DE10254107A1

DE10254107A1 - Textilartiges Flächengebilde aus synthetischen Filamenten und Zellstofffibrillen sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10254107A1
Application number: DE2002154107
Authority: DE
Inventors: Ivo Edward Ruzek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2004-05-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein textilartiges Flächengebilde aus einer Matrix aus synthetischen Filamenten und Zellstofffibrillen, die durch Wasserstrahlverfestigung miteinander vermengt und verflochten werden und so einen festen Mischvliesstoff bilden (composite nonwoven fabric). Die synthetischen Matrixfilamente können unter anderem aus Polypropylen oder Polyester gebildet werden, es können auch bikomponente Filamente unterschiedlicher Struktur verwendet werden. Die Matrixfilamente können sich an der Flächenmasse mit 90 bis 10% beteiligen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von solchen wasserstrahlverfestigten Mischvliesen.

Description

Gegenstand der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein textilartiges Flächengebilde aus einer Matrix aus synthetischen Filamenten und Zellstofffibrillen die miteinander vermengt und verflochten werden und so einen festen textilartigen Mischvliestoff (englisch composite nonwoven fabric) bilden. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, dass die Verflechtung beider Komponenten durch Wasserstrahlvernadelung erfolgt. Die Matrix bildenden synthetischen Filamente können unter anderen aus Polypropylen oder Polyester hergestellt werden, es können auch Bikomponentfilamente, bei denen eine Komponente aus Polypropylen, bzw. Polyester und eine andere aus einem niedrig schmelzenden Polymeren besteht. Die Matrix aus synthetischen Filamenten kann sich an der Gesamtmasse mit 90 bis 10 % beteiligen, vorteilhafter weise wird sie 70 bis 30 % betragen. Die so gebildeten textilartigen Flächengebilde können nach Bedarf mit an sich bekannten chemischen Stoffen oder deren Kombinationen ausgerüstet werden, insbesondere mit solchen die dem Flächengebilde entweder hydrophile, oleophile oder hydrophobe Eigenschaften verleihen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von textilartigen Flächengebilde wie oben beschrieben bei dem zumindest eine oder mehrere Schichten aus einem Spinnvlies aus synthetischen Filamenten und zumindest eine oder mehrere Schichten aus Zellstofffibrillen übereinander gelegt und durch Einwirkung einer Vielzahl von feinen jedoch energiereichen Wasserstrahlen miteinander vermengt, verflochten und verfestigt werden, wobei diesem Vorgang eine Trocknung nachgeschaltet wird. Die Behandlung mit feinen energiereichen Wasserstrahlen kann in mehreren Stufen erfolgen, wobei die Energie der feinen Wasserstrahlen, bzw. ihrer Druck, in den einzelnen Stufen unterschiedlich eingestellt werden kann. Vorteilhafterweise kann die Energie von der ersten bis zu der letzten Stufe stetig ansteigen. Ein weiterer Vorteil besteh darin, dass die Wasserstrahlen in das Flächengebilde abwechselnd von einer und von der anderen Oberfläche eintreten. Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Wasserstrahlbehandlung in-line erfolgt so, dass die einzelnen Schichte nach Möglichkeit nicht in sich vorverfestigt werden brauchen.
Stand der Technik
Die Wasserstrahlverfestigung als Verfestigungsmethode für Vliesstoffe ist lange und gut bekannt. Dabei findet diese Verfestigungsmethode meistens Anwendung bei Stapelfaservliesstoffen und zwar sowohl solchen, die aus einer wie auch solchen, die aus mehreren Faserarten hergestellt werden.
Dagegen findet die Wasserstrahlverfestigung bei Spinnvliesen, die aus endlosen Filamenten aufgebaut werden, nur selten Anwendung. Dabei, wenn richtig angewandt, kann sie bei den Spinnvliesen sehr vorteilhafte Eigenschaften, vor allem die Kombination von sehr hohen mechanischen Festigkeiten unter Beibehaltung von sehr hohen Weiteneißfestigkeiten, gewährleisten, eine Kombination, die kaum durch eine andere Verfestigungsart erreicht werden kann.
Als den Stand der Technik bezüglich der Wasserstrahlverfestigung von Vliesstoffen die aus endlosen Filamenten hergestellt werden, kann man das DE Patent 198 21 848 [I. E. RUZEK: Tuftingträger und Verfahren zu seiner Herstellung, angemeldet am 15. 05. 1998].
Allerdings sind die Spinnvliese, die in der Regel nur aus einer und sehr selten aus zwei Faserarten aufgebaut werden, durch diese Tatsache in ihrem Eigenschaftsspektrum eingeengt. Dabei kommen selbst bei zwei Filamentarten nur solche, die aus synthetischen und aus der Schmelze versponnenen Polymeren bestehen, in Betracht.
