DE102006020488B4

DE102006020488B4 - Vliesstoff, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE102006020488B4
Application number: DE102006020488.3A
Authority: DE
Inventors: Steffen Bornemann; Markus Haberer
Original assignee: Fitesa Germany GmbH
Current assignee: Fitesa Germany GmbH
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2026-04-29
Also published as: ES2340815T3; RU2408745C2; JP2009534549A; EP2013384B1; US8987152B2; PL2013384T3; EP2013384A1; ATE459736T1; BRPI0710984A2; RU2008147001A; DE102006020488A1; BRPI0710984B1; CN101432472A; ES2340815T5; EP2013384B2; RU2010132636A; PL2013384T5; US20150191853A1; MX2008013609A; US10087555B2

Abstract

Vliesstoff aus schmelzgesponnenen, verstreckten Polymerfäden enthaltend ein thermoplastisches Polymer und einen anorganischen Füllstoff, wobei – der Füllstoffgehalt, bezogen auf den Polymerfaden, > 10 Gewichts-% beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass – die mittlere Partikelgröße (D50) des Füllstoffs ≤ 6 μm ist – das Flächengewicht zwischen 7 g/m2 und 500 g/m2 liegt, – das Produkt aus Luftdurchlässigkeit nach DIN EN ISO 9237 und Flächengewicht im Bereich von 88.000 bis 132.000 ist und – die Werte für den Quotienten aus Wassersäule nach DIN EN 20811 und Flächengewicht im Bereich von 2 bis 3 liegen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vliesstoff aus einem Polymerfaden enthaltend ein thermoplastisches Polymer und einen anorganischen Füllstoff. Der Polymerfaden ist zur Herstellung von textilen Flächengebilden, insbesondere von Vliesstoffen vorgesehen.
Aus dem Stand der Technik ist die Gewinnung von Polymerfäden zur Vliesherstellung unter Zusatz von inaktiven mineralischen Füllstoffen prinzipiell bekannt.
Hinsichtlich eines lösungsmittelgesponnenen Vlieses ist aus der US 2006/0084346 A1 ein Spinnvlies bekannt, welche mittels hohen Lösungsmittelverhältnisses die Nutzung von 12 Gew.-% bis 18 Ges-% bei einem HDPE ermöglicht. Die Druckschrift US 6 797 377 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Stoffes aus einem Polymer oder Polymergemisch mit gewebeartiger Struktur („cloth-like properties”), der einen mineralischen Füllstoffgehalt von bis zu 10% aufweist. Zur Gewährleistung der Weichheit des Gewebes bei steigendem Füllstoffgehalt wird ein Füllstoffgemisch eingesetzt. So wurde gefunden, dass insbesondere die Zugabe von TiO₂ die zunehmende Versteifung des Gewebes bei höheren Füllstoffgehalten verhindert. Daher wird nach der Lehre der US 6 797 377 ausschließlich ein Gemisch aus TiO₂ und einem weiteren mineralischen Füllstoff eingesetzt. Bezüglich der Partikelgröße des Füllstoffes ist in der US 6797 377 eine Größe von 10 bis 150 μm vorgesehen.
Die US 6 797 377 gibt keinen Hinweis auf die Stoffeigenschaften bei Erhöhung des Füllstoffgehalts und gleichzeitigem Verzicht auf die Zugabe von TiO₂. Die Bedeutung der Partikelgröße und der Partikelform für die Eigenschaften des Endproduktes bei höheren Füllstoffgehalten wird ebenfalls nicht offenbart.
DE 697 07 838 T2 beschreibt Fasern oder Fäden zur Vliesherstellung, die im wesentlichen aus einem Polylefin oder einem entsprechenden Copolymer bestehen und 0,01 bis 20 GEW.-% anorganische Teilchen wie Talkum oder Calciumcarbonat enthalten, wobei mindestens 90 Gew.-% dieser Teilchen eine Teilchengröße von weniger als 10 μm aufweisen.
In der DE 692 25 172 T2 werden Verbundfasern für Bekleidungszwecke mit einer Feinheit von nicht mehr als 8/9 tex offenbart. Diese Fasern weisen eine sehr spezielle Zusammensetzung umfassend ein schützendes thermoplastisches Polymer, ein Blockcopolymer, eine Hydroxy-tert-butylphenyl-verbindung und ein anorganisches feines Pulver wie z. B. Titandioxid, Bariumsulfat oder Calciumcarbonat.
DE 697 27 766 T2 betrifft anorganische Teilchen, u. a. auch Calciumcarbonat, enthaltende Polymerfasern, wobei das Polymer eine polare Gruppe wie z. B. eine Schwefelsäuregruppe enthält, und wobei die durchschnittliche Teilchengröße nicht größer als 10 μm ist. Die Fasern dienen zur Herstellung von Papier und Vliesstoffen.
