DE102017109453A1

DE102017109453A1 - Verfahren zur Herstellung eines atmungsaktiven mehrschichtigen Kunstleders

Info

Publication number: DE102017109453A1
Application number: DE102017109453.9A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Neumann; Birgit Kammerer; Klaus Wagner
Original assignee: HORNSCHUCH AG K; Konrad Hornschuch AG
Current assignee: HORNSCHUCH AG K; Konrad Hornschuch AG
Priority date: 2017-05-03
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2018-11-08
Also published as: WO2018202381A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines atmungsaktiven mehrschichtigen Kunstleders mit einer Trägerschicht (8), mindestens einer auf die Trägerschicht (8) aufgebrachten Zwischenschicht (6, 7) auf Basis eines zumindest teilweise offenzelligen Polyurethanschaumes sowie einer auf die mindestens eine Zwischenschicht (6, 7) vollflächig aufgebrachten porösen Deckschicht (5) auf Basis einer wässrigen Polyurethandispersion, wobei in einem ersten Schritt die wässrige Polyurethandispersion auf eine ablösbare Unterlage aufgebracht und unter Wärmezufuhr der Wassergehalt derselben verdampft und die Deckschicht (5) gebildet wird, nachfolgend die mindestens eine Zwischenschicht (6, 7) auf die Deckschicht (5) aufgebracht und anschließend die Trägerschicht (8) auf die mindestens eine Zwischenschicht (6, 7) aufgelegt und dann die Unterlage von der Deckschicht gelöst wird, wobei die wässrige Polyurethandispersion zur Bildung der Deckschicht (5) aus Basiskomponenten, umfassenda) High-Solid-Polyurethan mit mindestens 80% Feststoffgehalt,b) ionische und/oder nicht-ionische Seifen,c) mindestens einen Vernetzer, undd) Wasser als streichfähige Masse bereitgestellt und auf die Unterlage zur Bildung der Deckschicht (5) aufgestrichen wird und während einer Zeitdauer von 15 bis 240 s bei 120 bis 240° C getrocknet und ausgehärtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines atmungsaktiven mehrschichtigen Kunstleders mit einer Trägerschicht, mindestens einer auf die Trägerschicht aufgebrachten Zwischenschicht auf Basis eines zumindest teilweise offenzelligen Polyurethanschaumes sowie einer auf die mindestens eine Zwischenschicht vollflächig aufgebrachten porösen Deckschicht auf Basis einer wässrigen Polyurethandispersion, wobei in einem ersten Schritt die wässrige Polyurethandispersion auf eine ablösbare Unterlage aufgebracht und unter Wärmezufuhr der Wassergehalt derselben verdampft und die Deckschicht gebildet wird, nachfolgend die mindestens eine Zwischenschicht auf die Deckschicht aufgebracht und anschließend die Trägerschicht auf die mindestens eine Zwischenschicht aufgelegt und dann die Unterlage von der Deckschicht gelöst wird.
Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kunstleders ist aus der WO 2008/017446 A1 bekannt, bei welchem die Polyurethandispersion zur Ausbildung der Deckschicht auf eine Unterlage aufgesprüht wird und die Sprühtropfen schlagartig und verfilmungsfrei getrocknet werden, wobei Poren ausgebildet werden, die der Deckschicht Atmungsaktivität verleihen. Nachfolgend wird auf die solchermaßen gebildete Deckschicht mindestens eine geschäumte Zwischenschicht aus PU sowie eine textile Trägerschicht aufgebracht und der Verbund von der Unterlage gelöst. Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist der hohe Anlagenaufwand zum Aufsprühen der die Deckschicht bildenden Polyurethandispersion sowie der beim Sprühen unvermeidlich auftretende Materialverlust durch Overspray. Ferner ergeben sich bei aufgesprühten und eingefärbten Polyurethandispersionen häufig Farbstreifen sowie Probleme mit Farbstabilität, die außerordentlich unerwünscht sind.
Aus dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, an sich nicht atmungsaktive Filme auf Basis von PVC zum Beispiel mittels Nadelung atmungsaktiv auszugestalten, d.h. die Poren werden mechanisch eingebracht.
