DE102006044495A1 - Leichtgewichtiges Spinnvlies mit besonderen Sperreigenschaften - Google Patents

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Abstract

Spinnvlies aus Polyolefin-Filamenten mit einem Titer < 1,6 dtex, wobei das Spinnvlies ein Flächengewicht <= 18 G/M<SUP>2</SUP> und eine Wasserdichtigkeit gemessen als Wassersäule von < 15 cm sowie eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 230 m<SUP>3</SUP>/(m<SUP>2</SUP> . min) aufweist und das Produkt aus Luftdurchlässigkeit . Flächengewicht <= 5000 g/(m . min) ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Spinnvlies aus Polyolefin-Filamenten mit einem Titer < 1,6 dtex. Das Spinnvlies zeichnet sich durch besondere Sperreigenschaften aus.
  • Die Erfindung betrifft außerdem die Herstellung eines Laminats unter Einsatz des erfindungsgemäßen Spinnvlieses sowie die Verwendung des Spinnvlieses und die Verwendung des mit dem Spinnvlies hergestellten Laminats.
  • Vliese sind textile Flächengebilde, die auf verschiedene Weise herstellbar sind. Neben der Nassvliesstoff-Herstellung und der Trockenvliesstoff-Herstellung unterscheidet man zwischen dem Schmelzspinnen und dem Schmelzblasen (Meltblown-Technologie). Die beiden Technologien Schmelzspinnen und Schmelzblasen haben den Vorteil, dass das Kunststoffgranulat mit Hilfe einer entsprechenden Anlage direkt in das fertige Flächengebilde überführt werden kann. Dadurch wird die vergleichsweise hohe Produktivität dieser Anlagen bei der Vliesherstellung begründet.
  • Beim Schmelzspinnen werden Polymergranulate in einem Extruder aufgeschmolzen, durch die Öffnungen, sog. Spinndüsen, einer Spinnplatte gepresst und nach dem Abkühlen pneumatisch oder mechanisch verstreckt. Durch den Prozess der Verstreckung wird die endgültige Festigkeit der Filamente festgelegt. Die nach dem Verstrecken auf einem sich bewegenden Ablageband lose abgelegten Filamente werden im Bereich der sich berührenden Kreuzungspunkte chemisch oder thermisch zu sog. Bindungspunkten verfestigt. Dabei nimmt mit zunehmender Verfestigung die Weichheit des so gebildeten Vliesstoffes ab, wobei dessen Biegesteifigkeit zunimmt. Mehrere gleiche oder verschiedene übereinander liegende Spinnvlieslagen können thermisch, z.B. durch Kalandrieren, zu einem Verbundmaterial (Laminat) verfestigt werden.
  • Beim Schmelzblasen ist die Produktivität geringer als beim Schmelzspinnen. Dazu kommt, dass die durch Schmelzblasen (Meltblown-Technologien) hergestellten Vliesstoffe eine geringere mechanische Belastbarkeit aufweisen als die durch Schmelzspinnen hergestellten. Allerdings ist das Schmelzblasen im Vergleich zum Schmelzspinnen technisch aufwendiger und daher teurer.
  • Ziel einer kostenarmen Vliesstoffproduktion ist daher der Ersatz, oder im Fall der Herstellung eines Laminats die Reduzierung, der durch Schmelzblasen hergestellten Vliesstoffe durch solche Vliesstoffe, die idealerweise komplett durch Schmelzspinnen hergestellt wurden. Dies setzt jedoch zunächst voraus, dass die Sperreigenschaften der durch Schmelzspinnen hergestellten Lagen signifikant verbessert werden.
  • Die Sperreigenschaften eines Vliesstoffes werden u.a. durch dessen Luftdurchlässigkeit und Wasserdichtigkeit charakterisiert. Als Maß für die Wasserdichtigkeit dient der Wasserdruck, angegeben in mbar, bzw. in cm Wassersäule, bei dem an der dritten Stelle der Prüffläche der 1. Wassertropfen durch das Testmaterial dringt.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene andere Maßnahmen zur Verbesserung der Sperreigenschaften der durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoffe bekannt. Zu diesen Maßnahmen gehört neben der Beschichtung der Schmelzspinnvliesstoffe und der Aufbringung von Filmen zur Verbesserung der Sperreigenschaften vor allem der Einsatz von Bikomponentenfasern, z.B. von Kern-/Mantelfasern oder spaltbaren Fasern. Nachteiligerweise verursachen Beschichtungen bzw. Filme zusätzliche Rohstoff- und Herstellungskosten. Außerdem können sie die Atmungsaktivität beeinträchtigen. Der Nachteil der Bikomponentenfasern besteht darin, dass diese teuer sind.
