DE102016006320A1

DE102016006320A1 - Fixierbare Flächengebilde

Info

Publication number: DE102016006320A1
Application number: DE102016006320.3A
Authority: DE
Inventors: Steffen Traser; Daniela Beyer; Björn Hellbach; Gunter Scharfenberger
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2017-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft Flächengebilde, insbesondere verwendbar als fixierbarer Einlagestoff in der Textilindustrie mit einer Trägerlage aus einem textilen Material, auf welcher eine thermoplastische Haftmassenstruktur mit eine verringertem Oberflächenklebrigkeit aufgebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein fixierbares Flächengebilde, insbesondere verwendbar als fixierbarer Einlage- oder Futterstoff in der Textilindustrie.
Einlagestoffe sind das unsichtbare Gerüst der Bekleidung. Sie sorgen für korrekte Passformen und optimalen Tragekomfort. Je nach Anwendung unterstützen sie die Verarbeitbarkeit, erhöhen die Funktionalität und stabilisieren die Bekleidung. Neben der Bekleidung können diese Funktionen in technischen Textilanwendungen, wie z. B. der Möbel-, Polster- sowie Heimtextilien-Industrie Anwendung übernehmen.
Einlagestoffe können aus Vliesstoffen, Geweben, Gewirken oder vergleichbaren textilen Flächengebilden bestehen, die meist zusätzlich mit einer Haftmasse versehen sind, wodurch die Einlage mit einem Oberstoff meist thermisch durch Hitze und/oder Druck verklebt werden kann (Fixiereinlage). Die Einlage wird somit auf einen Oberstoff laminiert.
Einlagestoffe können aus Vliesstoffen, Geweben, Gewirken oder vergleichbaren textilen Flächengebilden bestehen, die meist zusätzlich mit einer Haftmasse versehen sind, wodurch die Einlage mit einem Oberstoff meist thermisch durch Hitze und/oder Druck verklebt werden kann (Fixiereinlage). Die Einlage wird somit auf einen Oberstoff laminiert. Die genannten verschiedenen textilen Flächengebilde haben je nach Herstellungsverfahren unterschiedliche Eigenschaftsprofile. Gewebe bestehen aus Fäden/Garnen in Kette- und Schussrichtung, Gewirke bestehen aus Fäden/Garnen, die über eine Maschenbindung zu einem textilen Flächengebilde verbunden werden. Vliesstoffe bestehen aus zu einem Faserflor abgelegten Einzelfasern, die mechanisch, chemisch oder thermisch gebunden werden.
Bei mechanisch gebundenen Vliesstoffen wird das Faserflor durch mechanisches Verschlingen der Fasern verfestigt. Hierzu verwendet man entweder eine Nadeltechnik oder ein Verschlingen mittels Wasser- bzw. Dampfstrahlen. Die Vernadelung ergibt zwar weiche Produkte, allerdings mit relativ labilem Griff, so dass sich diese Technologie im Bereich der Einlagestoffe nur in ganz speziellen Nischen durchsetzen konnte. Außerdem ist man in der mechanischen Vernadelung üblicherweise auf ein Flächengewicht > 50 g/m2 angewiesen, was für eine Vielzahl an Einlagestoffanwendungen zu schwer ist.
Mit Wasserstrahlen verfestigte Vliesstoffe lassen sich in niedrigeren Flächengewichten darstellen, sind im Allgemeinen aber flach und wenig sprungelastisch.
Bei chemisch gebundenen Vliesstoffen wird der Faserflor durch Imprägnieren, Besprühen oder mittels sonst üblicher Auftragsmethoden mit einem Bindemittel (z. B. Acrylatbinder) versehen und anschließend kondensiert. Das Bindemittel bindet die Fasern untereinander zu einem Vliesstoff, hat aber zur Folge, dass ein relativ steifes Produkt erhalten wird, da sich das Bindemittel über weite Teile des Faserflors verteilt erstreckt und die Fasern wie in einem Verbundwerkstoff durchgehend miteinander verklebt. Variationen im Griff bzw. Weichheit lassen sich nur bedingt über Fasermischungen oder Bindemittelauswahl kompensieren.
Thermisch gebundene Vliesstoffe werden zur Verwendung als Einlagestoffe üblicherweise kalander- oder durch Heißluft verfestigt. Bei Einlagevliesstoffen hat sich heutzutage die punktförmige Kalanderverfestigung als Standardtechnologie durchgesetzt. Das Faserflor besteht dabei in der Regel aus speziell für diesen Prozess entwickelten Fasern aus Polyester oder Polyamid und wird mittels eines Kalanders bei Temperaturen um den Schmelzpunkt der Faser verfestigt, wobei eine Walze des Kalanders mit einer Punktgravur versehen ist. Solch eine Punktgravur besteht z. B. aus 64 Punkten/cm2 und kann z. B. eine Verschweißfläche von 12% besitzen. Ohne eine Punktanordnung würde der Einlagestoff flächenartig verfestigt und ungeeignet hart im Griff sein.
Die oben beschriebenen unterschiedlichen Verfahren zur Herstellung von textilen Flächengebilden sind bekannt und in Fachbüchern und in der Patentliteratur beschrieben.
Die Haftmassen, welche üblicherweise auf Einlagestoffe aufgebracht sind, sind meist thermisch aktivierbar und bestehen in der Regel aus thermoplastischen Polymeren. Die Technologie zum Aufbringen dieser Haftmassenbeschichtungen erfolgt nach dem Stand der Technik in einem separaten Arbeitsschritt auf das Faserflächengebilde. Als Technologien sind hierbei üblicherweise Pulverpunkt-, Pastendruck-, Doppelpunkt-, Streu- und Hotmeltverfahren bekannt und in der Patentliteratur beschrieben.
Als am leistungsfähigsten hinsichtlich Verklebung mit dem Oberstoff auch nach Pflegebehandlung und in Bezug auf die Rückvernietung wird heute die Doppelpunktbeschichtung angesehen.