Aus der DE 1 960 992 A1 ist es bekannt, ein atmendes, mikroporöses Folienmaterial aus einem Polymergemisch, umfassend Polyurethanelastomere und Polyvinylchlorid herzustellen, indem das Polymer in einem organischen Lösungsmittel gelöst in dünner Schicht auf einem Substrat aufgetragen wird, dessen Substratoberfläche mit einem Fällungsmittel befeuchtet ist und die Unterseite des so beschichteten Substrates mit einem porösen Träger, der seinerseits mit Fällungsmittel befeuchtet ist, so lange in Berührung gebracht wird, bis das Polymer auf der Oberfläche des Substrats in Form einer im Wesentlichen von Makrohohlräumen freien mikroporösen Schicht ausgefällt ist. Das bekannte Verfahren ist damit nicht nur anlagentechnisch extrem aufwendig und wenig leistungsfähig, sondern erscheint auf wegen des vorzugsweise verwendeten Lösungsmittels Dimethylformamid unter dem Gesichtspunkt des Gesundheits- und Umweltschutzes als verbesserungswürdig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines atmungsaktiven Films auf Basis von PU vorzuschlagen, welches sich durch einfache Verfahrensführung insbesondere auch auf bereits vorhandenen Anlagen auszeichnet und weitgehend ohne gesundheits- und umweltgefährdende Lösemittel auskommt sowie die Nachteile des Sprühens mit einhergehender Oversprayverlusten umgeht.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die wässrige Polyurethandispersion so auszubilden, dass sie als streichfähige Masse bereitgestellt wird und insofern durch einen Streichprozess aufgetragen werden kann, wobei beim Trocknen und Vernetzen der Polyurethandispersion zur Deckschicht in-situ die gewünschten Poren ausgebildet werden.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren sieht vor, dass die wässrige Polyurethandispersion zur Bildung der Deckschicht aus Basiskomponenten, umfassend

a) High-Solid-Polyurethan mit mindestens 80% Feststoffgehalt,
b) ionische und/oder nicht-ionische Seifen,
c) mindestens einen Vernetzer, und
d) Wasser

Unter einem erfindungsgemäßen High-Solid-Polyurethan wird ein Polyurethan-Precursor mit reaktiven Seitengruppen, z. B. Isocyanat verstanden, die in blockierter oder unblockierter Form vorliegen können und einen Feststoffgehalt von mindestens 80 %, idealerweise bis zu 100 % aufweisen.
Erfindungsgemäß werden innerhalb der auf der Unterlage gebildeten Deckschicht von der einen zur anderen Oberfläche der Deckschicht verlaufende Poren selbsttätig gebildet werden, die der Deckschicht die gewünschte Atmungsaktivität verleihen.
Wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher, dass sämtliche zur Herstellung der Deckschicht benötigen Ausgangsmaterialien beispielsweise in einem gemeinsamen Behältnis zunächst zu einer pastösen streichfähigen Masse vermischt, beispielsweise verrührt werden, die pastöse Masse sodann auf eine geeignete, nachfolgend noch erläuterte Unterlage aufgebracht wird und sodann die pastöse Masse auf der Unterlage lediglich durch Wärmezufuhr getrocknet und ausgeliert oder zur Reaktion gebracht wird, wobei sich die Deckschicht ausbildet und wobei während der Deckschichtausbildung in situ auch die gewünschten Poren für die Herstellung der atmungsaktiven Eigenschaft der Deckschicht ausgebildet werden.
Die Erfindung nutzt für die vorangehend beschriebene selbsttätige Porenausbildung des Deckschicht während des Trocknens, Reagierens und Ausgelierens der pastösen Masse unter Wärmezufuhr den Effekt, dass sich die pastöse Masse aus an sich chemisch nicht kompatiblen Fraktionen, nämlich High-Solid-Polyurethan einerseits und wässrigen Seifen andererseits zusammensetzt. Während der Trocknung und des Ausgelierens der pastösen Masse bilden sich an den jeweiligen Phasen- bzw. Korngrenzen dieser inkompatiblen Fraktionen zusammenhängende Öffnungen bzw. Kanäle aus, die von der einen bis zur anderen Oberfläche der Deckschicht durchgängig verlaufen, mithin Poren in der Deckschicht ausbilden und überdies durch entsprechende Einstellungen der Verfahrenskomponenten und Verfahrensführung, wie nachstehend noch erläutert, hinsichtlich ihrer Größe beinflussbar und einstellbar sind.
Dies wird dadurch bewirkt, dass sich hydrophile Anteile der als Basiskomponente enthaltenen Seife zu den Wasseranteilen hin anordnen und die hydrophoben Anteile zum High-Solid-Polyurethan hin orientiert sind. Beim Trocknen der aufgestrichenen Polyurethandispersion und der ablaufenden Vernetzungsreaktion öffnen die Verbindungen und die gewünschten Poren entstehen in-situ, ohne dass es einer mechanischen Einwirkung bedarf.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, ein atmungsaktives Kunstleder auf Basis von PU herzustellen, da erfindungsgemäß die Schichten ohne Zugabe eines gesundheits- oder umweltbedenklichen Lösungsmittels gebildet werden.
Für die Ausbildung der streichfähigen wässrigen Polyurethandispersion kann den Basiskomponenten neben der ohnehin vorhandenen Hydrathülle der eingesetzten Seifen ein gewisser Anteil Wasser zugesetzt sein, um die Viskosität der pastösen Masse einzustellen. Insgesamt ist ein Wassergehalt von 1 bis 10 % bezogen auf die Summe der Basiskomponenten bevorzugt. Dieser wässerige Anteil beeinflusst überdies die erfindungsgemäß ausgenutzte Porenbildung während des Trocknens der Polyurethandispersion zur Ausbildung der porösen Deckschicht positiv.
Nach einem Vorschlag der Erfindung können als eine Basiskomponente zur Ausbildung der Deckschicht ein aliphatische und/oder aromatische High-Solid-Polyurethane, Polyurethan-Ester, -Ether oder -Carbonat vorgesehen sein. Auch Abmischungen der vorgenannten PU-Typen sind im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzbar. Unter einem High-Solid-Polyurethan wird ein Polyurethan mit einem Feststoffgehalt von mindestens 80% verstanden.
