DE102005029793B4 - Nonwovens, processes for their preparation and their use - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen, bei dem eine Lösung von Cellulosecarbamat in N-Methylmorpholin-N-Oxid durch die Löcher eines Düsenbalkens gedrückt wird und durch einen Luftstrom um ein Vielfaches verstreckt wird. Der gebildete Faservorhang wird auf einem perforierten Transportband abgelegt, gewaschen und getrocknet. Ebenso betrifft die Erfindung derartige Vliesstoffe sowie deren Verwendung.The Invention relates to a process for the production of nonwovens, where a solution of cellulose carbamate in N-methylmorpholine-N-oxide through the holes of a nozzle beam depressed is stretched by a stream of air many times. The formed fiber curtain is placed on a perforated conveyor belt filed, washed and dried. Likewise, the invention relates to such Nonwovens and their use.
Nonwovens sind textile Flächengebilde, bei denen die Flächenbildung nicht durch Weben oder Stricken, sondern durch Verhakelung der Fasern mit anschließender Fixierung erfolgt. Wegen der vielseitigen Verwendungsmöglichkeiten und der im Vergleich zu gestrickten und gewebten Flächengebilden vergleichsweise niedrigen Produktionskosten weisen Nonwovens nach wie vor hohe jährliche Wachstumsraten auf.nonwovens are textile fabrics, where the surface formation not by weaving or knitting, but by entanglement of the fibers with following Fixation takes place. Because of the versatile uses and the comparative compared to knitted and woven fabrics low production costs, nonwovens still have high annual rates Growth rates.
Die Vorteile dieser Vliesmaterialien liegen in einer hohen Feuchtigkeitsaufnahme, die Herstellungsverfahren erlauben eine hohe Variabilität in Dichte und Dicke sowie führen zu einer weitgehenden Flächenisotropie. Aus diesen vorteilhaften Eigenschaften ergeben sich zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten in der Medizin für Hygieneprodukte, z.B. OP-Abdecktücher, Betttücher, Wundabdeckungen Gaze usw., im Haushalt als Wischtücher aller Art und als Dekorationsvliesstoffe, z.B. Tischdecken, Servietten, in der Bekleidungsindustrie als Einlagevliese sowie auch für technische Anwendungen, z.B. Isoliermatten, Abdeckmatten.The Advantages of these nonwoven materials are a high moisture absorption, the manufacturing processes allow high variability in density and thickness as well to a large surface isotropy. From these advantageous properties, numerous uses arise in medicine for Hygiene products, e.g. Surgical Drapes, Bed linen, Wound covers gauze etc, in the household as wipes all Kind and as decorative nonwoven fabrics, e.g. Tablecloths, napkins, in the clothing industry as inlaid nonwovens as well as for technical Applications, e.g. Insulating mats, cover mats.
Prinzipiell ist die Vliesbildung aus Kurzfasern, Stapelfasern oder Endlosfilamenten möglich. Die Florbildung für Schnittfasern erfolgt nach dem Trocken- oder auch Nassvliesverfahren. Bei ersterem werden die in Ballenform angelieferten Stapelfasern mittels Krempel oder Karde zum Vlies gekämmt und auf einem Band abgelegt. Beim Nassvliesverfahren erfolgt die Florbildung durch Auftragen einer Suspension aus Faser und Wasser auf ein perforiertes Siebband mit anschließendem Abpressen des Wassers. Die gebildeten Vliese können dann durch Vernadelung, thermische und/oder chemische Behandlung oder auch mittels Wasserstrahl weiter verfestigt werden.in principle is the nonwoven formation of short fibers, staple fibers or continuous filaments possible. The Flor education for Cut fibers are made by the dry or wet nonwoven method. In the former, the staple fibers delivered in bale form combed to fleece by means of card or card and placed on a tape. In the wet-laid process, pile formation takes place by application a suspension of fiber and water on a perforated screen belt followed by Squeezing off the water. The formed nonwovens can then be treated by needling, thermal and / or chemical treatment or by means of a water jet further solidified.
Bei der Herstellung von Spinnvliesstoffen erfolgt die direkte Verknüpfung von Spinn- und Vliesbildungsprozess. Sowohl Schmelz- und Trockenspinnverfahren als auch Nassspinnverfahren sind für die Vliesbildung auf Basis von Endlosfasern geeignet. Als Ausgangsmaterial für die Vliesstoffe ist eine Vielzahl von faserbildenden Polymeren bekannt. Vliesstoffe aus Endlosmate rialien werden bevorzugt aus Polyester und Polypropylen (Schmelzspinnen – Meltblown Nonwovens) sowie Polyacrylnitril (Nassspinnen – Spunlaid Nonwovens) hergestellt.at The production of spunbond nonwovens is the direct link between Spinning and web forming process. Both melt and dry spinning processes as well as wet spinning processes are based on web formation suitable for continuous fibers. As starting material for the nonwovens a variety of fiber-forming polymers is known. nonwovens From Endlosmate materials are preferably made of polyester and polypropylene (Melt spinning - meltblown Nonwovens) as well as polyacrylonitrile (wet spinning - spunlaid nonwovens).