Ein solcher Doppelpunkt weist einen zweischichtigen Aufbau auf. Er besteht aus einem Unter- und einem Oberpunkt. Der Unterpunkt dringt in das Basismaterial ein und dient als Sperrschicht gegen Haftmassenrückschlag und zur Verankerung der Oberpunktpartikel. Übliche Unterpunkte bestehen beispielsweise aus Bindemittel und/oder aus einem thermoplastischen Polymeren, das bei der Fixierung zur Klebkraft mit beiträgt. Je nach eingesetzter Chemie trägt der Unterpunkt neben der Verankerung im Basismaterial auch als Sperrschicht zur Verhinderung des Haftmassenrückschlages bei. Hauptklebekomponente im zweischichtigen Verbund ist primär der Oberpunkt. Dieser kann aus einem thermoplastischen Material bestehen, welches als Pulver auf den Unterpunkt aufgestreut wird. Nach dem Streuvorgang wird der überschüssige Teil des Pulvers (zwischen den Punkten der unteren Schicht) zweckmäßigerweise wieder abgesaugt. Nach anschließendem Sintern ist der Oberpunkt auf dem Unterpunkt (thermisch) gebunden und kann als Klebstoff zum Oberpunkt dienen.
Je nach Einsatzzweck des Einlagestoffes werden eine unterschiedliche Anzahl an Punkten aufgedruckt und/oder die Haftmassenmenge oder die Geometrie des Punktmusters variiert. Eine typische Punktanzahl sind z. B. CP 110 bei einer Auflage von 9 g/m2 bzw. CP 52 mit einer Auflagemenge von 11 g/m2.
Weit verbreitet ist auch der Pastendruck. Bei dieser Technologie wird eine wässrige Dispersion aus thermoplastischen Polymeren, üblicherweise in Partikelform mit einer Partikelgröße < 80 μm, Verdickern und Laufhilfsmitteln hergestellt und dann pastös mittels eines Rotationssiebdruckverfahrens auf die Trägerlage meist punktförmig aufgedruckt. Anschließend wird die bedruckte Trägerlage zweckmäßigerweise einem Trocknungsprozess unterzogen.
Es ist bekannt, dass für Einlage- oder Futterstoffe als Haftmedien für die Heißverklebung verschiedenste Schmelzklebstoffe eingesetzt werden können. Schmelzklebstoffe, auch Heißklebestoffe, Heißkleber oder im Englischen Hotmelts genannt, sind seit langem bekannt. Allgemein versteht man unter ihnen im Wesentlichen lösungsmittelfreie Produkte, die im geschmolzenen Zustand auf eine Klebefläche aufgetragen werden, rasch beim Abkühlen erstarren und damit schnell Festigkeit aufbauen. Im Regelfall werden thermoplastische Polymere, wie Polyamide (PA), Copolyamide, Polyester (PES), Copolyester, Ethylvinylacetat (EVA) und dessen Copolymere (EVAC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), amorphe Polyalphaolefine (APAO), Polyurethane (PU), etc. als Schmelzklebstoffe verwendet.
Die Klebewirkung der herkömmlichen thermoplastischen Schmelzklebstoffe basiert grundsätzlich darauf, dass sie sich als thermoplastische Polymere reversibel aufschmelzen lassen und als flüssige Schmelze aufgrund ihrer durch den Schmelzvorgang erniedrigten Viskosität in der Lage sind, die zu klebende Fläche zu benetzen und dadurch eine Adhäsion zu ihr auszubilden. Als Folge der anschließenden Abkühlung erstarrt der Schmelzklebstoff wieder zum Festkörper, der eine hohe Kohäsion besitzt und auf diese Weise die Verbindung zur Klebefläche herstellt. Nachdem die Klebung stattgefunden hat, sorgen die viskoelastischen Polymere dafür, dass die Adhäsion auch nach dem Abkühlvorgang mit ihren Volumenänderungen und dem damit verbundenen Aufbau mechanischer Spannungen erhalten bleibt. Die aufgebaute Kohäsion vermittelt die Bindekräfte zwischen den Substraten.
Nachteilig an der Verwendung der herkömmlichen thermoplastischen Schmelzklebstoffe ist, dass bedingt durch den oft hohen Wärmereintrag zum Schmelzen der thermoplastischen Materialien das Verkleben von temperaturempfindlichen Substraten erschwert ist, und dass die Klebungen durch den thermoplastischen Charakter der Polymere bei Temperaturerhöhung rasch an Festigkeit einbüßen.
Eine Alternative zu der Verwendung von thermoplastischen Schmelzklebstoffen sind Haftklebstoffe. Für die Kaltfixierung von Einlage- oder Futterstoffen in der Textilindustrie sind sie jedoch nicht unmittelbar geeignet, da sie auch bei niedrigen Temperaturen eine permanente Klebrigkeit aufweisen. Es ist daher nicht möglich, sie in einem ersten separaten Arbeitsschritt auf den Einlagestoff aufzubringen und den Einlagestoff im Anschluss ohne weitere Vorkehrungen aufzurollen und als Rollenware zu handhaben, ohne die einzelnen Einlagestofflagen auf der Rolle unweigerlich zu verkleben.
Eine prinzipiell einfache Lösung, um diese Verklebung der einzelnen Einlagestofflagen auf der Rolle zu verhindern, ist die Verwendung einer abziehbaren Zwischenschicht, wie etwa eines gewachsten Trennpapiers. Diese Lösung bringt jedoch für die Anwendung bei der Fixierung von Einlage- oder Futterstoffen in der Textilindustrie erhebliche Nachteile mit sich. So entsteht durch die zusätzliche Handhabung der Trennschicht zusätzlicher Aufwand und das Risiko für Ausschuss steigt, weil eine Repositionierbarkeit vor der endgültigen Verklebung nicht ausreichend gegeben ist.