Beispiele einsetzbarer High-Solid-Polyurethane umfassen Impranil® HS 85 und HS 80 der Covestro AG, sowie entsprechende High-Solid- Polyurethane der Novotex Italiana S.p.A. und der BASF SE.
Die als weitere Basiskomponente eingesetzte ionische und/oder nicht-ionische Seife kann nach einem Vorschlag der Erfindung insbesondere sulfatbasierte Seifen umfassen. Als Beispiele können Texapon® N70 der BASF SE (Natriumlaurylethersulfat) und RE-WOPOL® B 1003 (Sulfoccinamid) der Evonik AG sowie Stokal STA der Bozzetto Group genannt werden. Als Beispiel für eine nicht-ionische Seife können Polysorbate, z. B. TWEEN® 20 der Merck KGaA genannt werden.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind die Anteile der Basiskomponenten so gewählt, dass etwa 50 bis 98,9 Teile High-Solid-Polyurethan, 0,1 bis 40 Teile Seifen und 1 bis 20 Teile Vernetzer verwendet werden, wobei die Summe der Teile an High-Solid-Polyurethan, Seifen und Vernetzern insgesamt 100 Teile beträgt und durch Zugabe von Wasser auf einen Gesamtwassergehalt von etwa 0,5 bis 10 % eingestellt werden.
Darüber hinaus können der wässrigen Polyurethandispersion zur Bildung der Deckschicht noch Hilfs- und Zusatzstoffe, ausgewählt aus Füllstoffen, Weichmachern, Stabilisatoren, Kickern, Silikonen, Flammschutzmitteln, Additiven und/oder Pigmenten zugefügt werden. Die entsprechenden Mengenanteile obliegen insoweit keinen generellen Beschränkungen.
Da die erfindungsgemäß vorgeschlagene wässrige Polyurethandispersion zur Bildung der Deckschicht streichfähig ist und vorzugsweise auf die Unterlage aufgerakelt oder aufgestrichen wird, entstehen auch bei hoher Pigmentbeladung und entsprechend starker Einfärbung keine unerwünschten Streifen oder Schattierungen. Auch ein Rasterdruck als Auftragsverfahren ist möglich.
Als Füllstoffe kommen nach einem Vorschlag der Erfindung Calciumcarbonat, Cellulose, insbesondere Arbocel-Typen, Calciumsulfat, Bariumsulfat, Siliziumdioxid, wie TS 100, Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid / -hydroxid, Zinkoxid / -bromid, Boride und Stanate sowie gemahlene thermoplastische Polyurethane mit einer Partikelgröße zwischen 0,1µm bis zu 100µm in Betracht.
Die Auswahl der für die Anwendung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Weichmacher unterliegt ebenso wie die der Füllstoffe keiner generellen Beschränkung. Beispielsweise können als Weichmacher Phtalate, Adipate, Sebacate, Citrate, 1,2-Cyclohexandicarbonsäurediisononylester, wie DINCH, Dioctylterephthalat - 5 - (DOTP), Epoxidweichmacher, Oligoglykol- oder Polyethylenglykol-basierte Weichmacher, Rizinusöl-basierte Weichmacher, Polymerweichmacher, Phosphatweichmacher, chlorierte und bromierte Weichmacher, Sulfatweichmacher und ionische Flüssigkeiten vorgesehen werden.
Als Vernetzer der zur Bildung der Deckschicht vorgesehenen wässrigen Polyurethandispersion kommen beispielsweise Isocyanate, Aceridine, Carbodiimide, Melamine und Peroxide in Betracht.
Als Stabilisatoren/Kicker kommen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens solche basierend auf Barium, Calcium, Zink, Magnesium und/oder Aluminium in Betracht, ferner Phenole, UV-Stabilisatoren, insbesondere HALS, Nano-Titanoxide, β-Diketone, Epoxid-basierte Stabilisatoren und/oder Amin-basierte Stabilisatoren.
Weiterhin können Flammschutzmittel den Basiskomponenten hinzugefügt werden, wobei Antimonoxid, Aluminiumhydroxid, Hydrotalcid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Zinkborat, verschiedene Phosphate, wie Ammoniumphosphat sowie bromierte und chlorierte Weichmacher exemplarisch genannt seien.
Je nach Anwendungsfall können überdies Silikone, wie platinkatalysierte vernetzende Silikone oder kondensationsreaktionsbasierte vernetzende Silikone der Polyurethandispersion zur Bildung der Deckschicht zugegeben werden.
Als Additive können den Basiskomponenten erfindungsgemäß ferner Entschäumer, rheologische Additive, wie Verdicker und Viskositätserniedriger, Nanoröhren, Quantumdots und dergleichen mehr vorgesehen sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine im Streichverfahren verarbeitbare Deckschicht mit kompakter, d.h. ungeschäumter Struktur herzustellen.