DE 25 31 963 C3 offenbart Harzmassen für das Strangpress- und Spritzformen mit 10–70 Gew.-% an anorganischem Füllstoff.
DE 20 63 933 C3 beschreibt füllstoffhaltige synthetische Fasern und Fäden aus thermoplastischem Polymermaterial zur Herstellung von Seilen, Textilien, Papier und Betonbauteilen.
In dem Journal of Applied Polymer Science, Vol. 62, 81–86 (1996) werden mikroporöse, Calciumcarbonat enthaltende Polypropylenfasern und deren Verwendung in der Separationstechnologie beschrieben. Weiterer relevanter Stand der Technik ist der Schrift DE 692 10 519 T2 zu entnehmen.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Polymerfadens mit einem höheren Füllstoffgehalt, wobei ein aus dem Polymerfaden hergestellter Vliesstoff, im Vergleich zu einem Polymerfaden mit einem Füllstoffgehalt < 10 Gewichts-%, im Wesentlichen unveränderte Eigenschaften aufweisen soll. Die Luftdurchlässigkeit, die Wassersäule, die mittlere Porengröße, die Durchdringzeiten sowie die mechanischen Eigenschaften, gemessen als Höchstzugkraft und Höchstzugkraftdehnung sind Beispiele für jene Vliesstoffeigenschaften, die beim erfindungsgemäßen Füllstoffgehalt im Wesentlichen unverändert bleiben.
Zur Lösung der Aufgabe lehrt die Erfindung einen Vliesstoff aus schmelzgesponnenen, verstreckten Polymerfäden enthaltend ein thermoplastisches Polymer und einen anorganischen Füllstoff, der dadurch gekennzeichnet ist, dass

– der Füllstoffgehalt, bezogen auf den Polymerfaden, mehr als 10 Gewichts-% beträgt, und
– die mittlere Partikelgröße (D₅₀) des Füllstoffs kleiner oder gleich 6 μm ist und im weiteren die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht in der Erkenntnis, dass bei deutlicher Erhöhung des Füllstoffgehalts die Partikelgröße des Füllstoffs für die Gewährleistung der Konstanz der Eigenschaften des Polymerfadens bzw. der daraus hergestellten Vliesstoffe, eine entscheidende Rolle spielt.
Die Erfinder haben dabei erkannt, dass bei erhöhtem Füllstoffgehalt vor allem die gleichmäßige Dispergierung des Füllstoffs in der Polymermatrix die Konstanz der Stoffeigenschaften gewährleistet und sie haben erkannt dass die Gleichmäßigkeit der Dispergierung im Wesentlichen von der Größe und der Form der Partikel des Füllstoffs abhängig ist. Für den erhöhten Füllstoffgehalt wurde der Bereich der passenden mittleren Partikelgröße ermittelt. Dieser liegt bei einem Füllstoffgehalt von mehr als 10 Gewichts-% bei ≤ 6 μm (D₅₀).
Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Polymerfadens bzw. des daraus hergestellten Vliesstoffs, werden nachfolgend zunächst die zur Beschreibung der Erfindung verwendeten allgemeinen Begriffe zur Klarstellung kurz erläutert und in den Zusammenhang der Erfindung gestellt:
Begriffe
Ein „Faden” im Sinne der Erfindung ist ein linienförmiges Gebilde, welches das Grundelement eines textilen Flächengebildes bildet. Somit ist die Bezeichnung „Faden” als gemeinsamer Oberbegriff für die Begriffe „Filament” und „Faser” zu verstehen. Eine „Faser” unterscheidet sich begrifflich von einem „Filament” durch ihre endliche Länge. „Filamente” sind somit u. a. als endlose Fasern zu verstehen.
„Polymere” sind makromolekulare Stoffe, die aus einfachen Molekülen (Monomeren) durch Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition aufgebaut sind.
„Fadenbildende Polymere” im Sinne der Erfindung sind Polymere, die in ihrer Schmelze oder Lösung Eigenschaften aufweisen, welche die Bedingungen der Verspinnbarkeit erfüllen. Beschrieben wurden die Bedingungen für die Spinnbarkeit von Polymeren durch Nitschman und Schrade (Helv. Chem. Acta 31 (1948) 297) und durch Hirai (Rheol. Acta 1 (1958) 213) sowie durch Ziabicki und Taskerman-Krozer (Kolloid Z. 198 (1964) 60).
Ein „Füllstoff” im Sinne der Erfindung betrifft Partikel und andere Formen von Materialien, die der Polymer-Extrusionsmischung beigefügt werden können, wobei die Partikel das Polymer nicht beeinträchtigen und sich gleichmäßig in der Extrusionsmischung verteilen. Der Füllstoff kann aus verschiedenen Materialien bestehen, wobei auch hinsichtlich Form und Größe der Partikel Variationsmöglichkeiten bestehen.