Die Entwicklung neuer fixierbarer Flächengebilde, die sich bei schonenderen Fixierbedingungen, beispielsweise ohne Wärmeeintrag und/oder bei Temperaturen von unter 80°C bzw. idealerweise bei Raumtemperatur fixieren lassen, und die ohne Verwendung von abziehbaren Zwischenschichten eingesetzt werden können, ist daher für die Textilindustrie von großem Interesse. Dabei ist neben der besseren Verarbeitbarkeit von temperaturempfindlichen Substraten die Energieersparnis ein sehr großer Vorteil.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, mit neuartigen Haftmassen ausgerüstete textile Flächengebilde bereitzustellen, die als lagerstabile und nicht klebrige Zwischenprodukte in einem späteren Prozessschritt bei schonenden Fixierbedingungen, beispielsweise ohne Wärmeeintrag und/oder bei niedrigen Temperaturen, bzw. idealerweise bei Raumtemperatur, auf einen Oberstoff laminiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einer ersten Ausgestaltung durch ein Flächengebilde gelöst, insbesondere verwendbar als fixierbarer Einlagestoff in der Textilindustrie, mit einer Trägerlage aus einem textilen Material, auf welcher eine thermoplastische Haftmassenstruktur aufgebracht ist, wobei die Haftmassenstruktur einen magnetischen, vorzugsweise einen ferrimagnetischen, einen ferromagnetischen und/oder einen superparamagnetischen Stoff, aufweist und dadurch induktiv erwärmbar ist.
Unter induktiver Erwärmung versteht man, im Unterschied zu einer direkten Erwärmung, ein Verfahren, bei dem durch eine von nieder- oder mittelfrequentem Wechselstrom durchflossene Spule (Induktor) ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, das in elektrisch leitfähigen Körpern Wirbelströme erzeugt und sie durch die erzeugten Wirbelstromverluste aufheizt. Dieses Prinzip wird beispielsweise beim Kochen mittels eines Induktionsherds angewendet.
Da die als Stand der Technik verwendeten thermoplastischen Haftmassen nicht elektrisch leitfähig sind und stattdessen sogar über hervorragende isolierende Eigenschaften verfügen, ist ihre direkte Nutzung für einen induktiven Erwärmungsprozess unmöglich.
Erfindungsgemäß wurde jedoch gefunden, dass sich durch die Zugabe eines magnetischen Stoffes induktiv erwärmbare thermoplastische Haftmassen herstellen lassen, die sich als Haftmassenstruktur für fixierbare Einlagestoffe in der Textilindustrie eignen. Überraschend wurde ferner festgestellt, dass sich derartige Haftmassen trotz Zugabe des magnetischen Stoffes gut applizieren lassen und zu zufrieden stellenden Trennkräften führen.
Dabei kann die thermoplastische Haftmassenstruktur die verschiedensten Thermoplasten aufweisen. Als besonders geeignet haben sich in praktischen Versuchen Polyamide (PA), Copolyamide, Polyester (PES), Copolyester, Ethylvinylacetat (EVA) und dessen Copolymere (EVAC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), amorphe Polyalphaolefine (APAO), Polyurethane (PU) erwiesen. Besonders geeignet sind dabei Copolyamide, Copolyester und Polyurethane. Vorzugsweise ist der Thermoplast in der Haftmassenstruktur in einer Menge von 2 Gew.-% bis 20 Gew.-%* enthalten. Zusätzlich kann die Haftmassestruktur übliche Komponenten, beispielsweise Rieselhilfsmittel, Antistatika oder weitere Additive enthalten.
Zur induktiven Erwärmung in magnetischen Wechselfeldern eignen sich grundsätzlich alle magnetischen Stoffe, insbesondere die Metalle Aluminium, Kobalt, Eisen, Nickel oder deren Legierungen sowie Metalloxide vom Typ n-Maghemit (γ-Fe2O3), n-Magnetit (Fe3O4) oder Ferrite von der allgemeinen Formel MeFe2O4, wobei Me für zweiwertige Metalle aus der Gruppe Kupfer, Zink, Kobalt, Nickel, Magnesium, Calcium oder Cadmium steht.
Der Anteil des magnetischen Stoffes in der Haftmassenstruktur kann in Abhängigkeit von dem erwünschten Ausmaß der thermischen Induktierbarkeit, der Art der eingesetzten thermoplastischen Haftmassenstruktur und den erwünschten Trennkräften variieren. Als in der Regel zweckmäßig hat es sich erwiesen den Anteil des magnetischen Stoffes in der Haftmassenstruktur auf 2 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 2,5 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Haftmassenstruktur einzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der magnetische Stoff in Form von Nanopartikeln mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von weniger als 100 nm vor, wobei nanoskalige, superparamagnetische Teilchen, sogenannte ”single-domain-particles” erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind.
Im Vergleich zu den höherskaligen, paramagnetischen Partikeln zeichnen sich die nanoskaligen Füllstoffe dadurch aus, dass sie üblicherweise keine Hysterese aufweisen. Dies hat zur Folge, dass die Energiedissipation nicht durch magnetische Hystereseverluste hervorgerufen wird, sondern die Wärmeerzeugung vielmehr auf eine während der Einwirkung eines elektromagnetischen Wechselfeldes induzierte Schwingung oder Rotation der Teilchen in der umgebenden Matrix und somit letztlich auf mechanische Reibungsverluste zurückzuführen ist. Dies führt zu einer besonders effektiven Erwärmungsrate der Teilchen und der sie umgebenden Matrix.
Nanopartikel im Sinne der vorliegenden Erfindung sind dabei Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 100 nm, vorzugsweise nicht mehr als 50 nm und insbesondere nicht mehr als 30 nm. Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäß einzusetzenden Nanopartikel eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 1 bis 40 nm, besonders bevorzugt zwischen 3 und 30 nm, auf. Für die Ausnutzung der Effekte durch Superparamagnetismus sollen die Teilchengrößen idealerweise nicht mehr als 30 nm betragen. Daher wurden in den Machbarkeitsversuchen (siehe Beispiele) superparamagnetische Magnetitnanopartikel mit einer Teilchengrößen zwischen 20 und 30 nm eingesetzt.