  • Auch die Erhöhung des Flächengewichts und der Einsatz von Fasern mit größerer Feinheit sind als Maßnahmen zur Verbesserung der Sperreigenschaften von Spinnvliesen bekannt.
  • Die US-5,885,909 beschreibt einen Spinnvliesstoff, dessen Fasern eine Feinheit von 1 denier oder kleiner aufweisen und die sich durch eine Luftdurchlässigkeit nach Frazier von mindestens 70 m3/(m2·min) und einer Wassersäule von mindestens 15 cm auszeichnet. Der Kern der Erfindung besteht in der Lehre, dass über die Filamenthärte und die Feinheit der Filamente die Porengröße und somit die Luftdurchlässigkeit und Wasserdichtigkeit des daraus hergestellten Schmelzspinnvliesstoffs beeinflussbar ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht vor diesem Hintergrund in der Bereitstellung eines Spinnvlieses von geringerem Flächengewicht, das sich gegenüber dem Stand der Technik durch verbesserte Sperreigenschaften auszeichnet. Angestrebt wird eine möglichst hohe Wasserdichtigkeit bei zugleich noch hoher Luftdurchlässigkeit.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Herstellung eines aus mehreren Lagen bestehenden Verbundvlieses, das Sperreigenschaften aufweist, die üblicherweise nur von Verbundvliesen mit mindestens einer durch Schmelzblasen hergestellten Lage gewährleistet werden.
  • Außerdem ist es ein Ziel der Erfindung, dass die Herstellung des verbesserten Spinnvlieses ohne Verlust an Produktivität erfolgt.
  • Zur Lösung der Aufgabe werden Filamente mit einem Titer ≤ 1,6 dtex zu einem Vliesstoff verarbeitet, das die nachfolgenden Eigenschaften aufweist:
    • – ein Flächengewicht ≤ 18 g/m2, und
    • – eine Wasserdichtigkeit gemessen als Wassersäule von < 15 cm, sowie
    • – eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 230 m3/(m2·min), und
    • – ein Produkt aus Luftdurchlässigkeit·Flächengewicht ≤ 5000 g/(m·min).
  • Der Kern der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass feinere Filamente die Herstellung vergleichsweise leichtgewichtiger Spinnvliese erlauben, und dass auch die Sperreigenschaften eines Vliesstoffes vor allem vom Titer der eingesetzten Filamente abhängen. Das lässt sich dadurch erklären, dass sich zwischen Filamenten mit größerer Feinheit (d.h. geringerem Titer) nach der Filamentablage eine größere Zahl von Kreuzungspunkten ausbilden kann, vorausgesetzt die anderen Parameter der Vliesherstellung sind im Wesentlichen unverändert. Dadurch wird nach der chemischen Verfestigung des Vlieses eine größere Zahl von Bindestellen vorliegen, wobei zugleich dessen Porengröße aufgrund der erhöhten Feinheit der Filamente geringer ist. Derartige Spinnvliese haben eine verbesserte Wasserdichtigkeit bei gleichzeitig dennoch hoher Luftdurchlässigkeit. Das gilt auch für thermisch verfestigte Spinnvliese, solange die Prägeflächen so bemessen sind, dass sie alleine die ausreichende Verfestigung des Vliesstoffes sicherstellen.
  • Die Erfinder des erfindungsgemäßen Vliesstoffes haben erkannt, dass gerade Filamente mit einem Titer von höchstens 1,6 dtex, insbesondere im Bereich von 1,6 dtex bis 1,0 dtex, die Herstellung von Vliesstoffen erlauben, deren Flächengewichte nur 4,0 bis 18 g/m2 aufweisen und deren Sperreigenschaften zugleich ein Optimum darstellen. Zwar steigt bei ansonsten unveränderten Produktionsbedingungen mit zunehmender Feinheit der Filamente, aufgrund der zunehmenden Vliesdichte, auch das Flächengewicht eines Vliesstoffes, gleichwohl scheint es aber im Hinblick auf den Titer der Filamente ein Fenster zu geben, in dem sich die mechanischen Eigenschaften bzw. die Sperreigenschaften im Vergleich zum Flächengewicht überproportional verbessern.