„Vliesstoffe” sind eine Unterart textiler Flächengebilde. Sie bestehen aus Faservliesen, die z. B. durch mechanische Verfahren bzw. durch Bindefasern bzw. chemische Hilfsmittel oder deren Kombinationen verfestigt sind.
Unteransprüche
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Füllstoff des erfindungsgemäßen Polymerfadens aus einem Erdalkalicarbonat, insbesondere aus Calciumcarbonat. Calciumcarbonat ist ein idealer Füllstoff, der sich u. a. durch die folgenden von J. T. Lutz, und R. F. Grossman (Eds.), „Polymer modifiers and additives”, Marcel Dekker, Inc. 2001, Seite 125 ff., beschriebenen Eigenschaften auszeichnet: chemisch inert gegenüber dem Polymer oder anderen Additiven; niedrige spezifische Dichte, gewünschter Brechungsindex und Farbe, niedrige Kosten.
Zu bedenken ist, dass Calciumcarbonat normalerweise aus natürlichen Kreidevorkommen gewonnen wird und dass die örtlichen geologischen Bedingungen den Gehalt zusätzlicher Mineralien in der Kreide bestimmen. So können in der Kreide beispielsweise neben anderen Erdalkalicarbonaten z. B. auch Metalloxide wie z. B. Eisenoxid enthalten sein.
Natürlich ist auch der Einsatz verschiedener Erdalkalicarbonate oder eine Mischung von zwei oder mehreren dieser Verbindungen denkbar. Vorgesehen sind insbesondere Calciumcarbonat (CaCO₃) oder Magnesiumcarbonate (MgCO₃) oder Bariumcarbonat (BaCO₃). Der Füllstoff besteht dabei zu mindestens aus 90 Gewichts-%, vorzugsweise 95 Gewichts-%, insbesondere 97 Gewichts-% Calciumcarbonat.
Weitere Füllstoffe, von denen einer oder mehrere mit oder ohne einem Erdalkalicarbonat einsetzbar sind, umfassen Eisenoxide, Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Siliciumoxid (SiO₂) oder Calciumoxid (CaO) oder Magnesiumoxid (MgO) oder Bariumsulfat (BaSO₄) oder Magnesiumsulfat (MgSO₄) oder Aluminiumsulfate (AlSO₄) oder Aluminiumhydroxid (AlOH₃). In Frage kommen auch Tonerde (Kaolin), Zeolithe, Kieselgur, Talk, Mica oder Ruß.
Auch Titandioxid (TiO₂) ist ein gängiger Füllstoff der prinzipiell auch im Zusammenhang mit der Erfindung eingesetzt werden kann. Jedoch hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei höheren Calciumcarbonatgehalten gänzlich auf die Zugabe des Mattierungsmittels Titandioxid (TiO₂) verzichtet werden kann. Bemerkenswert ist dieser Umstand im Hinblick auf die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, weil Titanoxid teuerer ist als Calciumcarbonat und damit ein zusätzlicher Kostenvorteil gegeben ist.
In den besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Polymerfadens liegt der Füllstoffgehalt bezogen auf das Gewicht des Polymerfadens zwischen 15 und 25 Gewichtsprozent.
Bezüglich der Partikelgröße liegt der bevorzugte Bereich der erfindungsgemäß eingesetzten Füllstoffe bei < 6 μm. Diese entspricht vorzugsweise einem Top-Cut (D₉₈) der Füllstoffpartikel von ≤ 10 μm. Der Wert gibt in diesem Fall an, dass nur 2% der Füllstoffpartikel > 10 μm sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Partikelgröße bei 2–6 μm. Die genannte Untergrenze macht keine Aussage zur Ausführbarkeit der Erfindung bei noch kleineren Partikelgrößen, sondern kennzeichnet den Bereich jener Partikelgrößen, die eine gleichmäßige Dispergierung gewährleisten und zugleich zu günstigen Einstandpreisen zur Verfügung stehen. Bezüglich der Teilchenform des Füllstoffes unterscheidet man kugelförmige (z. B. Glas- oder Silicatkugeln), würfelförmige (z. B. Calciumcarbonat), quaderförmige (z. B. Bariumsulfat oder Silica), plättchenförmige (z. B. Talk oder Glimmer) oder zylinderförmige Partikel.
Für die Gewinnung des erfindungsgemäßen Polymerfadens kommen generell sämtliche thermoplastischen Verbindungen in Frage. Die wichtigen fadenbildenden, spinnbaren thermoplastische Polymere sind Polyolefine, Polyester, Polyamide oder halogenhaltige Polymere.