Um eine Agglomeration der Nanopartikel zu vermeiden, sind diese vorzugsweise oberflächenmodifiziert bzw. oberflächenbeschichtet. Möglichkeiten und Verfahren zur Herstellung agglomeratfreier, nanoskaliger Teilchen sind beispielsweise in den Druckschriften DE19614136A und DE19726282A beschrieben.
Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von oberflächenbeschichteten Nanopartikeln in thermoplastischen Haftmassen ist die Farbe. Nanoskaliges Magnetitpulver beispielsweise ist dunkelbraun bis schwarz gefärbt, wodurch eine damit additivierte Haftmasse einen hellbraunen Farbton annimmt, der jedoch bei einer Verwendung zur Fixierung von Flächengebilden unerwünscht ist, da er durch die Flächengebilde hindurchscheinen kann. Oberflächenmodifizierte Nanopartikel, die beispielsweise mit SiO2 beschichtet wurden, zeichnen sich dagegen durch eine weiße Farbe aus, wodurch sie für eine Anwendung in den farblosen Haftmassen wesentlich besser geeignet sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Flächengebilde, insbesondere verwendbar als kaltfixierbarer Einlagestoff in der Textilindustrie mit einer Trägerlage aus einem textilen Material, auf welcher eine Haftmassenstruktur aufgebracht ist, die einen mikroverkapselten Haftklebstoff aufweist.
Unter Haftklebstoffen versteht man eine Klasse von Klebstoffen, die bereits bei Temperaturen < 80°C für Verklebungen genutzt werden können. Für die Kaltfixierung von Einlage- oder Futterstoffen in der Textilindustrie sind sie jedoch, wie oben dargelegt, nicht unmittelbar geeignet.
Der Haftklebstoff kann ein Haftklebstoff des Acrylat- Styrolacrylat-, Ethylen-Vinylacetat,- Butadien-Acrylat, SBR-, NBR- und/oder Polyurethan-Typs sein oder ein Gemisch aus den oben genannten Substanzen. Für den Haftklebstoff sind Acrylate zu bevorzugen, da sie eine ausgezeichnete Filmbildungseigenschaft haben und eine gute physikalische Wechselwirkung miteinander eingehen (filmbildend). Des Weiteren weisen sie neben einer hervorragenden Adhäsion auch eine gute Kohäsion auf, was sich positive auf die Wachbeständigkeit und die chemische Reinigungsbeständigkeit auswirkt.
Vorzugsweise ist der Haftklebstoff in der Haftmassenstruktur in einer Menge von 10 Gew.-% bis 99,9 Gew.-% enthalten. Zusätzlich kann die Haftmassestruktur übliche Komponenten, beispielsweise Füllstoffe, Vernetzer oder Teckifier enthalten.
Überraschend wurde erfindungsgemäß gefunden, dass die oben beschriebenen Nachteile von Haftklebstoffen ausgeglichen werden können, wenn durch eine Mikroverkapselung die oberflächliche Klebrigkeit der Haftklebstoffe verringert wird, während die Klebkraft im inneren der Mikrokapseln zumindest teilweise erhalten bleibt. Derart modifizierte Haftklebstoffe weisen keine oder nur eine deutlich verringerte Oberflächenklebrigkeit auf. Mit ihnen können aber durch Verpressen unter Druck, beispielsweise bei Drücken oberhalb von 2 bar, besonders bevorzugt bei Drücken oberhalb von 5 bar, insbesondere im Bereich von 5 bar bis 30 bar auch bei schonenden Temperaturen unterhalb von 80°C Verklebungen erreicht werden.
Mikroverkapselte Haftklebstoffe können durch die verschiedensten Verfahren zur Mikroverkapselung hergestellt werden. Hierdurch kann der Haftklebstoff in ein oberflächlich nicht oder nur in geringerem Maße klebriges Pulver überführt werden. Beispielsweise kann der oberflächlich klebrige Haftklebstoff mit Pudern oder dünnen Schichten umhüllt werden. Diese können aus nichtklebrigen Substanzen wie organischen, insbesondere polymeren, oder anorganischen Materialien bestehen.
Erfindungsgemäß bevorzugt liegt der mikroverkapselte Haftklebstoff in Form drucksensitiver Mikrokapseln vor. Zur Herstellung drucksensitiver Mikrokapseln sind dem Fachmann zahlreiche Verfahren bekannt, wie etwa die Herstellung mittels in-situ-Polymerisation, Präzipitation/Koazervation oder durch Sprühbeschichtung, wie etwa durch Wirbelschicht-Sprühgranulation. Besonders geeignet ist die Methode der Grenzflächenpolymerisation. Die Herstellung drucksensitiver Mikrokapseln mit diesem Verfahren wird beispielsweise in US3900669 beschrieben. Vorteilhaft ist, dass mit diesem Verfahren selektiv dünne, nicht klebrige Schichten auf den Oberflächen kleiner Tropfen flüssiger Substanzen, die in Form einer Öl-in-Wasser-Emulsion vorliegen, abgeschieden werden können. Dazu kann ein stufenpolymerisierendes Polymerisationssystem derart gewählt werden, dass eines von zwei Monomeren in der zu verkapselnden flüssigen Substanz löslich ist und ein geeignetes Comonomer in der kontinuierlichen wässrigen Phase. Die Nutzung dieses und weiterer Verfahren zur Mikroverkapselung von Haftklebstoffen auf Lösemittel-Basis wird beispielweise in der Patentschrift US5919407 beschrieben. Darin wird die Verwendung der mikroverkapselten Haftklebstoffe für Briefmarken und Briefumschläge genannt. Alternativ können zur Mikroverkapselung von Haftklebstoffen auch weitere, aus dem Stand der Technik bekannte Mikroverkapselungsverfahren verwendet werden.