  • Im Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Spinnvlies bei einer Wassersäule im Bereich von 15 cm bis 5 cm eine Luftdurchlässigkeit im Bereich von etwa 200 m3/(m2·min) bis 550 m3/(m2·min) auf. Die Wassersäule von 5 cm kennzeichnet die leichtgewichtigeren Spinnvliese mit einem Flächengewicht von etwa 7 g/m2, deren Luftdurchlässigkeit mit etwa 500 m3/(m2·min) entsprechend hoch ist. Die schwereren Spinnvliese mit einem Flächengewicht von etwa 17 g/m2 haben dagegen eine geringere Luftdurchlässigkeit von etwa 230 m3/(m2·min). Ganz besonderes bevorzugt sind Spinnvliese mit einer Luftdurchlässigkeit oberhalb 290 m3/(m2·min). Diese weisen erfindungsgemäß ein Flächengewicht von < 15 g/m2 auf.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Produkt aus Luftdurchlässigkeit und Flächengewicht ≤ 4000 g/(m·min) ist. Grundsätzlich verhalten sich Luftdurchlässigkeit und Flächengewicht invers zueinander, d.h. je höher das Flächengewicht, umso geringer ist in der Regel die Luftdurchlässigkeit, wobei der Zusammenhang nicht linear sein muss. Daher ist das Produkt aus Luftdurchlässigkeit und Flächengewicht als Parameter zur Kennzeichnung noch aussagekräftiger als die Angabe der Luftdurchlässigkeit oder des Flächengewichts allein (siehe auch 3).
  • Besonders bevorzugt sind Spinnvliesstoffe, deren Produkt aus Luftdurchlässigkeit und Flächengewicht in dem Bereich zwischen ≤ 4000 und 3500 g/(m·min) liegt. Der Filamenttiter der zur Herstellung dieser Vliesstoffe verwendeten Filamente ist ≤ 1,1 dtex.
  • Eine andere wichtige Kenngröße für die Bewertung der Sperreigenschaften von Vliesstoffen ist deren Wasserdichtigkeit. Sie wird gemessen durch die maximale über dem Spinnvlies stehende Wassersäule. Als Maß für die Wasserdichtigkeit wird der Wasserdruck in mbar, bzw. in cm Wassersäule angegeben, bei dem an der dritten Stelle der Prüffläche der 1. Wassertropfen durch das Testmaterial dringt.
  • Die erfindungsgemäßen Vliesstoffe zeigen bei Messung der Wasserdichtigkeit eine Wassersäule von 5 cm bis 15 cm. So weist z.B. einer der erfindungsgemäßen Vliesstoffe mit einer Wassersäule von 13,6 cm ein Flächengewicht von nur 17 g/m2 auf, hat aber gleichzeitig eine Luftdurchlässigkeit von 233 m3/(m2·min). Die für die Ausführungsbeispiele dieser Anmeldung dienende Referenz (Ref. 1, siehe Tabelle 1 letzte Zeile) weist bei einer Wassersäule von 14,0 cm und einem Flächengewicht von 17,2 g/m2 eine Luftdurchlässigkeit von nur 188 m3/(m2·min) auf. Auch der aus dem Stand der Technik ( US-5,885,909 ) bekannte Vliesstoff weist bei einer Wassersäule von vergleichbaren 15 cm ein vergleichsweise hohes Flächengewicht von über 48 g/m2 (Beispiel 39) auf, während die nach Frazier gemessene Permeabilität 60 m3/(m2·min) beträgt.
  • Der Quotient aus Wasserdichtigkeit und Flächengewicht ist bevorzugt ≥ 0,004 m3/g, besonders bevorzugt ≥ 0,006 m3/g. Bei Spinnvliesen mit einem Filamenttiter ≤ 1,5, insbesondere bei ≤ 1,3 dtex, liegt der Quotient aus Wasserdichtigkeit und Flächengewicht zwischen 0,006 m3/g und 0,009 m3/g.
  • Der Filamenttiter kann im Bereich von 1,0 bis 1,5 dtex liegen. Zur Gewinnung von Filamenten dieser Feinheit wird vorzugsweise ein durch Metallocen-Katalyse gewonnenes Polyolefine, insbesondere m-Polypropylen (m-PP), eingesetzt. Überraschend wurde gefunden, dass die Sperreigenschaften des erfindungsgemäßen Vliesstoffes sich in diesem Fenster vorteilhaft von den Sperreigenschaften bekannter Vliesstoffe abheben. Bei einem Titer ≤ 1,3 dtex liegt das Produkt aus Luftdurchlässigkeit und Flächengewicht unterhalb 5000 g/(m·min). Bei einem Titer ≤ 1,1 dtex liegt das Produkt aus Luftdurchlässigkeit und Flächengewicht sogar unter 4000 g/(m·min) (siehe Tab. 1 und 2 sowie 3).
  • Das Flächengewicht des erfindungsgemäßen Vliesstoffs kann in einem Bereich von 4 bis 18 g/m2 liegen. Ganz besonderes bevorzugt ist ein Flächengewicht zwischen 4 und 15 g/m2 bzw. 10 und 15 g/m2.
