. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser (L/D-Verhältnis) der Düsen liegt dabei vorzugsweise zwischen 1 und 20.The openings of the nozzle block are particularly preferably arranged like an array. But it is the same also possible, that the openings of the nozzle bar are arranged linearly. The relationship of length to diameter (L / D ratio) the nozzles is located preferably between 1 and 20.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens werden die Endlosfäden senkrecht von unten nach oben in das Fällbad versponnen.In a preferred embodiment of the Procedure become the endless threads Spun vertically from bottom to top in the precipitation bath.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Verspinnung der Endlosfäden im nassen Zustand erfolgt.Farther it is preferred that the spinning of the filaments in the wet Condition occurs.
Nach dem Verspinnen werden die Endlosfäden vorzugsweise in einem schlitzförmigen Trichter nach unten geführt, wobei am Ausgang des Trichters die Verwirbelung mit dem gasförmigen Medium und/oder Fluid erfolgt. Zur Verbesserung der Verwirbelung der Endlosfäden ist es weiterhin bevorzugt, eine Rüttelbewegung des Trichters durchzuführen.To spinning, the filaments are preferably in a slit-shaped funnel after guided down, wherein at the outlet of the funnel the turbulence with the gaseous medium and / or Fluid takes place. To improve the turbulence of the filaments is It further prefers a shaking motion of the funnel.
Als gasförmiges Medium und/oder Fluid werden vorzugsweise Luft und/oder Wasser eingesetzt.When gaseous Medium and / or fluid are preferably used air and / or water.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Endlosfäden nach der Verwirbelung auf einem Transportband abgelegt werden. Vorzugsweise wird dabei durch Rüttelbewegung des Transportbandes eine weitere Verwirbelung der Endlosfäden realisiert.Farther it is preferred that the filaments after the turbulence on be stored a conveyor belt. Preferably, it is through shaking the conveyor belt realized a further swirling of the endless threads.
Vorzugsweise wird eine Cellulosecarbamat-Lösung verwendet, die einen Cellulosecarbamat-Anteil von mindestens 6 bis 12, bevorzugt 7 bis 9 Gew.-%, bezogen auf die Lösung, enthält.Preferably becomes a cellulose carbamate solution used, which has a cellulose carbamate content of at least 6 to 12, preferably 7 to 9 wt .-%, based on the solution contains.
Das Fällbad enthält bevorzugt Schwefelsäure mit einer Konzentration von 50 bis 200 g/l, besonders bevorzugt 70 bis 100 g/l sowie 100 bis 300 g/l, besonders bevorzugt 150 bis 200 g/l Natriumsulfat.The precipitation bath contains preferably sulfuric acid at a concentration of 50 to 200 g / l, more preferred 70 to 100 g / l and 100 to 300 g / l, particularly preferably 150 to 200 g / l sodium sulfate.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens wird der Vliesstoff im Anschluss an die zuvor beschriebenen Schritte gewaschen, abgepresst sowie getrocknet. Das Waschen kann dabei vorzugsweise durch einen unter hohem Druck stehenden Wasserstrahl erfolgen.In a further advantageous embodiment of the method The nonwoven fabric will follow the previously described steps washed, pressed and dried. The washing may preferably take place through a high pressure water jet.
Vorzugsweise wird das Cellulosecarbamat in einem Regenerierungsbad zu Cellulose regeneriert.Preferably the cellulose carbamate becomes cellulose in a regeneration bath regenerated.
Besonders bevorzugt ist es dabei, dass das Cellulosecarbamat in einem Regenerierungsbad aus 0,3 bis 1 Gew.-% Natriumhydroxid in Wasser bei einer Temperatur von 60 bis 95°C zu Cellulose regeneriert wird. Hierdurch wird es ermöglicht, Vliesstoffe aus regenerierter Cellulose herzustellen. In einer ersten vorteilhaften Variante ist es möglich, die Regenerierung zwischen Extrusion und Verwirbelung durchzuführen. Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Regenerierung nach der Verwirbelung durchgeführt wird.Especially it is preferred that the cellulose carbamate in a regeneration from 0.3 to 1% by weight of sodium hydroxide in water at one temperature from 60 to 95 ° C is regenerated to cellulose. This makes it possible Producing nonwovens from regenerated cellulose. In a first advantageous variant it is possible perform the regeneration between extrusion and turbulence. A Another preferred variant provides that the regeneration after the swirling performed becomes.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Vliesstoff aus einem Wirrgelege aus Endlosfäden aus Cellulosecarbamat bereitgestellt. Dabei ist es bevorzugt, dass der erfindungsgemäße Vliesstoff nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 herstellbar ist.According to the invention as well a nonwoven fabric made from a random knit of cellulose carbamate. It is preferred that the nonwoven fabric according to the invention by the method according to one of the claims 1 to 16 can be produced.
Erfindungsgemäß wird auch ein Vliesstoff aus einem Wirrgelege aus Endlosfäden aus regenerierter Cellulose bereitgestellt. Die regenerierte Cellulose weist dabei vorzugsweise einen Reststickstoffgehalt (Rest-N-Gehalt) von 0,3 bis 0,5, besonders bevorzugt 0,1 bis 1,2 auf.Also according to the invention a nonwoven fabric made of a random knit of regenerated cellulose filaments provided. The regenerated cellulose preferably has a residual nitrogen content (residual N content) from 0.3 to 0.5, more preferably 0.1 to 1.2.