Eine andere Möglichkeit zur oberflächlichen Inaktivierung eines Haftklebstoffs stellt die Verwendung von Plasmaprozessen dar. In ähnlicher Weise können abhängig vom verwendeten Klebstoffsystem ebenso Corona-, Flamm-, UV-, VUV- oder Laserprozesse verwendet werden. Somit wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Flächengebilde, insbesondere verwendbar als kaltfixierbarer Einlagestoff in der Textilindustrie mit einer Trägerlage aus einem textilen Material, auf welcher eine Haftmassenstruktur aufgebracht ist, wobei die Oberfläche der Haftmassenstruktur derart in einem Plasmaprozess behandelt wurde, dass die Oberfläche eine geringere Klebrigkeit aufweist als das Innere der Haftmassenstruktur.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch den Plasmaprozess eine Beschichtung auf die Oberfläche der Haftmassestruktur aufpolymerisiert. Als Ausgangsmaterial kann dabei vorteilhafter Weise ein polymerisierbares organisches und/oder metallorganisches Ausgangsmaterial in feinverteilter Form eingesetzt werden. Geeignete organische und/oder metallorganische Ausgangsmaterialien sind beispielsweise Hexamethylendisilazan, Ethylen, Acetylen, Tetraethoxysilan oder andere Tetraalkoxysilane, sowie Trialkoxyorganosilane mit einer zusätzlichen funktionellen Gruppe wie beispielsweise Aminopropyltriethoxysilan, Methacryloxypropyltriethoxysilan, Mercaptopropyltriethoxysilan oder Vinyltriethoxysilan.
Bei Verwendung von siliziumorganischen Verbindungen, wie Hexamethyldisiloxan, können durch den Plasmaprozess insbesondere SiOx-haltige Beschichtungen entstehen, die auf der Oberfläche des jeweiligen Substrats fest und dauerhaft haften können. Es wird angenommen, dass die Schichten zumindest teilweise mit der Substratoberfläche kovalent verbunden sind.
Typischerweise betragen die Schichtdicken der durch Plasmabeschichtung aufgetragenen Schichten, beispielsweise aus siliziumorganischen Materialien, bis zu 5000 nm, vorzugsweise jedoch 5 bis 1000 nm.
Das in Kontakt bringen der Oberfläche der Haftmassestruktur mit dem Ausgangsmaterial für den schichtbildenden Plasmaprozess kann auf die verschiedensten Weisen, beispielsweise durch Zusetzen des Ausgangsmaterials zu der Oberfläche der Haftmassestruktur in feinverteilter Form und anschließende Plasmabehandlung, durch Aussetzen der Oberfläche der Haftmassestruktur dem im Plasma vorliegenden Ausgangsmaterial, und/oder Tränken der Oberfläche der Haftmassestruktur mit dem Ausgangsmaterial und anschließende Plasmabehandlung erfolgen.
Dabei können unterschiedlichste Plasmaprozesse zum Einsatz kommen. Beispiele dafür sind Entladungen bei Atmosphärendruck, vorzugsweise aber bei Unterdruck, das heißt insbesondere bei einem Druck von 0,1 mbar bis 100 mbar.
Ein erfindungsgemäß geeigneter schichtbildender Plasmaprozess ist beispielsweise in der DE 10 2005 025 253 beschrieben. Gemäß der dort beschriebenen Lehre wird ein organisches polymeres Material – welches als der erfindungsgemäßen Haftmassenstruktur entsprechend angesehen werden kann – mit einem Plasma behandelt, welches ein siliziumorganisches Additiv aufweist. Auf der Oberfläche des polymeren Materials entsteht dadurch ein Überzug aus SiOx-Gruppen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Haftmassenstruktur eine Oberfläche auf, die durch einen nicht schichtbildenden Plasmaprozess in ihrer Klebrigkeit verringert wurde. Durch die Behandlung mit Plasmen in nicht schichtbildenden Prozessen können die oberflächennahen Schichten des behandelten Substrats ebenfalls durch den Energieeintrag derart beeinflusst werden, dass sie verglichen mit dem Inneren der Haftmassenstruktur eine verringerte Klebrigkeit aufweisen. Eine Verringerung der Oberflächenklebrigkeit kann dabei beispielsweise durch eine Nachvernetzung oder anderweitige Verhärtung der oberflächennahen Schichten erfolgen. Auch in dieser Ausführungsform der Erfindung können unterschiedlichste Plasmabehandlungen zum Einsatz kommen, wie Entladungen bei Atmosphärendruck, vorzugsweise aber bei Unterdruck, das heißt insbesondere bei einem Druck von 0,1 mbar bis 100 mbar.
Die vorgenannten erfindungsgemäßen Haftklebstoff aufweisenden Flächengebilde weisen keine oder nur eine deutlich verringerte Oberflächenklebrigkeit auf. Mit ihnen können aber durch Verpressen unter Druck, beispielsweise bei Drücken oberhalb von 2 bar, besonders bevorzugt bei Drücken oberhalb von 5 bar, insbesondere im Bereich von 5 bar bis 30 bar auch bei schonenden Temperaturen unterhalb von 80°C Verklebungen erreicht werden. Mithin eignen sie sich hervorragend als kaltfixierbare Einlagestoffe in der Textilindustrie.
Dabei ist unter dem Begriff „Kaltfixierung” erfindungsgemäß die Fixierung bei Temperaturen unterhalb der für thermoplastische Haftmassen üblichen Fixiertemperaturen zu verstehen, das heißt bei Temperaturen von unter 80°C, vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 15°C bis 60°C und insbesondere bei Raumtemperatur (19°C bis 25°C).