Die Klasse der Polyolefine beinhaltet u. a. Polyethylen (HDPE, LDPE, LLDPE, VLDPE; ULDPE, UHMW-PE), Polypropylen (PP), Poly(1-buten), Polyisobutylen, Poly(1-penten), Poly(4-methylpent-1-en), Polybutadien, Polyisopren, sowie verschiedene Olefincopolymere. Neben diesen zählen auch heterophasische Elends zu den Polyolefinen. So können beispielsweise Polyolefine, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen, Pfropf- oder Copolymere aus Polyolefinen und α,β-ungesättigten Carbonsäuren oder Carbonsäureanhydriden, Polyester, Polycarbonat, Polysulfon, Polyphenylensulfid, Polystyrol, Polyamide oder ein Gemisch zweier oder mehrerer der genannten Verbindungen verwendet werden.
Zu den Polyestern werden u. a. Polyethylenterephthalat (PET), Polytrimethylenterephthalat (PTT), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenaphthalat (PEN), aber auch abbaubare Polyester wie Polymilchsäure (Polylactid, PLA) gezählt.
Zu den halogenhaltigen fadenbildenden Polymeren gehören beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polytetrafluorethylen (PTFE).
Neben den bereits erwähnten fadenbildenden synthetischen Polymeren gibt es noch weitere Polymere, wie z. B. Polyacrylate, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polycarbonat, Polyurethan, Polystyrol, Polyphenylensulfid, Polysulfon, Polyoxymethylen, Polyimid oder Polyharnstoff, die als Bestandteil des erfindungsgemäßen Polymerfadens in Frage kommen.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der erfindungsgemäße Polymerfaden als Mono- oder auch als Multikomponentenfilament ausgebildet sein. Die Polymerzusammensetzung der einzelnen Komponenten muss dabei nicht einheitlich sein, sondern ist in weiten Grenzen variabel. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Gewichtsanteil der füllstoffhaltigen Komponente, bezogen auf das Gesamtgewicht des Multikomponentenfilaments größer als 50%.
Bei Verwendung von Bikomponentenfilamenten bieten sich verschiedene Formen an, wie z. B. Kern/Mantel oder Seite-an-Seite. Bikomponenten-Filamente aus verschiedenen Polyolefinen, insbesondere aus Polypropylen und Polyethylen, sind besonders bevorzugt.
Für die Herstellung von Polymerfilamenten bieten sich neben der Verwendung von Rundfasern auch verschiedene andere Querschnitte an. Besonders bevorzugt werden Monofilamente, deren Querschnittsform rund, oval oder n-eckig ist, wobei n größer gleich 3 ist, wie beispielsweise trilobale Querschnittsformen. Auch Fasern mit einem hohlförmigen Querschnitt kommen in Frage.
Die erfindungsgemäßen schmelzgesponnenen, verstreckten Polymerfäden können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden. Hierbei wird in folgenden Schritten gearbeitet:

i Vermischen von Polymergranulat mit den Partikeln eines Füllstoffs,
ii Extrudieren des Gemisches durch eine oder mehrere Spinndüsen,
iii Abziehen des gebildeten Polymerfadens,
iv Verstrecken des gebildeten Filaments, und
v Aufwickeln des Fadens,

– der Füllstoffgehalt, bezogen auf den Polymerfaden, > 10 Gewichts-% beträgt,
– die mittlere Partikelgröße (D₅₀) des Füllstoffs ≤ 6 μm ist und die weiteren Merkmale des Anspruches 14 eingestellt werden.

Bei der Herstellung von „Spinnvliesen” aus synthetischen Polymeren durch Schmelzspinnen wird die Polymerschmelze über Druckpumpen durch Düsenöffnungen gepresst und in Form von Filamenten abgezogen. Herkömmliche Schmelzspinn-Technologien werden z. B. beschrieben in US 3,692,618 (Metallgesellschaft AG), US5032329 (Reifenhäuser), WO03038174 (BBA Nonwovens, Inc.) oder WO02063087 (Ason). Durch das Verstrecken der abgezogenen Filamente z. B. mit Hilfe von Druckluft und/oder Unterdruck und/oder Streckzylindern werden die Makromoleküle in den Filamenten geordnet, wobei das Filament seine physikalischen Eigenschaften (Festigkeit, Feinheit, Schrumpfeigenschaften) erhält. Nach dem Verstrecken werden die Filamente zur weiteren Verfestigung zu einem Vlies auf einer Ablage abgelegt oder auf die für die Spinnfaserherstellung gewünschte Länge abgeschnitten (in der Literatur werden z. T. Filamente nach dem Verstrecken als Fasern bezeichnet, obwohl die Ablängung der Filamente noch nicht erfolgt ist). Die Verfestigung der Filamente beim Schmelzspinnen kann auf die dem Fachmann bekannten Arten durch mechanische Verfahren (hauptsächlich Vernadeln oder Wasserstrahlverfestigung), mit Hilfe von Wärme (Verschweißung durch Anwendung von Druck bei gleichzeitiger Erwärmung) oder mit Hilfe von chemischen Methoden (Bindemittel) erfolgen. Als Verfahren können zur Vliesherstellung neben dem bevorzugten Schmelzspinnen beispielsweise das Kardierverfahren, das Schmelzblasverfahren, das Nassvlies-Verfahren, das elektrostatische Spinnen oder aerodynamische Vliesherstellungsverfahren zum Einsatz kommen.