  • Bei Flächengewichten von 6 bis 18 g/m2 konnte nachgewiesen werden, dass das Produkt aus Luftdurchlässigkeit und Flächengewicht zwischen 3500 und 5000 g/(m·min) beträgt, während der Quotienten Wasserdichtigkeit/ Flächengewicht für dieses Flächengewicht ≥ 0,006 m3/g ist.
  • Zur Gewinnung derartiger Filament und damit zur Herstellung des erfindungsgemäßen Vliesstoffes eignen sich vor allem Polyolefin-Polymere. „Polymere" sind makromolekulare Stoffe, die aus einfachen Molekülen (Monomeren) durch Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition aufgebaut sind. 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 verwendet werden.
  • Die besondere Eignung der Polyolefine schließt aber die Verwendung von Polyester, Polycarbonat, Polysulfon, Polyphenylensulfid, Polystyrol, Polyamide oder Mischungen daraus nicht aus.
  • Die Aufzählung der Ausgangspolymere ist in beiden Gruppen aber nicht abschließend. Sämtliche der anderen dem Fachmann bekannten schmelzspinnbaren Polymere und deren Copolymere sind daher von der Anwendung zur Herstellung des Spinnvliesstoffes nicht ausgeschlossen.
  • Besonders geeignet zur Herstellung des erfindungsgemäßen Vliesstoffs sind Polyethylen und Polypropylen und deren Copolymere. Es versteht sich von selbst, dass bereits das eingesetzte Polyethylen eine Copolymermischung aus verschiedenen Polyethylenen sein kann. Das gleiche gilt für das eingesetzte Polypropylen.
  • Mit Metallocen-Katalysatoren hergestelltes Polypropylen (m-PP) weist eine homogenere Verteilung des Molekulargewichts der Polymereinheiten auf und ergibt auch bei stark erhöhten Durchsatzraten noch Filamente von geringem Durchmesser. Aber auch die durch Ziegler-Natta-Katalyse gewonnenen Polypropylene eignen sich zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vliesstoffe.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass dem Polymer vor dem Extrudieren Füllstoffe oder Pigmente zugesetzt werden. Prinzipiell kommen sämtliche dem Fachmann bekannten und für die vorgesehene Verwendung des Vliesstoffes geeigneten Füllstoffe oder Pigmente in Frage. Allein aus Kostengründen ist Calciumcarbonat ein besonders interessanter Füllstoff. Auch Titandioxid (TiO2) ist als Füllstoff geeignet und für die Herstellung des erfindungsgemäßen Vliesstoffs vorgesehen.
  • Die Filamente können in einer besonders bevorzugten Ausführungsform einen Füllstoffgehalt von mehr als 5 Gew.-% aufweisen. Die mittlere Partikelgröße des Füllstoffs (D50) beträgt vorzugsweise 2 ☐m bis 6 ☐m, wobei der Top-Cut (D98) der Partikel ☐10 ☐m ist.
  • Die Verfestigung des Spinnvlieses kann durch sämtliche dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen. Bevorzugt ist die Verfestigung auf chemische oder thermische Art. Im Bereich der Prägepunkte ist die Vliesdicke verringert.
  • Die Vliesdicke einer einzelnen verfestigten Spinnvlieslage liegt im Bereich von 100 bis 200 ☐m. Dabei liegt beispielsweise die Vliesdicke für ein Vlies mit einem Flächengewicht von 10 g/m2, das mit einer Spinnvorrichtung mit 5000 Löchern/m (bei einer Spinnbalkenbreite von 150 mm) erzeugt wurde, im Bereich von etwa 180 ☐m. Die Vliesdicke für ein mit einer Spinnvorrichtung mit 7000 Löchern/m (bei einer Spinnbalkenbreite von 150 mm) erzeugtes Vlies, und einem Flächengewicht von 10 g/m2, liegt im Bereich von etwa 150 ☐m.
  • Es ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Spinnvlies in einem mindestens aus zwei Spinnvlieslagen bestehenden Laminat eine Lage bildet. Die zweite, oder die weiteren Lagen können je nach Verwendungsbedürfnis ähnliche oder deutliche andere Eigenschaften als das erfindungsgemäße Spinnvlies aufweisen. Allein aufgrund seiner Leichtgewichtigkeit ist der erfindungsgemäße Vliesstoff für eine Vielzahl von Kombinationen geeignet. Dabei ist auch denkbar, dass eine oder mehrere der Lagen des Laminats durch Schmelzblasen hergestellt wurden.