Die erfindungsgemäßen Flächengebilde umfassen eine Trägerlage. Die Auswahl des für die Trägerlage einzusetzenden textilen Materials erfolgt im Hinblick auf den jeweiligen Anwendungszweck bzw. die besonderen Qualitätsanforderungen. Geeignet sind zum Beispiel Gewebe, Gewirke, Gestricke oder dergleichen. Durch die Erfindung sind hier prinzipiell keinerlei Grenzen gesetzt. Der Fachmann kann hier leicht die für seine Anwendung geeignete Materialkombination auffinden. Vorzugsweise besteht die Trägerlage aus einem Vliesstoff.
Der Vliesstoff, aber auch die Fäden oder Garne der textilen Materialien können aus Chemiefasern oder aber auch aus Naturfasern bestehen. Als Chemiefasern kommen vorzugsweise Polyester-, Polyamid-, Celluloseregenerat- und/oder Bindefasern zum Einsatz, als Naturfasern Wolle- oder Baumwollfasern.
Die Chemiefasern können hierbei kräuselbar, gekräuselte und/oder ungekräuselte Stapelfasern, kräuselbare, gekräuselte und/oder ungekräuselte, direkt gesponnene Endlosfasern und/oder endliche Fasern, wie Meltblown-Fasern, umfassen. Die Trägerlage kann ein- oder mehrlagig aufgebaut sein.
Für die Herstellung des Vliesstoffs können die verschiedensten dem Fachmann bekannten Technologien eingesetzt werden. Das Verbinden der Fasern des Faserflors zu einem Vliesstoff kann hierbei mechanisch (konventionelles Vernadeln, Wasserstrahltechnik), mittels eines Bindemittels oder thermisch erfolgen. Hierbei reicht allerdings eine moderate Vliesstofffestigkeit der Trägerlage vor dem Bedrucken aus, da die Trägerlage beim Bedrucken mit dem Gemisch aus Bindemittel und thermoplastischem Polymer noch zusätzlich mit Bindemittel beaufschlagt und verfestigt wird. Für die moderaten Vliesstofffestigkeiten können auch kostengünstige Faserrohstoffe eingesetzt werden, vorausgesetzt, dass diese die Anforderungen an den Griff erfüllen. Auch kann die Prozessführung vereinfacht werden.
Im Falle der Verwendung von Stapelfasern ist es vorteilhaft, diese mit mindestens einer Krempel zu einem Faserflor zu kardieren. Bevorzugt ist hier eine Wirrlegung (Random-Technologie), doch auch Kombinationen aus Längs- und/oder Querlegung bzw. noch kompliziertere Krempelanordnungen sind möglich, wenn spezielle Vliesstoffeigenschaften ermöglicht werden sollen bzw. wenn mehrlagige Faserstrukturen gewünscht werden.
Besonders geeignet für Einlagestoffe sind Fasern mit einem Fasertiter bis 6,7 dtex. Gröbere Titer werden aufgrund ihrer großen Fasersteifigkeit normalerweise nicht eingesetzt. Bevorzugt sind Fasertiter im Bereich von 1,7 dtex bis 6,7 dtex, doch auch Mikrofasern mit einem Titer < 1 dtex sind denkbar.
Das Aufbringen der Haftmassenstruktur auf die Trägerlage kann auf die verschiedenen eingangs genannten Arten und Weisen erfolgen. Als besonders geeignet hat sich hierbei das Doppelpunktverfahren, das Puderpunktverfahren und das Streu- bzw. Hotmeltverfahren erwiesen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer nicht beschränkender Beispiele näher erläutert.
Beispiele
Die Beispiele 1 und 2 stellen Machbarkeitsversuche zum induktiven Erwärmen einer Haftmasse dar. Da ein Induktor für textile Flächenware deutlich aufwendiger in der Herstellung ist, wurden die Versuche in Bechergläsern durchgeführt. Eine Übertragung auf Flächenware ist technisch jedoch problemlos möglich.
Beispiel 1: Induktive Erwärmung einer Haftmasse aus Polyamidpulver und Magnetitnanopulver
In ein 150 ml-Becherglas (Durchmesser: 54 mm, Höhe: 95 mm) wurden 50 ml eines Gemisches aus einem thermoplastischen Polyamidpulver (GRILTEX D 1834A P82, Schmelzbereich: 75°C bis 135°C, Lieferant: EMS-GRILTECH) und einem superparamagnetischen Magnetitnanopulver (Lieferant: Ionic Liquids Technologies GmbH, Teilchengröße: 20 bis 30 nm) eingefüllt. Der Anteil an Magnetitnanopulver im Gemisch betrug 10 Gew.-%. Für die induktive Erwärmung wurde ein an das Becherglas angepasster, wassergekühlter Induktor gebaut, der einen Innendurchmesser von 58 mm und eine Höhe von 80 mm besitzt.
Der Induktor wurde so konzipiert, dass das Pulver bei einer Befüllung des Becherglases mit 100 ml Pulvergemisch im Hauptbereich des Magnetfeldes liegt, um optimal an das Magnetfeld der Spule anzukoppeln. Der Induktor wurde direkt an die Kompensationseinheit eines HF-Generators angebracht, der über eine Leistung von maximal 25 kW und einen Frequenzbereich von 500 kHz bis 1,2 MHz verfügt.
Die Temperatur wurde während des Versuchs mittels einer IR-Kamera aufgezeichnet. Zusätzlich wurde die Temperatur der Schmelze nach Abschaltung der Leistung mittels eines Thermoelements überprüft.
Der Versuch zum induktiven Schmelzen des Polyamidpulver/Magnetitnanopulver-Gemisches wurde bei einer Leistung von 3000 W und einer Frequenz von 988 kHz durchgeführt. Es zeigte sich, dass das Material ankoppelt, aber es einen gewissen „Startprozess” benötigt, bevor die Haftmasse Leistung aufnimmt und durchschmilzt. Der zeitlicher Verlauf der Temperatur des Gemisches aus Polyamidpulver und Magnetitnanopulver, gemessen mittels einer IR-Kamera ist in 1 dargestellt.