Die erfindungsgemäßen schmelzgesponnenen Vliesstoffe, können ebenfalls nach den oben genannten Verfahren hergestellt werden. Wobei vor dem Extrudieren des Filamentes die Zugabe des Füllstoffs in der genannten Menge und Partikelgröße erfolgt. Hierbei wird in folgenden Schritten gearbeitet:

i Vermischen von Polymergranulat mit den Partikeln eines Füllstoffs,
ii Extrudieren des Gemisches durch eine oder mehrere Spinndüsen,
iii Abziehen des gebildeten Polymerfadens,
iv Verstrecken des gebildeten Filaments, und
v Ablage des Fadens zur Vliesstoffherstellung,

– der Füllstoffgehalt, bezogen auf den Polymerfaden, > 10 Gewichts-% beträgt, und
– die mittlere Partikelgröße (D₅₀) des Füllstoffs ≤ 6 μm ist und die weiteren Merkmale des Anspruchs 14 eingestellt werden.

Besonders bevorzugt werden Vliesstoffe aus Polyolefinfasern, insbesondere aus Polypropylenfasern und/oder Polypropylen-Polyethylen-Bikomponentenfasern, insbesondere Kern-Mantelfasern mit PP-Kern und PE-Mantel, eingesetzt. Diese Produkte zeichnen sich neben einem günstigen Preis durch eine hohe Stabilität gegenüber chemisch aggressiven Umgebungen aus. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Vliesstoff aus einer Mischung eines Polymerfadens mit einer einheitlichen oder mehreren unterschiedlichen Naturfaser. Als Naturfasern finden beispielsweise Hanf, Jute, Sisal und Tabakblätter Verwendung.
Eine weitere Optimierung des erfindungsgemäßen Vliesstoffs bei dessen Verfestigung, z. B. durch Variation von Temperaturen und Drücke bei der thermischen Verfestigung beim Kalandrieren, kann sicher dazu beitragen, dass die Eigenschaften der mit Calciumcarbonat gefüllten Vliesstoffe über den hier angegebenen Rahmen hinaus variiert werden können.
Der erfindungsgemäß hergestellte Vliesstoff wird beispielhaft durch die nachfolgenden Kenngrößen in den angegebenen Grenzen genauer bestimmt:

– Flächengewicht von 7 und 500 g/m², vorzugsweise zwischen 10 und 200 g/m².
– Produkt aus Flächengewicht (g/m²) und Luftdurchlässigkeit (l/m²s, nach DIN EN ISO 9237) im Bereich von 110.000 ± 20%.
– Werte für den Quotienten aus Wassersäule (nach DIN EN 20811) und Flächengewicht von 2,5 ± 20%.
– Filamentoberfläche hydrophiliert weist Durchdringungszeiten nach EDANA ERT 150 Werte von weniger als 5 Sekunden auf.
– Werte für den Quotienten aus Höchstzugkraft (nach DIN 29073-3) und Flächengewicht in Maschinen-Richtung von 1,7 ± 20%, sowie in Quer-Richtung von 1,0 ± 20%.
– Werte für den Quotienten aus Höchstzugkraftdehnung (nach DIN 29073-3) und Flächengewicht in Maschinen-Richtung von 3,3 ± 20%, sowie in Quer-Richtung von 4,0 ± 20%.
– Filamenttiter im Bereich von 1 bis 5 dtex, vorzugsweise 2 bis 3,5 dtex.

Im Rahmen der Erfindung liegen auch die vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten des Vliesstoffes. Als wichtigste Verwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäßen Vliesstoffe sind die Herstellung von Einlagestoffen, Körperhygieneartikeln (Windeln, Damenbinden, Kosmetikpads), Putz-Wisch- und Wischmopptüchern, sowie Filtern für Gase, Aerosole und Flüssigkeiten, Wundverbände, Wundkompressen vorgesehen. Auch die Herstellung von Dämmmaterialen, Akustikvliesstoffen und Dachunterspannbahnen ist denkbar.