Im Vergleich dazu finden bei Stapelfaservliesen nicht selten mehr als zwei Faserarten Anwendung, wobei neben synthetischen Fasern oft auch Naturfasern eingesetzt werden. Durch eine gezielte Mischung von mehreren Faserarten können sehr vorteilhafte Eigenschaftsprofile gezielt gezüchtet werden. Dabei übernehmen die einzelnen Faserarten im Verbund bestimmte Aufgaben. Dies ist besonders dann der Fall, wenn neben den synthetischen Faserarten auch Faserarten aus Naturpolymeren, besonders aus Zellulose in der Mischung vertreten sind.
Aufgabestellung
Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein textilartiges Flächengebilde herzustellen bei dem ein Spinnvlies aus einem oder mehreren synthetischen Polymeren die zu endlosen Filamenten versponnen werden als Matrix mit Zellstofffibrillen derart vermengt und verflochten wird dass ein textilartiger Mischvliesstoff entsteht.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf einem beweglichen Siebband ein Spinnvlies aus endlosen Filamenten gebildet wird, der als eine Festigkeit tragende Matrix in dem Endprodukt dienen wird. Dieses Spinnvlies kann aus einer oder mehreren Schichten bestehen. Es kann aus einer oder mehreren Faserarten gebildet werden wobei auch Bi- oder Mehrkomponent-Filamente verwendet werden können. Zur Herstellung des Spinnvlieses können alle verspinnbare synthetischen Polymere verwendet werden, wobei Polyester und Polypropylen besonders bevorzugt werden. Der Filamenttiter sollte kleiner als 6 dtex sein, besonders vorteilhaft sind Filamenttiter von 1 bis 4 dtex. Das Spinnvlies kann beim Austritt aus der Vliesbildungszone durch Pressung zwischen zwei Walzen leicht vorverfestigt werden. Es kann jedoch auch ganz ohne jegliche Verfestigung auf dem Siebband transportiert werden.
Gleich im Anschluss wird unter Verwendung eines Air-Laying-Apparates eine gleichmäßige Schicht von Zellstofffibrillen (wood pulp) gelegt. Bei Bedarf können mehr als zwei Schichten von synthetischen Filamenten und übereinander gelegt werden.
Der Vliesverbund wird anschließend durch Einwirkung von energiereichen Wasserstrahlen verflochten und di zwei Komponenten miteinender vermengt. Dennoch besteht ein deutlicher Unterschied dass bei dem verfestigten Mischvliesstoff die eine Seite einen höheren Anteil von Polyesterfilamenten und die andere Seite einen höheren Anteil von Zellstofffibrillen aufweist als es dem Durchschnitsanteil entsprechen würde.
Die Herstellung von Spinnvliesen, d. h. Spinnen von synthetischen endlosen Fäden vorzugsweise aus Polypropylen oder Polyester sowie di Bildung eines Spinnvlieses durch ihre Ablage auf einem beweglichen und von unten abgesaugten Siebband ist allgemeiner Stand der Technik. Entsprechende großtechnische Anlagen werden von mehreren Firmen angeboten.
Auch die Verfestigung von Vliesstoffen mit energiereichen Wasserstrahlen, die oft durch den englischen Begriff „hydroentangling" bezeichnet wird, ist ein allgemeiner Stand der Technik. Auch hier kann man entsprechende industrielle Anlagen, die auf die Bedürfnisse der jeweiligen Anwendung angepasst sind, käuflich erwerben.
Schließlich ist auch die Trockenbildung einer Zellstoffschicht nach dem so genannten Air-Laying-Prinzip stand der Technik, auch hier können funktionsfähige Anlagen käuflich erworben werden.
Was neu ist, das ist die Kombination einer Spinnvliesanlage, die eine erste Schicht eines Spinnvlieses bildet mit einer Dry-Laying Anlage für den zerfaserten Zellstoff, die aus dem Zellstoff auf dem vorgelegten Spinnvlies eine zweite Schicht bildet so, das beide Schichte im nur unwesentlich in sich verfestigt werden. Nur so kann im anschließenden Verfestigungsverfahren mit energiereichen Wasserstrahlen mit Minimum an Energie (Wasserdruck) ein maximaler Verfestigungseffekt erreicht werden. Darüber hinaus wird somit auch ein weicher Griff erzielt, der dem verfestigten Verbundvlies textilartige Eigenschaften verleiht. Dadurch wird die Verwendung eines solchen Mischvlieses als textilartiger Material begünstigt.
Wie schon erwähnt, kann das synthetische Spinnvlies aus einfachen endlosen Filamenten gebildet werden. Es können jedoch für die Herstellung des Spinnvlieses auch bikomponente Filamente verwendet werden, vorzugsweise solche, bei denen als die Basiskomponente Polyester oder Polypropylen verwendet werden. Als eine zweite Komponente kann dann ein niedriger schmelzendes Polymer, der unter Umständen als Bindekomponente für eine zusätzliche thermische Verfestigung verwendet werden kann. Es kann jedoch auch so verfahren werden, wie in der US PS 5,355,565 [J. BARAVIAN für Freudenberg] beschriben. Nach diesem Verfahren kann ein segmental untergegliedertes Bikomponent-Filament bei der Wasserstrahlverfestigung durch die Einwirkung von energiereichen Wasserstrahlen in seine Bestandteile (Einzelsegmente des Ursprungsfilaments) zersplittert werden, die dann mit dem Zellstoff vermengt und verbunden werden.