Der Vliesstoff weist eine Porenstruktur mit einer bevorzugten Porosität von 1 bis 10% auf.Of the Nonwoven fabric has a pore structure with a preferred porosity of 1 up to 10%.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Vliesstoff eine spezifische innere Oberfläche zwischen 20 und 50 m2/cm3, gemessen mittels Röntgenkleinwinkelstreuung (engl. small angle x-ray scattering, SAXS), aufweist.Furthermore, it is preferred that the nonwoven fabric have a specific internal surface area between 20 and 50 m 2 / cm 3 as measured by small angle x-ray scattering (SAXS).
Es ist dabei besonders bevorzugt, dass der erfindungsgemäße Vliesstoff nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20 herstellbar ist.It is particularly preferred that the nonwoven fabric according to the invention can be produced by the method according to any one of claims 17 to 20.
Verwendung finden die erfindungsgemäßen Vliesstoffe vorzugsweise in der Medizin, insbesondere als Operationsabdecktücher, Betttücher, Wundabdeckungen, Gaze oder Wattepads. Ebenso sind die Vliesstoffe auch als Hygienestoffe oder als Wischtücher im Haushalt einsetzbar. Ein weiteres Anwendungsfeld der erfindungsgemäßen Vliesstoffe sind Dekorationsvliesstoffe, insbesondere Tischdecken, Servietten oder Vorhänge sowie Einlegevliese in der Bekleidungsindustrie.use find the nonwovens according to the invention preferably in medicine, in particular as surgical drapes, sheets, wound dressings, Gauze or cotton pads. Likewise, the nonwovens are also used as hygiene substances or as wipes can be used in the household. Another field of application of the nonwovens according to the invention are decorative nonwovens, especially tablecloths, napkins or curtains as well as inlaid nonwovens in the clothing industry.
Eine weitere Verwendung betrifft Isoliermatten und Verstärkungsvliese, z.B. als Ersatz für Glasfaservliese, in der Bauindustrie.A further use relates to insulating mats and reinforcing nonwovens, e.g. as replacement for Glass fiber fleece, in the construction industry.
Anhand der nachfolgenden Figuren der nachfolgenden Beispiele soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hierin beschriebenen Ausführungsvarianten zu beschränken.Based the following figures of the following examples, the subject invention be explained in more detail, without limiting it to the embodiments described herein.
Der
prinzipielle Ablauf des Verfahrens ist in
Beispiel 1example 1
800
g Zellstoff mit einem DP(Cuoxam) von 520 werden
in einem Kneter mit 3200 g einer Lösung, bestehend aus 12 Gew.-%
NaOh, 30 Gew.-% Harnstoff und 58 Gew.-% Wasser 1 h bei 25°C intensiv
gemischt und anschließend
bei 23°C
48 h auf einen DP(Cuoxam) von 300 vorgereift.
Die feuchte Alkalicellulose wird bei Raumtemperatur in einem 5 l-Kneter
mit 1200 g festem kristallinem Harnstoff 30 min. geknetet. Anschließend wird
die Temperatur des Kneters auf 140°C erhöht und das vorhandene Wasser
abgezogen. Nach Erreichen einer Produkttemperatur von 140°C wird die
Masse 120 min weiter geknetet und anschließend aus dem Kneter ausgetragen.
Zur Gewinnung des reinen Cellulosecarbamats wird die trockene krümelige Masse
Beispiel 2Example 2
800
g Zellstoff mit einem DP(Cuoxam) von 520 werden
in einem Kneter mit 3200 g einer Lösung, bestehend aus 12 Gew.-%
NaOh, 30 Gew.-% Harnstoff und 58 Gew.-% Wasser 1 h bei 25°C intensiv
gemischt und naschließend
bei 23°C
48 h auf einen DP(Cuoxam) von 300 vorgereift.
Die feuchte Alkalicellulose wird bei Raumtemperatur in einem 5 l-Kneter
mit 1200 g festem kristallinem Harnstoff 30 min. geknetet. Anschließend wird
die Temperatur des Kneters auf 140°C erhöht und das vorhandene Wasser
abgezogen. Nach Erreichen einer Produkttemperatur von 140°C wird die
Masse 120 min weiter geknetet und anschließend aus dem Kneter ausgetragen.
Zur Gewinnung des reinen Cellulosecarbamats wird die trockene krümelige Masse
Beispiel 3Example 3
800
g Zellstoff mit einem DP(Cuoxam) von 520 werden
in einem Kneter mit 3200 g einer Lösung, bestehend aus 12 Gew.-%
NaOh, 30 Gew.-% Harnstoff und 58 Gew.-% Wasser 1 h bei 25°C intensiv
gemischt und anschließend
bei 23°C
48h auf einen DP(Cuoxam) vorgereift. Die
feuchte Alkalicellulose wird bei Raumtemperatur in einem 5 l-Kneter
mit 1200 g festem kristallinem Harnstoff 30 min geknetet. Anschließend wird
die Temperatur des Kneters auf 140°C erhöht und das vorhandene Wasser
abgezogen. Nach Erreichen einer Produkttemperatur von 140°C wird die
Masse 120 min weiter geknetet und anschließend aus dem Kneter ausgetragen.
Zur Gewinnung des reinen Cellulosecarbamats wird die trockene krümelige Masse
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