Viskosefasern, d.h. Celluloseregeneratfasern, werden bevorzugt als Kurz- oder Stapelfasern zur Nonwovenher-stellung eingesetzt. Nonwovens auf Basis von Celluloseregeneratfaser besitzen aufgrund ihres Eigenschaftenpotentials einen erheblichen Marktanteil mit einem erwarteten kontinuierlichen Wachstum.viscose, i.e. Cellulose regenerate fibers are preferably used as short or staple fibers Nonwoven production used. Nonwovens based on cellulose regenerated fiber because of their potential properties have a considerable Market share with expected continuous growth.
Da das Viskoseverfahren, nach dem noch immer der größte Teil der Celluloseregeneratfasern hergestellt wird, mit erheblichen Umweltbelastungen, z.B. Schwefelkohlenstoff, Schwefelwasserstoff, Schwermetalle, und hohen Investitionskosten verbunden ist, werden bereits seit Jahren Anstrengungen unternommen, das Viskoseverfahren durch alternative Verfahren abzulösen. Entwickelt wurden Verfahren auf Basis des direkten Lösens von Zellstoff in einem geeigneten Lösungsmittel bzw. alternative Derivatisierungsvarianten ohne Schwefelkohlenstoff. Diese Aktivitäten erstrecken sich auch auf die Herstellung von Nonwovens aus Cellulose.There the viscose process, which still produces most of the regenerated cellulose fibers is, with significant environmental impact, e.g. Carbon disulphide, Hydrogen sulfide, heavy metals, and high investment costs efforts have been made for years, replace the viscose process by alternative methods. developed were methods based on the direct dissolution of pulp in one suitable solvents or alternative derivatization variants without carbon disulfide. These activities extend also to the production of nonwovens from cellulose.
Das
sog. „Bemliese"-Verfahren, bei dem Baumwollinters
nach dem Cuproammoniumverfahren zu Vlies verformt wird, ist eines
der ersten vorgeschlagenen Spinnvliesverfahren zur Herstellung von cellulosischen
Nonwovens aus Endlosfilamenten (
Die
Verformung von Schmelzen synthetischer Polymere durch Extrusion
der Schmelze durch feine Düsenlöcher in
einen in Faserrichtung strömenden
Gasstrom, durch den die Faser abgekühlt und dabei gezogen und auf
ein Mehrfaches ihrer Länge verstreckt
wird, ist ein seit längerem
bekanntes Verfahren zur Nonwoven-Herstellung. Dieser auch als „Schmelzblasen" (meltblown) bezeichnete
Prozess ist geeignet für
die Herstellung von Mikrofasern. In der europäischen Patentschrift
Ein
weiteres bekanntes, umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung
von cellulosischen Fasern und Formkörpern basiert auf dem Ausfällen von
Cellulosecarbamat aus einer Lösung
dieses Cellulosederivats in Natronlauge (
Nachteilig für die Produktivität aller Cellulose-Nassspinnverfahren, insbesondere auch des NMMO- und des Carbamatverfahrens ist die geringe Feststoffkonzentration der Cellulose in der Spinnlösung, die in der Regel 8 bis 12 % beträgt.adversely for the productivity all cellulose wet spinning process, especially the NMMO and the carbamate process is the low solids concentration the cellulose in the spinning solution, which is usually 8 to 12%.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen aus Cellulosecarbamat bereitzustellen, das bei guten Produkteigenschaften den Ansprüchen hinsichtlich geringer Investitions- und Produktionskosten sowie geringer Umweltbelastung genügt. Ebenso war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vliesstoffe mit überlege nen Produkteigenschaften bereitzustellen.outgoing It was the object of the present invention to provide methods for To provide cellulose acetate nonwovens, the with good product properties, the claims in terms of lower Investment and production costs and low environmental impact enough. As well It was an object of the present invention, nonwovens with superior NEN To provide product properties.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die Vliesstoffe mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. In den Ansprüchen 24 bis 28 werden Verwendungen des erfindungsgemäßen Vliesstoffs angegeben.These The object is achieved by the method having the features of the claim 1 and the nonwoven fabrics with the features of claim 18 solved. The others dependent claims show advantageous developments. In the claims 24 to 28 uses of the nonwoven fabric according to the invention are given.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Schmelzblasverfahren gelöst, bei dem eine Spinnlösung bei erhöhter Temperatur durch einen Düsenblock gepresst wird, die aus den Düsenlöchern austretende Fasern durch einen temperierten Luftstrom gezogen und dabei verstreckt und abgekühlt werden und durch besprühen mit Wasser koaguliert werden. Anschließend werden die Fasern auf einer Transportvorrichtung unter Ausbildung eines Wirrgeleges abgelegt, wobei die Einzelfasern selbstbindend sind. Im Anschluss wird das Lösungsmittel durch Waschen entfernt.According to the invention this Problem solved by a melt-blowing process in which a spinning solution at increased Temperature through a nozzle block is pressed, emerging from the nozzle holes Fibers pulled through a tempered air stream and thereby stretched and cooled and by spraying be coagulated with water. Subsequently, the fibers are on a transport device with the formation of a cross-laid, wherein the individual fibers are self-binding. After that, the solvent removed by washing.