  • Im Rahmen der Erfindung liegen auch die vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten des Spinnvlieses. Als wichtigste Verwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäßen Vliesstoffe sind die Herstellung von Einlagestoffen, Körperhygieneartikeln (Windeln, Damenbinden, Kosmetikpads), Putz-Wisch- und Wischmopptüchern, sowie für Gas- und Flüssigkeitsfilter, Wundverbände, Wundkompressen vorgesehen. Auch die Herstellung von Dämmmaterialen, Akustikvliesstoffen und Dachunterspannbahnen ist denkbar. Auch der Einsatz als Geovlies ist denkbar. Geovliese beispielsweise bei der Befestigung von Deichen, im Bereich der Dachbegrünungen, als Schicht einer Deponieabdeckung zur Trennung von Erdschichten und Schüttgütern oder als Zwischenschicht unterhalb des Schotterbetts einer Straßendecke zum Einsatz. Auch als Abdeckung in der Landwirtschaft sowie im Gartenbau sind die Vliesstoffe nutzbringend einsetzbar.
  • Beispiele
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen und Figuren näher erläutert werden. Die genannten Bespiele sollen die Erfindung jedoch nur in ihren Besonderheiten erläutern und nicht einschränken.
  • Es wurden aus einem durch Ziegler-Natta-Katalyse hergestellten Polypropylen (PP) mit der Bezeichnung „Moplen HP560R", Hersteller: Basell (nachfolgend ZN-PP genannt), durch Schmelzspinnen Spinnvliese mit unterschiedlichem Flächengewicht hergestellt und zwar in der Art, dass die Filamentfeinheit zur Vliesbildung abgelegten Filamente auf 1,3 dtex, 1,8 dtex und 2,1 dtex eingestellt wurde.
  • Die Herstellung der Spinnvliese erfolgte auf einer „Reicofil 3''-Spinnvlies-Pilotanlage, wobei zum einen eine herkömmliche Spinnvorrichtung (Spinneret mit 5.000 Kapillaren pro Meter, Breite der mit Löchern (Kapillaren) versehenen Spinneretfläche 150 mm, bezeichnet als „Standard-Spinnplatte", sowie eine veränderte Spinnvorrichtung mit erhöhter Anzahl an Kapillaren pro Fläche des Spinnerets (7.000 Kapillare pro Meter, Breite der mit Kapillaren versehenen Spinneretfläche 150 mm, bezeichnet als „Alternativ-Spinnplatte" oder kurz mit „7000") verwendet wurde.
  • Die dem Stand der Technik entsprechenden, unter Verwendung der Standardspinnplatte erzeugten Vliesmuster sind als „ZN-PP S1" bis „ZN-PP S8" bezeichnet. Zusammensetzung, Prozessbedingungen und charakteristische Eigenschaften sind der Tabelle 1 zu entnehmen.
  • Ebenso wurden typische Eigenschaften eines kommerziell erhältlichen Verbundvlieses (SMS), bereitgestellt von der Produktionsanlage Corovin C4 (Corovin GmbH, Peine), der als „Ref 1" bezeichneten Referenz, als Vergleichsdaten in Tabelle 1 aufgenommen.
  • Die erfindungsgemäßen Muster, welche mit der Alternativ-Spinnplatte mit erhöhter Anzahl an Öffnungen (Kapillaren) pro Fläche hergestellt wurden, sind als Muster „ZN-PP A1" bis „ZN-PP A3" bezeichnet. Zusammensetzung, Prozessbedingungen und charakteristische Eigenschaften sind der Tabelle 2 zu entnehmen.
  • Desweiteren wurden mit der Alternativ-Spinnplatte Spinnvliese mit unterschiedlichem Flächengewicht aus einem durch Metallocenkatalyse hergestellten PP mit dem Handelsnamen „Metocene HM562S" (Hersteller: Basell), „m-PP" genannt, produziert. Der Filamenttiter der die Spinnvliese bildenden Filamente wurde auf 1,3 dtex und 1,1 dtex eingestellt.
  • Die entsprechenden Muster sind als „m-PP A1" bis „m-PP A8" bezeichnet. Zusammensetzung, Prozessbedingungen und charakteristische Eigenschaften sind ebenfalls Tabelle 2 zu entnehmen.
  • Die Flächengewichte der hergestellten Spinnvliese wurden von 7 g/m2 bis 17 g/m2 variiert.
  • Ein weiterer Zusatz von Schmelzadditiven oder Pigmenten, wie z.B. Titandioxid, erfolgte im Fall der hier erläuterten Beispiele nicht, gleichwohl ist vorgesehen, dass dem Polymer oder dem Polymergemisch vor der Extrusion Schmelzadditive und/oder Pigmente zugesetzt werden.
  • Figuren
  • 1 stellt Luftdurchlässigkeit von Spinnvliesen mit unterschiedlichem Flächengewicht dar.
  • 2 zeigt die Wasserdichtigkeit der Spinnvliese mit unterschiedlichem Flächengewicht.
  • 3 stellt das Produkt aus Luftdurchlässigkeit und Flächengewicht für Spinnvliese mit unterschiedlichem Flächengewicht dar.