Der Anwendungsbereich sog. Geovliese ist, der Weite des Oberbegriffs entsprechend, sehr umfassend. So kommen Geovliese beispielsweise zum Einsatz bei der Befestigung von Deichen, als Schicht in einem Dachbegrünungsaufbau, als Schicht einer Deponieabdeckung zur Trennung von Erdschichten und Schüttgütern oder als Zwischenschicht unterhalb des Schotterbetts einer Straßendecke. Auch in der Landwirtschaft sowie im Gartenbau sind die Vliesstoffe als Abdeckungen für die Feld- und Gemüsewirtschaft nutzbringend einsetzbar.
Beispiele
Nachfolgend sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand von Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Beispiele sollen die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern.
Beispiel 1: Vliesstoffe bestehend aus Monofilamenten
Es wurden auf einer konventionellen Spinnvlies-Pilotanlage (Reicofil 3) PP-Spinnvliese mit unterschiedlichem Gehalt an Calciumcarbonat und unterschiedlichem Flächengewicht hergestellt. Das verwendete Calciumcarbonat (Omyalene 102M-OG) ist ein granuliertes Calciumcarbonat, welches von der Omya AG bezogen werden kann.
Als Ausgangsstoff für die Herstellung der Vliesstoffe wurde ein unter Verwendung der Ziegler-Natta-Katalyse hergestelltes PP ausgewählt (ZN-PP: Moplen HP560R; Hersteller Basell), wobei die vorgestellte Methode nicht auf diese PP-Type beschränkt ist, vielmehr eignen sich auch andere zur Faser-, Filament- oder Vliesstoffbildung geeigneten Kunststoffe, wie zum Beispiel Metallocen-PP, statistische und heterophasische Propylen-Copolymere, Polyolefin-Block- und -Copolymere, Polyethylene, Polyester, Polyamide etc..
Tabelle 1 fasst die Zusammensetzung der hergestellten Vliesstoffe sowie ausgewählte, charakteristische Eigenschaften zusammen.
Als Referenz dienen die durch Schmelzspinnen hergestellten und aus reinen PP-Monofilamenten bestehenden Vliesstoff-Muster 12.1, 17.1 und 20.1.
Die durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoff-Muster 12.2, 17.2 und 20.2 wurden aus Monofilamenten hergestellt, welche aus einer Mischung aus 90% PP und 10% Calciumcarbonat bestehen.
Die durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoff-Muster 12.3, 17.3 und 20.3 wurden aus Monofilamenten hergestellt, welche aus einer Mischung aus 85% PP und 15% Calciumcarbonat bestehen.
Die durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoff-Muster 12.4 und 20.4 wurden aus Monofilamenten hergestellt, welche aus einer Mischung aus 75% PP und 25% Calciumcarbonat bestehen.
Beispiel 2: Vliesstoffe bestehend aus Bikomponentenfasern
Da neben der hier vorgestellten Methode auch andere Faserformen denkbar sind, wurden auch Mehrkomponentenfasern zur Herstellung von Vliesstoffen ersponnen, bei denen das Calciumcarbonat nicht in der gesamten Faser verteilt ist, sondern nur in einzelnen Faserkomponenten.
Als Beispiele wurden Vliesstoffe aus Kern/Mantel-Bikomponentenfasern hergestellt.
Tabelle 2 fasst die Zusammensetzung sowie ihre charakteristischen Eigenschaften zusammen.
Die durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoff-Muster 12.1B und 20.1B bestehen aus reinen PP-Bikomponentenfilamenten mit einem Kern/Mantel-Verhältnis von 50/50 und sollen als Referenz dienen.
Die durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoff-Muster 12.2B und 20.2B bestehen aus PP-Bikomponentenfilamenten, bei denen der Kern der Filamente aus einer Mischung aus 90% PP und 10% Calciumcarbonat und der Mantel aus reinem PP besteht. Das Kern/Mantel-Verhältnis betrug 75/25. Bezogen auf die gesamte Faser, beträgt der Gehalt an Calciumcarbonat etwa 7,5%. Sie dienen als Referenz.
Die durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoff-Muster 12.3B und 20.3B bestehen aus PP-Bikomponentenfilamenten, bei denen sowohl der Kern als auch der Mantel der Filamente aus einer Mischung aus 90% PP und 10% Calciumcarbonat besteht. Das Kern/Mantel-Verhältnis betrug 50/50. Bezogen auf die gesamte Faser, beträgt der Gehalt an Calciumcarbonat etwa 5%. Sie dienen als Referenz.
Das durch Schmelzspinnen hergestellte Vliesstoff-Muster 20.4B besteht aus PP-Bikomponentenfilamenten, bei denen der Kern der Filamente aus einer Mischung aus 75% PP und 25% Calciumcarbonat und der Mantel aus reinem PP besteht.
Das Kern/Mantel-Verhältnis betrug 50/50. Bezogen auf die gesamte Faser, beträgt der Gehalt an Calciumcarbonat etwa 12,5%.