Bei wässriger Masse ist zusätzlich die Möglichkeit des mechanischen Schäumens gegeben, so dass auch möglich ist, eine solche Deckschicht mit einer Schaumstruktur herzustellen.
Die Schaumstruktur des erfindungsgemäßen Films kann einerseits durch Herstellen eines Schlagschaums aus der wässrigen Polyurethandispersion vor deren Aufbringen auf die Unterlage erzeugt werden oder aber der wässrigen Polyurethandispersion werden auch Treibmittel, wie Azodicarbonamid, Mikrosphären, Silicagel, Natriumcarbonat, Dinatriumcarbonat und dergleichen mehr hinzugegeben, die beim Trocknen und Ausgelieren die Zellstruktur des Schaumes ausbilden.
Darüber hinaus kann die wässrige Polyurethandispersion auch Pigmente, beispielsweise organische aber auch anorganische Pigmente, Metallicpigmente, Iriodine und dergleichen mehr umfassen.
Erfindungsgemäß erfolgt das Trocknen und Ausgelieren der auf die Unterlage aufgestrichenen wässrigen Polyurethandispersion zur Deckschicht im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens unter einer Wärmezufuhr bei Temperaturen zwischen 120°C und 240°C.
Eine hinsichtlich der Produktionseffizienz besonders bevorzugte kontinuierliche Herstellung sieht dabei vor, die wässrige Polyurethandispersion zur Ausbildung der Deckschicht nach dem Aufbringen auf der Unterlage zum Beispiel mittels eines Reverse- oder Rollcoaters oder mittels Rakeln gemeinsam mit der Unterlage durch einen Trockenofen laufen zu lassen, der zur Sicherstellung einer ausreichenden Trocknungsdauer von 15 bis 240 s eine entsprechende Länge von 10 bis 40 m und eine Geschwindigkeit von 3 bis 50 m/min aufweisen sollte. Auch kann die Wärmezufuhr mittels Mikrowellenstrahlung und dergleichen bewirkt werden.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können Kunstleder mit einer atmungsaktiven Deckschicht auf Basis von PU hergestellt werden, die Poren eines mittleren Porendurchmessers von 0,2 µm bis 1 mm in der Deckschicht aufweisen.
Derartig hergestellte atmungsaktive Deckschichten weisen sodann eine Gasdurchlässigkeit im Bereich von 1 bis 200 I dm^-2 min^-1, Wasserdampfdurchlässigkeiten im Bereich von 0,1 bis 200 mg cm^-2 h^-1 und Wasserundurchlässigkeiten im Bereich von 2 bis 80 m² pa^-1 w^-1 auf.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, atmungsaktive Deckschichten mit Flächengewichten im Bereich von 10 bis 1000 g/m² auf einfache Weise herzustellen.
Die Porengröße und die daraus resultierende Atmungsaktivität kann durch Beeinflussung von Rezepturparametern der wässrigen Polyurethandispersion, wie Viskosität, Füllstofftyp und -gehalt, eingesetzte PU-Type, Weichmachertyp und -gehalt in weiten Grenzen eingestellt werden.
Auch die übrigen verwendeten Schichten des erfindungsgemäß hergestellten Kunstleders, d.h. die mindestens eine geschäumte Zwischenschicht und die Trägerschicht sind porös und damit atmungsaktiv.
Nachdem in der vorangehend geschilderten Weise die Deckschicht durch verfilmungsfreie Trocknung der aufgebrachten Polyurethandispersion vollflächig auf der Unterlage erzeugt worden ist, wird mindestens eine Zwischenschicht in Form eines offenporigen Polyurethan-Schaumes auf die Deckschicht bzw. im Falle mehrerer Zwischenschichten auf die zuvor aufgebrachte Zwischenschicht aufgebracht, und zwar bevorzugt aufgerakelt.
Dafür können ebenfalls die für die Herstellung der wässrigen Polyurethandispersion zur Ausbildung der Deckschicht verwendeten Basiskomponenten verwendet werden und mit Schaumstabilisatoren zur Erzielung eines offenzelligen Schaumes, ggf. Flammschutz und weiteren Additiven gemischt und mit Luft auf das gewünschte Schaumgewicht aufgeschlagen werden, sodass ein Schlagschaum gebildet wird, der streichfähig ist.
Alternativ zur Herstellung der mindestens einen Zwischenschicht aus einem mechanisch erzeugten Schlagschaum kann auch eine chemisch, d.h. unter Einsatz eines chemischen Treibmittels getriebene wässrige Polyurethandispersion für die Bildung der mindestens einen Zwischenschicht verwendet werden.
Das Schaumgewicht der mindestens einen Zwischenschicht beeinflusst hierbei die Luftdurchlässigkeit und mechanische Stabilität des erhaltenen Kunstleders.
Aufgrund der Verwendung mindestens einer geschäumten Polyurethan-Zwischenschicht wird beim erfindungsgemäßen atmungsaktiven Kunstleder eine weitgehende Unabhängigkeit vom eingesetzten Trägermaterial erreicht, da die geschäumte Zwischenschicht stets gute Verbindung zwischen Trägermaterial und Deckschicht herstellt.