  • Es werden die Eigenschaften von Spinnvliesen dargestellt, die wie folgt unterteilt werden:
    Darstellung in den Abbildungen PP-Typ Kapillardichte des Spinnerets (pro meter)* Filamentfeinheit (dtex)
    ⧫ ZN-PP Titer 2,1 dtex (5.000) Ziegler-Natta-PP 5.000 2,1
    ⦁ ZN-PP Titer 1,8 dtex (5.000) Ziegler-Natta-PP 5.000 1,8
    ☐ ZN-PP Titer 1,3 dtex (7.000) Ziegler-Natta-PP 7.000 1,3
    X m-PP Titer 1,3 dtex (7.000) MetallocenPP 7.000 1,3
    * m-PP Titer 1,1 dtex (7.000) MetallocenPP 7.000 1,1
  • Erläuterung der Symbole in den Abbildungen
  • 1 und 2 zeigen, dass die Verringerung des Filamenttiters, tendenziell zu einer Verbesserung der Sperreigenschaften führt. Dies lässt sich deutlich an den Mustern ZN-PP S1 bis ZN-PP S3 bzw. ZN-PP S4 bis ZN-PP S8 zeigen. Eine Verringerung des Filamenttiters der die Spinnvliese bildenden Fäden von 2,1 dtex auf 1,8 dtex führt zu einer Reduzierung der Luftdurchlässigkeit um etwa 15%. Ebenso erhöht sich die Wasserdichtigkeit bei gegebenem Flächengewicht um ca. 2 cm. Allerdings waren die feineren Filamente, nur bei einer etwa 30-prozentigen Reduzierung des Massendurchsatzes an Polymerschmelze zugänglich.
  • Vergleicht man die Ergebnisse der Muster ZN-PP S1 nun aber mit denen des kommerziellen SMS-Vergleichsmusters gleichen Flächengewichtes (Ref 1), so stellt man fest, dass letzteres deutlich bessere Sperreigenschaften aufweist, wobei die Differenz wohl auf den Anteil der durch Schmelzblasen hergestellten Spinnvlieslagen (Meltblown) im SMS zurückzuführen ist.
  • Unter Einsatz der Alternativ-Spinnplatte wurden mit dem durch Ziegler-Natta-Katalyse hergestellten PP die Spinnvliesstoffmuster ZN-PP A1 bis ZN-PP A3 hergestellt.
  • Aufgrund der erhöhten Anzahl an Kapillaren bei vergleichbarer Spinnplattenfläche wird nun weniger Polymerschmelze durch die einzelnen Kapillare transportiert. Bei einem gegebenen Gesamtdurchsatz von 189 kg/h·m betrug der Massendurchsatz nun 0,45 g/Loch·min, während es bei Verwendung der herkömmlichen Spinnvorrichtung etwa 40% mehr waren (0,63 g/Loch·min). Die Reduzierung des Massendurchsatzes (pro Loch) bewirkt, bei ansonsten vergleichbaren Prozessbedingungen, signifikant feinere Fasern. Damit geht eine Verbesserung der Sperreigenschaften der Spinnvliese einher.
  • So werden nun Spinnvliese erhalten, bei denen die Luftdurchlässigkeit um etwa 25 unter jener Luftdurchlässigkeit liegt, welche bei gleichem Gesamtdurchsatz bei Verwendung der herkömmlichen Spinnvorrichtung erreichbar war. Für die Wasserdichtigkeit wurde ebenso eine Erhöhung um ca. 40 % ermittelt.
  • Die Eigenschaften der Muster ZN-PP A1 bis ZN-PP A3, ließen sich auch bei Verwendung eines durch Metallocen-Katalyse hergestellten PP belegen (siehe Muster m-PP A1 bis m-PP A3).
  • Eine erneute Prüfung der vorgestellten Ergebnisse anhand des SMS-Vergleichsmusters mit gleichem Flächengewicht (Ref 1) zeigt nun, dass die Sperreigenschaften der erfindungsgemäßen Spinnvliese denen des SMS näher kamen. Allerdings weist das SMS immer noch eine um ca. 1/3 niedrigere Luftdurchlässigkeit sowie eine um 30% höhere Wasserdichtigkeit auf.
  • Deshalb wurden weitere Untersuchungen zur Verbesserung der Sperreigenschaften der Spinnvliese angestellt.
  • Die Muster m-PP A4 bis m-PP A8 wurden in der Weise produziert, dass die die Spinnvliese bildenden Fasern einen Filamenttiter von ca. 1,1 dtex aufwiesen. Prozeßtechnisch erfolgte dies, indem der Massendurchsatz auf ca. 0,3 g/Loch·min reduziert wurde.