Das durch Schmelzspinnen hergestellte Vliesstoff-Muster 20.5B besteht aus PP-Bikomponentenfilamenten, bei denen der Kern der Filamente aus einer Mischung aus 75% PP und 25% Calciumcarbonat und der Mantel aus reinem PP besteht. Das Kern/Mantel-Verhältnis betrug 75/25. Bezogen auf die gesamte Faser, beträgt der Gehalt an Calciumcarbonat etwa 18,75%.
Es versteht sich, dass die Mischungen zur Herstellung der Vliesstoffe neben den angegebenen Rezepturen auch andere Additive oder -mischungen, insbesondere Titandioxid oder Pigmente, enthalten können.
Die Ergebnisse in den Tabellen 1 und 2 zeigen, dass der Zusatz des Calciumcarbonates erstaunlicherweise keine nennenswerte Veränderung der charakteristischen Vliesstoffeigenschaften bewirkt.
Beispiel 3: Hydrophilie nach Füllstoffzugabe
Für Hygieneprodukte (z. B. Windeln) eingesetzte Vliesstoffe werden in der Regel hydrophil ausgerüstet. Beispielsweise kann hierfür das Hydrophilierungsmittel Nuwet 237 der Fa. GE SILOCONES eingesetzt werden.
Zur Prüfung der Hydrophilie in Abhängigkeit vom Gehalt an Calcliumcarbonat wurden sowohl Vliesstoffe aus reinem PP als auch solche mit einem Calcliumcarbonatgehalt von 10% mit einem Flächengewicht von 12 g/m² und 20 g/m² durch eine Rezeptur, bestehend aus 7,5% Nuwet 237 in Wasser, durch einen Kissroll-Auftrag hydrophiliert. Der auf diese Weise aufgetragene Aktivsubstanzgehalt betrug etwa 0,2% bezogen auf das Gewicht des Vlieses.
Für die nicht mit Calciumcarbonat versehenen, hydrophilierten Vliesstoffe wurden Durchdringungszeiten von 4,3 Sekunden (12 g/m²) bzw. 3,1 Sekunden (20 g/m²) gemessen. Für die hydrophilierten Vliesstoffe mit einem Gehalt von 10% Calciumcarbonat wurden Durchdringungszeiten von 3,5 Sekunden (12 g/m²) bzw. 3,8 Sekunden (20 g/m²) gemessen.
Es zeigte sich also, dass der Zusatz von 10% Calciumcarbonat keine wesentliche Beeinflussung der hydrophilen Eigenschaften hat.
Methoden
Bestimmung des Filamenttiters
Die Ermittlung des Filamenttiters erfolgte mittels eines Mikroskops. Die Umrechnung des gemessenen Titers (in Mikrometern) in Dezitex erfolgte nach folgender Formel (Dichte PP = 0,91 g/cm³):
Bestimmung des Flächengewichtes
Die Flächengewichtsbestimmung erfolgte nach DIN EN 29073-1 an 10 × 10 cm großen Probekörpern.
Die Vliesstoffdicke wurde gemessen als Abstand zweier planparalleler Messflächen bestimmter Größe, zwischen denen sich die Vliesstoffe unter einem vorgegebenen Messdruck befinden. Die Methode wurde analog der DIN EN ISO 9073-2 ausgeführt. Auflagegewicht 125 g, Messfläche 25 cm², Messdruck 5 g/cm²
Bestimmung der mittleren Porengröße
Die Bestimmung der mittleren Porengröße der Vliesstoffe erfolgte mittels eines Kapillarfluß-Porometers (PMI Capillary Flow Porometer CFP-34RUF8A-3-X-M2T). Dabei wird eine mit einer Spezialflüssigkeit gesättigte Probe im Porometer einem kontinuierlich ansteigenden Luftdruck ausgesetzt, die Abhängigkeit von Luftdruck und Luftdurchfluss wird gemessen.
Bestimmung der Luftdurchlässigkeit
Die Messung der Luftdurchlässigkeit erfolgte gemäß DIN EN ISO 9237. Die Fläche des Messkopfes betrug 20 cm², der angelegte Prüfdruck 200 Pa.
Bestimmung der Wassersäule
Die Bestimmung der Wassersäule wurde in Anlehnung an die DIN EN 20811 ausgeführt. Gradient des Prüfdruckes 10 mbar/min. Als Maß für die Wasserdichtheit wird der Wasserdruck in mbar bzw. mm Wassersäule angegeben, bei dem an der dritten Stelle der Prüffläche der 1. Wassertropfen durch das Testmaterial dringt.