Wenn lediglich eine Zwischenschicht verwendet wird, weist diese bevorzugt ein Schaumgewicht von 200 bis 900 g/l vorzugsweise 300 bis 800 g/l und weiter bevorzugt 500 bis 700 g/l auf und wird in einer Dicke von 50 bis 1000 µm auf die Deckschicht aufgerakelt.
Werden hingegen zwei Zwischenschichten aufeinander folgend auf die Deckschicht bzw. die erste erstellte Zwischenschicht aufgerakelt, so hat bevorzugt diejenige Zwischenschicht, die direkt auf die Deckschicht aufgerakelt wird, ein höheres Schaumgewicht als die darauf aufgebrachte zweite Zwischenschicht, die auch als Kaschierstrich bezeichnet werden kann.
In einem solchen Falle weisen die beiden Zwischenschichten bevorzugt, aber nicht notwendigerweise gleiche Dicken auf, wobei ein Dickenbereich von 60 bis 800 µm für die Zwischenschichten sinnvoll erscheint.
Die auf die Deckschicht aufgerakelte erste Zwischenschicht weist sodann bevorzugt ein Schaumgewicht von 300 bis 800 g/l, vorzugsweise 500 bis 700 g/l und die zweite Zwischenschicht als Kaschierstrich ein Schaumgewicht von 200 bis 900 g/l, vorzugsweise 300 bis 800 g/l auf. Zur Erzielung einer ausreichenden Offenporigkeit werden in den einzelnen Zwischenschichten bevorzugt durchschnittliche Porengrößen von 0,1 bis 1000 µm erzeugt.
Insbesondere bei Verwendung einer glatten Unterlage und einer anschließenden Prägung des erhaltenen mehrschichtigen Kunstleders ist eine ausreichende Festigkeit des für die Zwischenschicht verwendeten Polyurethanschaumes unter Prägebedingungen erforderlich. Es ist von daher bei der Trocknung der Zwischenschicht darauf zu achten, dass keine Spannungsrisse an der Oberfläche entstehen, was üblicherweise durch Trocknung in einem Kanal mit mehreren, getrennt einstellbaren Temperaturzonen in an sich bekannter Weise erfolgt.
Eine weitere Steigerung der Stabilität der verwendeten Zwischenschichten kann dadurch erzielt werden, dass diese durch Zusatz von beispielsweise Isocyanat oder Melamin vernetzt werden oder aber durch Zusatz von funktionalen Füllstoffen, wie mineralischen Füllstoffen oder faserförmigen Füllstoffen oder Kunststoffpulvern, wie PE.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Trägerschicht kann vom Fachmann in weiten Grenzen ausgewählt werden und beispielsweise ein Gelege, Gewebe, Gewirke, Vlies oder Kombination derselben sein; auch Mikrofaservliese, Abstandsgewirke/-vliese oder Vliese mit eingenadeltem Trikot kommen infrage. Das verwendete textile Flächengebilde kann darüber hinaus auch imprägniert sein, um die Verbindung mit der Zwischenschicht zu verbessern, beispielsweise mittels Polyurethan.
In jedem Falle ist es bevorzugt, dass die Trägerschicht nach der Erstellung der mindestens einen Zwischenschicht auf die zuoberst zum Liegen kommende Zwischenschicht zu einem Zeitpunkt aufgelegt wird, zu dem diese Zwischenschicht noch nicht vollständig abgetrocknet ist, so dass die Trägerschicht zumindest teilweise in die Zwischenschicht einsinkt und in dieser eingebettet wird. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass die Trägerschicht nicht zu tief in die Zwischenschicht einsackt, was über die Viskosität des verwendeten Polyurethanschaumes für die Zwischenschicht, den Kaschierdruck und die Trocknungsbedingungen gesteuert werden kann.
Auf die Oberfläche der erstellten Deckschicht des mehrschichtigen atmungsaktiven Kunstleders kann nach Ablösen der Unterlage ein ein- oder mehrschichtiger Lack aufgebracht werden, der sowohl die mechanischen Eigenschaften, wie z.B. die Kratzfestigkeit verbessern wie auch gewünschte Anforderungen an die Haptik verbessern kann. Zur Aufbringung kann beispielsweise eine Rasterwalze verwendet werden.
Wie bereits erwähnt, kann wahlweise nach Ablösen der Unterlage die Oberfläche des erstellten mehrschichtigen atmungsaktiven Kunstleders geprägt werden, beispielsweise mit einer Ledernarbung, wozu sich das Vakuumprägen besonders anbietet, da durch den geringen Prägedruck und die längere Kontaktzeit der Oberfläche mit der Prägewalze die Schaumstruktur besser erhalten bleibt und sich durch den Unterdruck Poren zusätzlich öffnen und Kapillaren ausbilden, was der Atmungsaktivität des hergestellten Kunstleders zu Gute kommt. Darüber hinaus kann durch Verwendung eines besonders scharfkantigen Prägeprofils eine zusätzliche Öffnung von Poren und Kapillaren erzielt werden. Das Prägen des erstellten Kunstleders bietet darüber hinaus den Vorteil, dass keine nachfolgenden Arbeitsschritte mehr das Prägeergebnis und die Produktperformance beeinflussen können, wie es z.B. bei Verwendung einer geprägten Unterlage und anschließendem Schichtenauftrag der Fall sein kann.