Zum Schmelzen der Haftmasse war insgesamt eine Erwärmungszeit von 39,5 Sekunden notwendig, wobei die Startphase 32,4 Sekunden betrug. In dieser Zeit stieg die Temperatur der Haftmasse von ca. 33,2°C auf maximal 101,8°C an. Nach Ablauf dieser Startphase nimmt die Haftmasse stärker Leistung auf, wodurch die Temperatur innerhalb von 1,9 Sekunden auf 162,5°C ansteigt und die Haftmasse vollständig aufschmilzt.
Beispiel 2: Induktive Erwärmung einer Haftmasse aus Polyamidpulver und Magnetitnanopulver
Um den, in Beispiel 1 beobachteten, Startprozess schneller zu initiieren, wurde bei diesem Versuch zunächst eine Vorerwärmung der Probe mit 100% der maximalen Umrichtspannung durchgeführt, was eine Leistungsaufnahme des Haftmassengemisches von 2000 W zu Beginn des Startprozesses und rund 3500 W am Ende des Startprozesses ergab. Anschließend wurde die vorerwärmte Probe mit reduzierter Spannung (50% der maximalen Umrichtspannung) aufgeschmolzen, was eine Leistungsaufnahme der Schmelze von rund 2000 W ergab. Hierdurch ließ sich die Startprozesszeit auf 10 Sekunden verkürzen. Die endgültige Zeit zum vollständigen Aufschmelzen des Haftmassengemisches betrug 25 Sekunden (siehe ). Die Maximaltemperatur während des Aufschmelzens wurde mittels IR-Kamera zu 166,9°C bestimmt.
In 2 ist der zeitliche Verlauf der Temperatur des Gemisches aus Polyamidpulver und Magnetitnanopulver, gemessen mittels einer IR-Kamera, dargestellt.
Die Beispiele 3, 4 und 5 stellen Machbarkeitsversuche zum oberflächlichen Inaktivieren von Haftmassen mittels Mikroverkapselung sowie nach Aufbringen auf einen Vliesstoff mittels Niederdruck-Plasma-Verfahren dar.
Beispiel 3: Mikroverkapselung einer Haftmasse in o/w-Emulsion
Zur Herstellung der Ölphase wurden 14,88 g eines handelsüblichen lösemittelbasierten Haftklebstoffs auf Basis eines Triblock-Styrol-Isopren-Styrol-Synthesekautschuks mit ca. 46% Feststoffgehalt mit 0,89 g Diethyhmethyhbenzohdiamin (Lonzacure^TM DETDA) in einem Becherglas homogen vermischt. Als Lösungsvermittler wurde 1,00 g Xylol zugegeben. Es resultierte eine homogene Mischung.
Parallel wurde eine 2 Gew.-%ige Lösung von Polyvinylalkohol (PVA, Molmasse ca. 72.000 g/mol) hergestellt. Dazu wurde PVA bei RT unter starkem Rühren mittels einer Dissolverscheibe in entsalztes Wasser eingerieselt und bei 2000 U/min homogenisiert, bis eine homogene Lösung entstanden war. In einem 1000 ml-Rundkolben wurden 120 g der PVA-Lösung vorgelegt und 2,45 g Tamol SN zugegeben und unter Rühren gelöst. Zu dieser Dispergatorlösung wurde im Anschluss die Ölphase gegeben. Die Mischung wurde mittels eines Magnetrührer vorgemischt und die Rohemulsion dann mittels eines IKA Ultraturrax T25 für 5 Minuten bei 24.000 U/min homogenisiert. Zu der Emulsion wurden bei Umgebungstemperatur mittels einer Spritze 1,95 g Easaqua XM 501 unter Rühren zugegeben. Danach wurde der Kolben mittels eines großen, eiförmigen Magnetkerns für 3 Stunden bei 70°C und im Anschluss über Nacht bei Umgebungstemperatur weiter gerührt. Die erhaltene Dispersion wurde mit einem Mini Spray Dryer B-290 der Firma Büchi bei einer Inlet-Temperatur von 90°C und einer Aspiratorleistung von 90% sprühgetrocknet. Es resultierte ein weißes, rieselfähiges Pulver. Die Charakterisierung mittels Rasterelektronenmikroskop (REM; Sekundärelektronendetektor bei 30 kV Beschleunigungsspannung) ergab Kapselgrößen im Bereich von < 40 μm Durchmesser.
In 3 ist eine REM-Aufnahme des mikroverkapselten Haftklebstoffs dargestellt.
Auf einen grauen Vliesstoff aus silikonisiertem Polyethylen wurden 20 g/qm des Pulvers aus mikroverkapseltem Haftklebstoff aufgerieselt und mit einem Oberstoff aus einem Polyester-Baumwolle-Mischgewebe bei Raumtemperatur für 30 s bei 30 bar Druck verpresst. Aus dem Verbund wurden Streifen von 3 cm mal 15 cm ausgestanzt und deren Haftkraft im Zugversuch (23°C, 51% rel. Feuchte, 100 mm/min) bestimmt. Es waren Haftkräfte im Bereich 0,1–0,2 N/3 cm messbar.