Besonderes Merkmal des Verfahrens ist es dabei, dass als Spinnlösung eine Lösung von Cellulosecarbamat in N-Methylmorpholin-N-Oxid verwendet wird, wobei die Spinnlösung 20 bis 30 Gew.-% Cellulosecarbamat enthält, wodurch die Lösung überraschenderweise ein lyotropes Verhalten zeigt, d.h. das Cellulosecarbamat liegt in einem flüssig-kristallinen Zustand vor. Hieraus ergibt sich dann die besonders vorteilhafte Anwendung, dass die Moleküle beim Verspinnen infolge der Scherung im Düsenkanal nahezu perfekt in Faserrichtung ausgerichtet werden, wodurch die Fasern eine außerordentlich hohe Orientierung und damit eine sehr hohe Festigkeit besitzen.special Characteristic of the method is that a spinning solution solution of cellulose carbamate in N-methylmorpholine N-oxide is used, being the spinning solution Contains 20 to 30 wt .-% cellulose carbamate, whereby the solution surprisingly shows a lyotropic behavior, i. the cellulose carbamate is in a liquid-crystalline Condition before. From this results then the most advantageous Application that the molecules at Spinning almost perfectly in due to the shear in the nozzle channel Be aligned fiber direction, whereby the fibers an extraordinary high orientation and thus have a very high strength.
Lösungen von Cellulosecarbamat in NMMO können vergleichbar zu entsprechenden Cellulose-Lösungen verformt werden. Die Vorteile des Cellulosecarbamats im Vergleich zur Cellulose liegen in einer verbesserten Löslichkeit in NMMO, so dass bei höheren Konzentrationen gearbeitet werden kann. Daraus resultieren eine höhere Durchsatzleistung sowie geringere Kosten bei der Lösungsmittelrückgewinnung.Solutions from Cellulose carbamate in NMMO can be deformed comparable to corresponding cellulose solutions. The Advantages of cellulose carbamate compared to cellulose in an improved solubility in NMMO, so at higher Concentrations can be worked. This results in a higher Throughput and lower solvent recovery costs.
Überraschend wurde nun gefunden, dass aus Lösungen von Cellulosecarbamat in NMMO nach dem Schmelzblasverfahren Vliesstoffe mit im Vergleich zu Cellulose höherer Festigkeit und höherer Wasseraufnahme hergestellt werden können, die diese Vliese besonders geeignet machen für den Einsatz in Hygieneartikeln für die Medizin, für Haushaltsartikel aber auch als Dekorationsvliesstoffe.Surprised has now been found that from solutions of cellulose carbamate in NMMO after the melt blown nonwoven fabrics higher in comparison to cellulose Strength and higher Water absorption can be made, these fleeces especially make it suitable for the use in hygiene articles for the medicine, for Household items but also as decorative nonwovens.
Der eingesetzte Düsenblock weist vorzugsweise mindestens 20, bevorzugt 150 bis 1500 und besonders bevorzugt 500 bis 1000 Düsenlöcher pro Meter Düsenbreite auf. Hinsichtlich des Durchmessers der Düsenlöcher sind dabei Durchmesser von 0,05 bis 1 mm und besonders von 0,3 bis 0,5 mm bevorzugt.Of the used nozzle block preferably has at least 20, preferably 150 to 1500 and especially preferably 500 to 1000 nozzle holes per meter die width on. With regard to the diameter of the nozzle holes are diameter from 0.05 to 1 mm and especially from 0.3 to 0.5 mm.
Die Spinnlösungstemperatur bei der Extrusion liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 80 und 130 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 90 bis 110 °C. Dabei beträgt die Spinnlösungsfördermenge zwischen 0,25 bis 2,5, besonders bevorzugt 0,75 bis 1,5 g pro Düsenloch und Minute.The Dope temperature in the extrusion is preferably in the range between 80 and 130 ° C, especially preferably in the range of 90 to 110 ° C. The spinning solution delivery rate is between 0.25 to 2.5, more preferably 0.75 to 1.5 g per nozzle hole and minute.