Bestimmung der mechanischen Eigenschaften
Die mechanischen Eigenschaften der Vliesstoffe wurden nach DIN EN 29073-3 ermittelt. Einspannlänge: 100 mm, Probenbreite 50 mm, Vorschub 200 mm/min. ”Höchstzugkraft” ist die beim Durchlaufen der Kraft-Dehnungskurve maximal erreichte Kraft, ”Höchstzugkraftdehnung” ist die zur Höchstzugkraft zugehörige Dehnung in der Kraft-Dehnungskurve.
Bestimmung der Hydrophilie
Die Messung der Durchdringungszeiten der hydrophilierten Vliesstoffe („Liquid strike through time”) erfolgte nach EDANA ERT 150.

Claims

Vliesstoff aus schmelzgesponnenen, verstreckten Polymerfäden enthaltend ein thermoplastisches Polymer und einen anorganischen Füllstoff, wobei – der Füllstoffgehalt, bezogen auf den Polymerfaden, > 10 Gewichts-% beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass – die mittlere Partikelgröße (D₅₀) des Füllstoffs ≤ 6 μm ist – das Flächengewicht zwischen 7 g/m² und 500 g/m² liegt, – das Produkt aus Luftdurchlässigkeit nach DIN EN ISO 9237 und Flächengewicht im Bereich von 88.000 bis 132.000 ist und – die Werte für den Quotienten aus Wassersäule nach DIN EN 20811 und Flächengewicht im Bereich von 2 bis 3 liegen.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff ein Erdalkalicarbonat ist.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff zu mindestens 90 Gewichts-%, vorzugsweise 95 Gewichts-%, insbesondere 97 Gewichts-% aus Calciumcarbonat besteht.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff kein Titandioxid enthält.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Füllstoffgehalt, bezogen auf den Polymerfaden, zwischen 15 und 25 Gewichts-% beträgt.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Top-Cut der Füllstoffpartikel (D₉₈) ≤ 10 μm beträgt.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgröße des Füllstoffs (D₅₀) vorzugsweise zwischen 2 μm und 6 μm beträgt.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Polyolefin, Polyester, Polyamid, Polyphenylensulfid oder ein halogenhaltiges Polymer ist.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefin ein Polyethylen, Polypropylen, Poly(1-buten), Polyisobutylen, Poly(1-penten), Poly(4-methylpent-1-en), Polybutadien, Polyisopren oder ein Gemisch zweier oder mehrerer der genannten Verbindungen ist.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerfaden ein Monofilament oder ein Multikomponentenfilament ist, wobei im Falle des Multikomponentenfilaments entweder alle Komponenten des Filaments aus der gleichen Polymerzusammensetzung oder aus unterschiedlichen Polymerzusammensetzungen bestehen.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Multikomponentenfilament ein als Kern/Mantel-Bikomponenten-Filament oder ein als Seite-an-Seite-Filament ausgebildetes Bikomponenten-Filament ist, wobei der Füllstoff jeweils nur in einer Komponente enthalten ist.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil der den Füllstoff enthaltenden Komponenten des Filaments, bezogen auf das Gewicht des Multikomponentenfilaments, > 50 Gewichts-% ist.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerfaden verschiedene Querschnitte, insbesondere einen hohlförmigen Querschnitt oder einen trilobalförmigen Querschnitt aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffes aus schmelzgesponnenen Polymerfäden nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: i Vermischen von Polymergranulat mit den Partikeln eines Füllstoffs, ii Extrudieren des Gemisches durch eine oder mehrere Spinndüsen, iii Abziehen des gebildeten Polymerfadens, iv Verstrecken des gebildeten Filaments, und v Ablegen des Fadens zur Vliesstoffherstellung, wobei der Füllstoffgehalt, bezogen auf den Polymerfaden, > 10 Gewichts-% beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass – die mittlere Partikelgröße (D₅₀) des Füllstoffs ≤ 6 μm ist – das Flächengewicht zwischen 7 g/m² und 500 g/m² liegt, – das Produkt aus Luftdurchlässigkeit nach DIN EN ISO 9237 und Flächengewicht im Bereich von 88.000 bis 132.000 ist und – die Werte für den Quotienten aus Wassersäule nach DIN EN 20811 und Flächengewicht im Bereich von 2 bis 3 liegen.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das der Vliesstoff aus der Mischung eines Polymerfadens mit einer einheitlichen oder mehreren unterschiedlichen Naturfasern besteht.
Verwendung des Vliesstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder 15 zur Herstellung von – Körperhygieneartikeln (Windeln, Damenbinden, Kosmetikpads), – Putztücher, Wischtücher, Wischmopptücher – Filtern z. B. für Gase, Aerosole und Flüssigkeiten, – Wundverbänden, Wundkompressen – Dämmmaterialen, Akustikvliesstoffen – Einlagestoffen – Dachunterspannbahnen, – Geovliesen, oder von – Abdeckungen für die Feld- und Gemüsewirtschaft.