Selbstverständlich kann die Herstellung der Kunstlederschichten auch nach den bewährten Verfahren, insbesondere dem sogenannten Umkehrverfahren erfolgen, bei dem die Aufbringung der pastösen Masse auf einer Unterlage in Betracht kommt, die nach Ausbildung des Films von diesem abgezogen wird, beispielsweise in Form eines geprägten Papiers, Silikonträger, Polyolefinträger, Vakuumprägewalze oder Stahlprägeformen
Es ist somit offensichtlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders rationelle Herstellungsweise ermöglicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 einen stark vergrößerten Schnitt durch ein Kunstleder, hergestellt unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Kunstleders, hergestellt unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Aus der 1 ist ein Aufbau eines als Kunstleder dienenden Mehrschichtverbundes ersichtlich, wie er beispielsweise als Bezugsmaterial für Sitze zum Beispiel in Automobilinnenräumen Verwendung finden kann.
Die einzelnen Schichten sind aufeinanderfolgend ausgehend von einer die Sichtseite bildenden Oberseite mit Bezugszeichen 1 bis 8 gekennzeichnet.
Die oberste Schicht 1 wird von einer die Haptik und den Glanz bestimmenden Lackschicht zum Beispiel auf Basis von Polyurethan oder Acrylat oder silikon-/ halogenhaltigen Komponenten gebildet, während die darunter liegende Schicht 2 ebenfalls von einer Lackschicht zum Beispiel auf Acrylatbasis gebildet wird, die dem Verbund Abriebfestigkeit verleiht.
Die darunterliegende Schicht 3 ist wiederum eine Lackschicht, die dem Verbund die gewünschte Farbgebung verleiht und ist daher üblicherweise als Druckschicht unter Einsatz von geeigneten Pigmenten ausgebildet.
Die folgende Schicht 4 stellt eine Adhäsionsschicht dar, die beispielsweise auf Basis einer Lackschicht enthaltend Polyurethan oder Acrylat aufgebaut werden kann. Diese stellt die Haftung der darüber liegenden Lackschichten 1 bis 3 mit der darunterliegenden Deckschicht 5 her.
Die Deckschicht 5 ist aus einem atmungsaktiven Film auf Basis einer wässrigen Polyurethandispersion gebildet, die als Basiskomponenten ein High-Solid-Polyurethan mit mindestens 80 % Feststoffgehalt, eine Seife, Vernetzer und bis zu 10 % Wasser enthielt und streichfähig eingestellt wurde. Nach dem vorangehend erläuterten Verfahren wurde diese streichfähige wässrige Polyurethandispersion auf eine ablösbare Unterlage aufgerakelt und mittels Wärmezufuhr von 120 bis 240 °C während vorzugsweise 40 bis 120 s getrocknet und ausgeliert. Sie kann beispielsweise ein Flächengewicht von 10 bis 1000 g/m2, vorzugsweise 30 bis 200 g/m2 aufweisen.
Darunter liegend ist eine Zwischenschicht 6 ebenfalls auf Basis der vorgenannten Basiskomponenten einer wässrigen Polyurethandispersion vorgesehen, wobei diese Zwischenschicht in Form eines wässrigen Polyurethan-Dispersions-Schlagschaumes oder durch Zusatz von Treibmitteln geschäumt ausgebildet ist, während die darüber befindliche Deckschicht 5 kompakt und ungeschäumt ausgebildet ist.
Unterhalb der geschäumten Zwischenschicht 6 befindet sich eine wahlweise kompakte oder geschäumte Adhäsionsschicht 7, die mit einem Flächengewicht von bis zu 250 g/m2 ebenfalls aus der wässrigen Polyurethandispersion zur Ausbildung der Deckschicht 5 hergestellt ist. Diese Adhäsionsschicht 7 stellt die Haftung zu der mit Bezugszeichen 8 gekennzeichneten untersten Trägerschicht dar, die in an sich bekannter Weise von einem textilen oder geschäumten Trägermaterial gebildet wird. Hierbei kann es sich um ein gewebtes, gestricktes, gewirktes Trägermaterial, Abstandssysteme, ein Vlies, Gitter und dergleichen mehr handeln, gegebenenfalls auch unter Zugabe von elektrisch leitfähigen Fasern, um einer antistatischen Aufladung entgegenzuwirken oder um einen atmungsaktiven Polyurethanschaum.
Das Kunstleder gemäß 1 wird beispielsweise im so genannten Umkehrverfahren hergestellt, indem zunächst in einem ersten Schritt unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Deckschicht 5 auf einer geeigneten, später ablösbaren Papierunterlage aufgebracht wird, in einem nächsten Schritt die geschäumte Zwischenschicht 6 und nachfolgend die Adhäsionsschicht 7 aufgebracht wird. Nach Ausbilden der entsprechenden atmungsaktiven Schichten 5, 6, 7 wird eine Trägerschicht 8 als Unterlage auf die Adhäsionsschicht 7 aufgelegt und mit dieser verbunden. Sodann wird der Verbund von der Papierunterlage abgelöst und auf die Deckschicht 5 werden die vier bereits erläuterten aufeinanderfolgenden Lackschichten 4 bis 1 aufgetragen.