Beispiel 4: Oberflächliche Inaktivierung einer Haftmasse durch einen schichtbildenden Plasma-Prozess
Ein handelsüblicher acrylatbasierter Haftklebstoff wurde mittels Rotationssiebdruck in einem regelmäßigen Punktmuster (CP100–CP200) auf einen Vliesstoff aus Polyamid- und Polyethylen-Fasern aufgebracht. Der Vliesstoff wurde in geeigneter Weise zugeschnitten (DIN A4) und in eine Plasmaanlage CVD-Domino der Fa. Plasma-Electronic gegeben. Bei einem Prozessdruck zwischen 0,5 bis 5 Pa wurden der silanhaltige Percursor Hexamethyldisiloxan (HMDSO) sowie als Trägergas Argon, ggf. unter Zugabe geringer Mengen Sauerstoff, eingeleitet. Nach einer Homogenisierungszeit von etwa 60 s wurde das Plasma mit einer Leistung von etwa 300 W gezündet und die Vliesstoff-Zuschnitte in der Plasmaanlage für etwa 600–1300 s mit einem SiOx-Plasmapolymer beschichtet. Nach der Plasma-Beschichtung wiesen die Punkte des Haftklebstoffs eine deutlich reduzierte Oberflächenklebrigkeit auf. Der Vliesstoff mit der im Niederdruck-Plasma beschichteten Haftmasse wurde mit Oberstoff aus einem Polyester-Baumwolle-Mischgewebe bei Raumtemperatur für 12 s unter 2,5 bar Druck verpresst. Aus dem Verbund wurden Streifen von 3 cm mal 15 cm ausgestanzt und deren Haftkraft im Zugversuch (23°C, 51% rel. Feuchte, 100 mm/min) bestimmt. Es waren Haftkräfte im Bereich 0,01–0,02 N/3 cm messbar.
Beispiel 5: Oberflächliche Inaktivierung einer Haftmasse durch einen nicht schichtbildenden Plasma-Prozess
Ein handelsüblicher acrylatbasierter Haftklebstoff wurde mittels Rotationssiebdruck in einem regelmäßigen Punktmuster (etwa CP100–CP200) auf einen Vliesstoff aus Polyamid- und Polyethylen-Fasern aufgebracht. Der Vliesstoff wurde in geeigneter Weise zugeschnitten (DIN A4) und in eine Zwei-Kammer-Plasmaanlage Piccolo der Fa. Plasma-Electronic gegeben. Bei einem Prozessdruck zwischen 0,5 bis 5 Pa wurde als Trägergas Argon eingeleitet. Das Plasma wurde mit einer Leistung von etwa 400 W gezündet und die Vliesstoff-Zuschnitte in der Plasmaanlage für etwa 300 s behandelt. Nach der Plasma-Beschichtung wiesen die Punkte des Haftklebstoffs eine deutlich reduzierte Oberflächenklebrigkeit auf. Der Vliesstoff mit der im Niederdruck-Plasma behandelten Haftmasse wurde mit Oberstoff aus einem Polyester-Baumwolle-Mischgewebe bei Raumtemperatur für 12 s unter 2,5 bar Druck verpresst. Aus dem Verbund wurden Streifen von 3 cm mal 15 cm ausgestanzt und deren Haftkraft im Zugversuch (23°C, 51% rel. Feuchte, 100 mm/min) bestimmt. Es waren Haftkräfte im Bereich 0,01–0,02 N/3 cm messbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19614136 A [0032]
DE 19726282 A [0032]
US 3900669 [0040]
US 5919407 [0040]
DE 102005025253 [0047]

Claims

Flächengebilde, insbesondere verwendbar als fixierbarer Einlagestoff in der Textilindustrie, mit einer Trägerlage aus einem textilen Material, auf welcher eine thermoplastische Haftmassenstruktur aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftmassenstruktur einen magnetischen Stoff aufweist und dadurch induktiv erwärmbar ist.
Flächengebilde nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Stoff ein ferrimagnetischer, ein ferromagnetischer und/oder ein superparamagnetischer Stoff ist.
Flächengebilde nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass magnetische Stoff ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kobalt, Eisen, Nickel oder deren Legierungen sowie Metalloxide vom Typ n-Maghemit (γ-Fe₂O₃), n-Magnetit (Fe₃O₄), Ferrite von der allgemeinen Formel MeFe₂O₄, wobei Me für zweiwertige Metalle aus der Gruppe Kupfer, Zink, Kobalt, Nickel, Magnesium, Calcium oder Cadmium steht und Gemischen hiervon.
Flächengebilde nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der ferrimagnetische, der ferromagnetische und/oder der superparamagnetische Stoff in der Haftmassenstruktur in einer Menge von 2 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 2,5 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Haftmassenstruktur enthalten ist.
Flächengebilde nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Stoff in Form von Nanopartikeln mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von weniger als 100 nm vorliegt.
Flächengebilde nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel eine Beschichtung aufweisen, um eine unerwünschte Färbung und/oder eine Agglomeration der Nanopartikel zu vermeiden
Flächengebilde nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Haftmassenstruktur Polyamide (PA), Copolyamide, Polyester (PES), Copolyester, Ethylvinylacetat (EVA) und dessen Copolymere (EVAC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), amorphe Polyalphaolefine (APAO), Polyurethane (PU) aufweist.
Flächengebilde, insbesondere verwendbar als kaltfixierbarer Einlagestoff in der Textilindustrie mit einer Trägerlage aus einem textilen Material, auf welcher eine Haftmassenstruktur aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftmassenstruktur einen mikroverkapselten Haftklebstoff aufweist.
Flächengebilde nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mikroverkapselte Haftklebstoff in Form drucksensitiver Mikrokapseln vorliegt.
Flächengebilde, insbesondere verwendbar als kaltfixierbarer Einlagestoff in der Textilindustrie mit einer Trägerlage aus einem textilen Material, auf welcher eine Haftmassenstruktur aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Haftmassenstruktur derart in einem Plasmaprozess behandelt wurde, dass die Oberfläche der Haftmassenstruktur eine geringere Klebrigkeit aufweist als das Innere der Haftmassenstruktur.
Flächengebilde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Haftmassenstruktur eine in einem Plasmaprozess aufpolymerisierte Beschichtung aufweist.
Flächengebilde nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung Siliziumoxid-Gruppen enthält.
Flächengebilde nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke im Bereich von 5 bis 1000 nm aufweist.
Flächengebilde, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Haftmassenstruktur durch einen nicht schichtbildenden Plasmaprozess in ihrer Klebrigkeit verringert wurde.
Verwendung eines Flächengebildes nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche als fixierbarer Einlagestoff in der Textilindustrie.