  • Aufgrund der besseren Spinnsicherheit war es nur mit dem durch Metallocenkatalyse hergestellten PP möglich, diese Filamentfeinheit zu realisieren. Wie Tabelle 2 und den 1 und 2 zu entnehmen, wiesen die hergestellten Spinnvliese erneut signifikant verbesserte Sperreigenschaften auf.
  • Die Sperreigenschaften des Musters m-PP A4 sind nahezu vergleichbar mit denen des SMS-Vergleichsmusters bei gleichen Flächengewichtes (Ref 1). Insbesondere bei der Wasserdichtigkeit wurden gleiche Werte von ca. 14 cm Wassersäule erhalten.
  • Grundsätzlich gilt, dass ein höheres Flächengewicht zu einer geringeren Luftdurchlässigkeit führt. Die beiden Eigenschaften können somit nicht unabhängig voneinander bewertet werden. Für eine bessere Vergleichbarkeit und wurde die Luftdurchlässigkeit (AP, air permeability) und das Flächengewicht (BW, basis weight) multipliziert.
    Rohstoff Spinnvorrichtung Titer AP·BW
    (g/m·min)
    ZN-PP Standard 2,1 dtex ca. 6.000
    ZN-PP Standard 1,8 dtex ca. 5.000
    ZN-PP Alternative 1,3 dtex < 5.000
    m-PP Alternative 1,3 dtex < 5.000
    m-PP Alternative 1,1 dtex < 4.000
  • Die berechneten Werte werden in 3 graphisch dargestellt. Es zeigt sich, dass nur unter Verwendung der erfindungsgemäßen Methode Spinnvliese produktiv herstellbar sind, welche die folgenden Eigenschaften aufweisen: Wasserdichtigkeit ≥ 0,006 × Flächengewicht (BW) sowie Luftdurchlässigkeit (AP) × Flächengewicht (BW) ≤ 5.000, bevorzugt ≤ 4.000 sowie Filamenttiter ≤ 1,3 dtex, bevorzugt ≤ 1,1 dtex.
  • Damit ist belegt, dass unter Verwendung der erfindungsgemäß vorgestellten Methode Spinnvliese mit hoher Produktivität herstellbar sind mit Sperreigenschaften, die sonst nur Verbundvliesstoffen vorbehalten sind, welche eine oder mehrere durch Schmelzblasen hergestellt Spinnvlieslagen aufweisen.
  • Methoden zur Bestimmung der Eigenschaften der Spinnvliese
  • Zur Ermittlung der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Spinnvlies wurden folgende Methoden herangezogen:
  • Filamenttiter/Flächengewicht/Spinnvliesdicke
  • Die Ermittlung des Filamenttiters erfolgte mittels eines Mikroskops. Die Umrechnung des gemessenen Filamenttiters (in Mikrometern) in Dezitex erfolgte nach folgender Formel (Dichte PP = 0,91 g/cm3):
    Figure 00180001
  • Die Flächengewichtsbestimmung (Basis weight) der Spinnvliese erfolgte nach DIN EN 29073-1 an 10 × 10 cm großen Probekörpern.
  • Die Dicke der Spinnvliese wurde gemessen als Abstand zweier planparalleler Messflächen, zwischen denen sich die Spinnvliese unter einem vorgegebenen Messdruck befinden. Die Methode wurde analog der DIN EN ISO 9073-2 ausgeführt, wobei ein Auflagegewicht von 125 g, eine Messfläche von 25 cm2 und ein Messdruck von 5 g/cm2 zum Einsatz kamen.
  • Luftdurchlässigkeit
  • Die Messung der Luftdurchlässigkeit der Spinnvliese erfolgte gemäß DIN EN ISO 9237. Die Fläche des Messkopfes betrug 20 cm2, der angelegte Prüfdruck 200 Pa.
  • Wassersäule
  • Die Bestimmung der Wasserdichtigkeit wurde in Anlehnung an die DIN EN 20811 ausgeführt. Gradient des Prüfdruckes 10 mbar/min. Als Maß für die Wasserdichtigkeit wird der Wasserdruck in mbar, bzw. in cm Wassersäule angegeben, bei dem an der dritten Stelle der Prüffläche der 1. Wassertropfen durch das Testmaterial dringt.
  • Figure 00200001
  • Figure 00210001

Claims (24)

  1. Spinnvlies aus Polyolefin-Filamenten mit einem Titer < 1,6 dtex, wobei das Spinnvlies – ein Flächengewicht ≤ 18 g/m2, und – eine Wasserdichtigkeit gemessen als Wassersäule von < 15 cm, sowie – eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 230 m3/(m2·min) aufweist, und – das Produkt aus Luftdurchlässigkeit·Flächengewicht ≤ 5000 g/(m·min) ist.