Durch Anwendung geeigneter Verfahren, wie Stahlprägen, Vakuumprägen, Silikon-Tuch-Walzenprägen, Polyolefinträger und dergleichen kann das Kunstleder überdies im Bereich seiner Sichtseite, etwa im Bereich der oberen atmungsaktive Deckschicht 5 sowie den darüber liegenden Lackschichten 1 bis 4 eine eingebrachte Oberflächenprägung in Form einer Leder und/ oder technische Narbstruktur aufweisen.
In der 2 ist ein auf dem Ausführungsbeispiel der 1 aufbauendes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Schichtenaufbau von der Ober- bzw. Sichtseite her bis zur Schicht 8 dem Aufbau der 1 entspricht und zur Vermeidung von Wiederholungen hier nicht nochmals gesondert erläutert wird.
Das Ausführungsbeispiel der 2 ist demgemäß unterhalb des textilen Trägers 8 über eine atmungsaktive Adhäsionsschicht 9, die beispielsweise gedruckt sein kann und einen geeigneten Haftkleber enthaltend PU oder Acrylat umfasst, mit einer nachträglich laminierten Polsterschicht 10 verbunden, die beispielsweise von einem Polyurethanschaum, einem Polyolefinschaum oder dergleichen mehr gebildet sein kann und wahlweise auch aus der wässrigen Polyurethandispersion gebildet sein kann, die auch zur Herstellung der Deckschicht 5 verwendet wird.
Eine solche zusätzliche nachträglich auflaminierte Polsterschicht 10 verleiht einem solchen Kunstleder eine besondere elastische Nachgiebigkeit, wie sie beispielsweise bei Anwendungen für Sonnenblenden, Armlehnen und dergleichen wünschenswert ist. Unterhalb der Polsterschicht 10 befindet sich noch eine textile Rückseitenschicht 11, die zum Beispiel aus einem Gewebe oder Vlies aufgebaut sein kann.
Diese unter Anwendung von bis zu 11 Schichten hergestellte Kunstleder weisen eine hervorragende Atmungsaktivität mit Gasdurchlässigkeiten im Bereich von 1 bis 200 dm^-2 min^-1, Wasserdampfdurchlässigkeiten zwischen 0,1 bis 200 mg cm^-2 h^-1, Wasserundurchlässigkeiten im zwischen 2 bis 60 m2 pa^-1 w^-1 bei hoher Wärme- und Lichtbeständigkeit sowie Abriebfestigkeit auf und eignen sich insbesondere für die Herstellung von Kunstledern für Automobilinnenraumanwendungen, bei denen die Atmungsaktivität als sehr angenehm empfunden wird.
Darüber hinaus werden Ballyflex-Knickstabilitäten von bis zu 400.000 erreicht.
Die Atmungsaktivität eröffnet darüber hinaus auch die Möglichkeit, Wand- und Deckenbespannungen aus nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kunstledern herzustellen, die äußerst widerstandsfähig sind, jedoch etwaig hinter der Wand oder Deckenbespannung befindliche Bauwerksfeuchte problemlos durch die Bespannung hindurch diffundieren lassen, so dass Bauschäden durch Schimmelbildung und dergleichen effektiv vorgebeugt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/017446 A1 [0002]
DE 1960992 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines atmungsaktiven mehrschichtigen Kunstleders mit einer Trägerschicht (8), mindestens einer auf die Trägerschicht (8) aufgebrachten Zwischenschicht (6, 7) auf Basis eines zumindest teilweise offenzelligen Polyurethanschaumes sowie einer auf die mindestens eine Zwischenschicht (6, 7) vollflächig aufgebrachten porösen Deckschicht (5) auf Basis einer wässrigen Polyurethandispersion, wobei in einem ersten Schritt die wässrige Polyurethandispersion auf eine ablösbare Unterlage aufgebracht und unter Wärmezufuhr der Wassergehalt derselben verdampft und die Deckschicht (5) gebildet wird, nachfolgend die mindestens eine Zwischenschicht (6, 7) auf die Deckschicht (5) aufgebracht und anschließend die Trägerschicht (8) auf die mindestens eine Zwischenschicht (6, 7) aufgelegt und dann die Unterlage von der Deckschicht gelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Polyurethandispersion zur Bildung der Deckschicht (5) aus Basiskomponenten, umfassend e) High-Solid-Polyurethan mit mindestens 80% Feststoffgehalt, f) ionische und/oder nicht-ionische Seifen, g) mindestens einen Vernetzer, und h) Wasser als streichfähige Masse bereitgestellt und auf die Unterlage zur Bildung der Deckschicht (5) aufgestrichen wird und während einer Zeitdauer von 15 bis 240 s bei 120 bis 240° C getrocknet und ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Seifen der wässrigen Polyurethandispersion zur Bildung der Deckschicht (5) sulfatbasierte Seifen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aliphatische und/oder aromatische High-Solid-Polyurethane zur Bildung der Deckschicht (5) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Polyurethandispersion zur Bildung der Deckschicht (5) 50 bis 98,9 Teile High-Solid-Polyurethan, 0,1 bis 40 Teile Seifen und 1 bis 20 Teile Vernetzer umfasst, mit der Maßgabe, dass die Summe der Teile High-Solid-Polyurethan, Seife und Vernetzer 100 Teile beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Polyurethandispersion