Der für das Abziehen der Fasern von der Düse eingesetzte Luftstrom wird vorzugsweise auf 100 bis 190 °C aufgeheizt, besonders bevorzugt soll sich im Düseninneren eine Lufttemperatur von 120 bis 160 °C einstel len. Der durch den Luftstrom im Düseninneren erzeugte Druck liegt bevorzugt bei 0,03 bis 1,5 bar, besonders bevorzugt zwischen 0,15 und 0,8 bar.Of the for the Peel off the fibers from the nozzle used air stream is preferably heated to 100 to 190 ° C, Particularly preferred is an air temperature in the nozzle interior from 120 to 160 ° C to adjust. The pressure generated by the air flow inside the nozzle is preferably at 0.03 to 1.5 bar, more preferably between 0.15 and 0.8 bar.
Die Düsenaustrittsgeschwindigkeit beträgt bevorzugt 1 bis 20 m/min, besonders bevorzugt jedoch 3 bis 10 m/min. Durch den anliegenden Heißluftstrom werden die extrudierten Fäden vorzugsweise auf das 50- bis 800-fache ihrer Länge nach dem Düsenaustritt verstreckt, was zu Spinngeschwindigkeiten von bis zu 10000 m/min führt.The Nozzle exit speed is preferred 1 to 20 m / min, but more preferably 3 to 10 m / min. By the adjacent hot air stream become the extruded threads preferably 50 to 800 times its length after the nozzle exit stretched, resulting in spinning speeds of up to 10,000 m / min leads.
Einzelfaserdurchmesser deutlich kleiner 10 μm und Einzelfasertiter kleiner 1 dtex können durch die entsprechende Einstellung der Verstreckungsbedingungen erreicht werden.Single fiber diameter significantly smaller than 10 μm and single fiber titer smaller than 1 dtex can by the corresponding Setting the drawing conditions can be achieved.
Mindestens 10 cm unterhalb der Düse wird der sich bildende Faserflor mit Wasser oder mit einem NMMO/Wassergemisch mit einem NMMO-Gehalt von vorzugsweise höchstens 20 %, bevorzugt 5 bis 15 %, besprüht und so koaguliert.At least 10 cm below the nozzle becomes the forming batt with water or with a NMMO / water mixture with a NMMO content of preferably at most 20%, preferably 5 to 15%, sprayed and so coagulated.
Der Faserflor wird mit hoher Geschwindigkeit auf einem perforierten Band abgelegt, dadurch kommt es zum Verhaken der Faser und es wird ein Vlies gebildet, das so gute mechanische Eigenschaften besitzt, dass die nachfolgenden Operationen wie Waschen mit einem unter hohem Druck stehenden Wasserstrahl, Abpressen und Trocknen ohne zusätzliche Verfestigung des Vlieses durchgeführt werden können.The batt is deposited on a perforated belt at high speed, thereby it comes to hooking of the fiber and it is formed a nonwoven, which has such good mechanical properties that the subsequent operations such as washing with a high pressure water jet, pressing and drying can be performed without additional strengthening of the web.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Cellulosecarbamatvliesstoff aus einem Wirrgelege aus Endlosfäden bzw. aus durch Reißen von Einzelkapillaren entstehenden Fasern mit endlicher Länge bereitgestellt, das nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 herstellbar ist.According to the invention as well a cellulose carbamate nonwoven fabric from a random knitted fabric out by tearing provided by single capillaries fibers of finite length, which can be produced by the method according to one of claims 1 to 17.
Die nach dem beanspruchten Verfahren hergestellten Vliesstoffe besitzen vorzugsweise Flächengewichte zwischen 20 und 500 g, haben bevorzugt ein Wasserrückhaltevermögen von mindestens 180 % und nach dem Konditionieren Festigkeiten in Längsrichtung von mindestens 350 N/m und in Querrichtung von mindestens 120 N/m bei einem Flächengewicht von 33 g/m2.The nonwoven fabrics produced by the claimed process preferably have basis weights between 20 and 500 g, preferably have a water retention capacity of at least 180% and after conditioning longitudinal strengths of at least 350 N / m and in the transverse direction of at least 120 N / m at a basis weight of 33 g / m 2 .
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 Einlagevliese 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.
Wird das Cellulosecarbamat in einer Menge eingesetzt, die eine lyotrope Lösung wie oben beschrieben ermöglicht, ist es ebenso möglich, die erfindungsgemäßen Vliesstoffe als Verstärkungsmaterial einzusetzen.Becomes the cellulose carbamate used in an amount which is a lyotropic solution as described above, it is equally possible the nonwovens of the invention as a reinforcing material use.
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