  2. Spinnvlies nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnvlies bei einer Wassersäule im Bereich von 15 cm bis 5 cm eine Luftdurchlässigkeit Bereich von 200 m3/(m2·min) bis 550 m3/(m2·min) aufweist.
  3. Spinnvlies nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt aus Luftdurchlässigkeit·Flächengewicht ≤ 4000 g/(m·min) ist.
  4. Spinnvlies nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt aus Luftdurchlässigkeit·Flächengewicht in dem Bereich zwischen ≤ 4000 und 3500 g/(m·min) liegt.
  5. Spinnvlies nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassersäule bei Messung der Wasserdichtigkeit 5 cm bis 15 cm beträgt.
  6. Spinnvlies nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Spinnvlies der Quotient aus Wasserdichtigkeit/Flächengewicht ≥ 0.004 m3/g ist.
  7. Spinnvlies nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für das Spinnvlies der Quotient aus Wasserdichtigkeit/Flächengewicht ≥ 0.006 m3/g ist.
  8. Spinnvlies nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente einen Titer im Bereich von 1,0 bis 1,5 dtex aufweisen.
  9. Spinnvlies nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Spinnvlies besonders bevorzugt ein Flächengewicht von 4 bis 18 g/m2 aufweist.
  10. Spinnvlies nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt aus Luftdurchlässigkeit und Flächengewicht, bei Flächengewichten zwischen 6 und 18 g/m2, einen Wert zwischen 3500 und 5000 g/(m·min) aufweist.
  11. Spinnvlies nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnvlies bei Flächengewichten zwischen 6 und 18 g/m2 für den Quotienten Wasserdichtigkeit/Flächengewicht ≥ 0,006 m3/g aufweist.
  12. Spinnvlies nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinnvlies vorzugsweise ein Flächengewicht von 4 bis 13 g/m2 aufweist.
  13. Spinnvliese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolefin-Filamente aus Polypropylen oder Polyethylen oder einer Mischung aus beiden bestehen.
  14. Spinnvliese nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolefin-Filamente aus einem Olefincopolymer bestehen.
  15. Spinnvliese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolefin-Filamente aus einem durch Ziegler-Natta-Katalyse hergestellten Polyolefin (ZN-Polyolefin) oder aus einem durch Metallocen-Katalyse hergestellten Polyolefin (m-Polyolefin) oder einem Copolymer aus beiden bestehen.
  16. Spinnvlies nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdichtigkeit gemessen als Wassersäule für ein durch Ziegler-Natta-Katalyse hergestelltes Polyolefin (ZN-Polyolefin) 6,8 bis 11,7 cm beträgt.
  17. Spinnvlies nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdichtigkeit gemessen als Wassersäule für ein durch Metallocen- Katalyse hergestelltes Polyolefin (m-Polyolefin) 5,2 bis 13,6 cm beträgt.
  18. Spinnvliese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolefin-Filamente einen Füllstoff oder ein Pigment enthalten.
  19. Spinnvliese nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff Calciumcarbonat ist und der Füllstoffgehalt, bezogen auf das Polymerfilament, einen Füllstoffgehalt > 5 Gewichts-% aufweist.
  20. Spinnvliese nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Top-Cut der Füllstoffpartikel (D98) ≤ 10 μm ist und die mittlere Partikelgröße des Füllstoffs (D50) vorzugsweise etwas 2 bis etwa 6 μm beträgt.
  21. Spinnvliese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schmelzspinnverfahren erzeugten und zum Vlies abgelegten Filamente auf thermische und/oder chemische Art verfestigt sind.
  22. Laminat aufgebaut aus mindestens zwei Spinnvlieslagen, wobei mindestens eine Lage aus einem leichtgewichtigen Spinnvlies nach einem der Ansprüche 1 bis 21 besteht.
  23. Laminat aus mindestens zwei Vliesstofflagen, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat mindestens eine durch Schmelzblasen hergestellte Vlieslage aufweist und mindestens eine der durch Schmelzspinnen hergestellten Vlieslagen einem Spinnvlies nach einem der Ansprüche 1 bis 21 entspricht.
  24. Verwendung eines Spinnvlieses nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder eines Laminats nach einem der Ansprüche 22 und 23 zur Herstellung von – Körperhygieneartikeln (Windeln, Damenbinden, Kosmetikpads), – Putztüchern, Wischtüchern, Wischmopptüchern – Filtern z.B. für Gase, Aerosole und Flüssigkeiten, – Wundverbänden, Wundkompressen, – Dämmmaterialen, Akustikvliesstoffen, – Einlagestoffen, – Dachunterspannbahnen, – Geovliesen, oder von – Abdeckungen für die Feld- und Gemüsewirtschaft
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