zur Bildung der Deckschicht (5) einen Wassergehalt von 0,5 bis 10 % bezogen auf die Summe der Basiskomponenten aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Polyurethandispersion zur Bildung der Deckschicht (5) als Vernetzer Isocyanate, Aceridine, Carbodiimide, Melamine und/oder Peroxide aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Polyurethandispersion zur Bildung der Deckschicht (5) zusätzlich zu den Basiskomponenten Hilfs- und Zusatzstoffe, ausgewählt aus Füllstoffen, Weichmachern, Stabilisatoren, Kickern, Silikonen, Flammschutzmitteln, Additiven und/oder Pigmenten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoffe Calciumcarbonat, Cellulose, Calciumsulfat, Bariumsulfat, Siliziumdioxid, Aluminiumhydroxid, Zinkoxid und/oder Zinkbromid vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Weichmacher Phtalate, Adipate, Sebacate, Citrate, 1,2-Cyclohexandicarbonsäurediisononylester, Dioctylterephthalat, Epoxidweichmacher, Oligoglykol- oder Polyethylenglykol-basierte Weichmacher, Rizinusöl-basierte Weichmacher, Polymerweichmacher, Phosphatweichmacher, chlorierte und bromierte Weichmacher, Sulfatweichmacher und/oder ionische Flüssigkeiten vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Stabilisatoren und/oder Kicker solche basierend auf Barium, Calcium, Zink, Magnesium und/oder Aluminium, Phenole, HALS, Nano-Titanoxide, β-Diketone, Epoxid-basierte Stabilisatoren und/oder Amin-basierte Stabilisatoren vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Flammschutzmittel Antimonoxid, Aluminiumoxid, Hydrotalcid, Magnesium-hydroxid, Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Zinkborat und/oder Phosphate vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Additive Entschäumer, rheologische Additive, Nanoröhren, Quantumdots und/oder Treibmittel vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Poren eines mittleren Porendurchmessers von 1 µm bis 1 mm in der Deckschicht (5) ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (5) mit einer Gasdurchlässigkeit von 1 bis 200 I dm^-2 min^-1 erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (5) mit einer Wasserdampfdurchlässigkeit von 0,1 bis 200 mg cm^-2 h^-1 erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (5) mit einer Wasserundurchlässigkeit von 2 bis 60 m2 pa^-1 w^-1 erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (5) mit einem Flächengewicht von 10 bis 1000g/m² erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Masse zur Bildung der Deckschicht (5) mittels eines Reverse- oder Rollcoaters, mittels Rasterdruck oder mittels Rakeln auf die Unterlage aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (5) in einer Dicke von 5 bis 150 µm, vorzugsweise 30 bis 100 µm auf die Unterlage (6) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Unterlage eine Kunststofffolie, ein silikonisiertes textiles Flächengebilde oder silikonisiertes Papier oder ein metallisches Substrat oder ein mit PTFE beschichtetes Gewebe verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage auf ihrer der Deckschicht (5) zugewandten Seite mit einer Oberflächenprofilierung versehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zwischenschicht (6, 7) auf die Deckschicht (5) bzw. die zuvor aufgebrachte Zwischenschicht (6) aufgerakelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenschicht (6) verwendet wird und die Zwischenschicht (6) ein Schaumgewicht von 200 bis 900 g/l, vorzugsweise 300 bis 800 g/l, weiter bevorzugt 500 bis 700 g/l aufweist und in einer Dicke von 50 bis 1000 µm auf die Deckschicht (5) aufgerakelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zwischenschichten (6, 7) aufeinander folgend in einer Dicke von jeweils 60 bis 800 µm auf die Deckschicht (5) bzw. die Zwischenschicht (6) aufgerakelt werden.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Deckschicht aufgerakelte erste Zwischenschicht (6) ein Schaumgewicht von 300 bis 800 g/l, vorzugsweise 500 bis 700 g/l und die zweite Zwischenschicht (7) ein Schaumgewicht von 200 bis 900 g/l, vorzugsweise 300 bis 800 g/l aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenschichten (6, 7) mit einer durchschnittlichen Porengröße von 0,1 bis 1000 µm erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Deckschicht (5) auf ihrer der mindestens einen Zwischenschicht (6, 7) abgewandten Seite nach dem Ablösen der Unterlage mindestens eine Lackschicht (1, 2, 3, 4) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Deckschicht (5) nach dem Ablösen der Unterlage geprägt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägerschicht (8) ein Gelege, Gewebe, Gewirke, Gestricke, Vlies oder Kombinationen derselben mit oder ohne Imprägnierung oder ein atmungsaktiver Polyurethanschaum verwendet wird.