Beispiel 1
Die Versuchsanlage zur Herstellung von Spinnvliesen hatte eine Breite von 1200 mm. Sie bestand aus einer Spinndüse, die sich über die gesamte Anlage hinweg streckte, aus zwei parallel zur Spinndüse angeordneten Blaswänden und einem Abzugspalt, der sich in seinem unteren Teil zu einem Diffusor ausbreitete und als Vliesbildungskammer diente. Die in der Form von einer breiten, gleichmäßigen Fadenschar ersponnenen und sogleich verstreckten Fäden bildeten auf einem beweglichen Siebband, der im Bereich unterhalb der Vliesbildungskammer evakuiert wurde, ein wirr abgelegtes Flächengebilde, das mit einem Paar elastischer Walzen zusammengepresst wurde. Der Filamenttiter betrug 1.1 dtex.
Das vorverfestigte Vlies wurde anschließend weiterhin auf einem Siebband liegend unter einem aerodymamischen Vliesbildungsapparat gleicher Breite hindurch gezogen, wo auf seiner Oberfläche eine gleichmäßige Schicht von mit Hilfe einer Hammermülle zerfaserten Zellstofffibrillen abgelegt wurde. Die zweite, aerodynamische, Vliesbildungszone wurde ebenfalls evakuiert.
In. diesem Versuch wurde in der ersten Stufe ein Polypropylen Spinnvlies hergestellt. Zur Anwendung kam eine Spinndüse, die über die gesamte Breite 5479 Loch besaß. Als Rohstoff wurde ein Polypropylen Granulat der Firma Exxon (Achieve^® 3825) mit MFI 25 verwendet. Die Spinntemperatur betrug 265 °C, der Polymerdurchsatz 135 kg/h. Die Anblasluft hatte eine Temperatur von 36 °C. Der Abzugsspalt hatte eine Breite von 25 mm. Die Geschwindigkeit des Vliesbandes wurde auf 52 m/min eingestellt, so dass das gebildete Spinnvlies eine Flächenmasse von 34 g/m² besaß.
In der zweiten, aerodynamischen Vliesbildungszone wurden unter Verwendung einer Vliesbildungstrommel die Zellstofffibrillen ebenfalls mit einem Gesamtdurchsatz von 135 kg/h durchgesetzt. So wurde auf der Oberfläche des Polypropylen Spinnvlieses eine Zellstoffschicht von einer Flächenmasse von ebenfalls 34 g/m² gebildet.
Das zweischichtige Vlies wurde nunmehr einer Wasserstrahlverfestigungsanlage zugeführt, die aus 6 Sprühbalken bestand. In jedem Sprühbalken wurde eine Wasserdüse mit 1900 Loch über die Breite verwendet. Der Wasserdruck wurde in den einzelnen Stufen wie folgt eingestellt:
Nach der Wasserstrahlverfestigung wurde das Vlies in einem Trommeltrockner bei einer Temperatur von 110 °C getrocknet.
Die synthetischen Fäden wurden durch die Wasserstrahlbehandlung mit den Zellstofffibrillen vermengt und untereinander verflochten und verfestigt. Das so entstandene Mischvlies besaß folgende Festigkeitswerte:
Der so hergestellte Mischvliesstoff, der sich zu 50% aus PP Fäden und 50 % Zellstoff zusammen gesetzt hatte und über eine Flächenmasse von 68 g/m² verfügte, hat sich in idealer wiese zur Herstellung von Wischtüchern geeignet hatte.
Beispiel 2
Es wurde an gleicher Anlage wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet. An der Spinnvliesanlage wurde allerdings ein Polyester Spinnvlies hergestellt. Als Rohstoff wurde ein PES Granulat mit einer Intrinsicviskosität (IV) von 0.67. Das Granulat wurde sorgfältig in einem Luftstrom getrocknet, so dass die Residualfeuchte unterhalb von 100 ppm gehalten wurde. Die Spinntemperatur betrug 280 °C, der Durchsatz wurde auf 255 kg/min. Der Filamenttiter betrug 1.5 dtex, der Kochschrumpf der Fäden lag unterhalb von 1 %. Die Geschwindigkeit des Vliesbandes wurde auf 135 m/min eingestellt. Das PES Spinnvlies hatte eine Flächenmasse von 20 g/m².
Die aerodynamische Vliesbildungsanlage für Zellstofffibrillen wurde mit einem Durchsatz von 510 kg/h betrieben. So hatte die Zellstoffschicht eine Flächenmasse von 40 g/m².
Die Wasserstrahlverfestigung wurde unter folgenden Bedingungen betrieben:
Nach einer Wasserstrahlverfestigung wurde das Mischvlies an einem Trommeltrockner bei einer Lufttemperatur von 200 °C getrocknet.
Das so hergestellte Mischvlies, das zu 33 % PES Filamenten und 67 % Zellstoff bestand, wies folgende Festigkeitsmerkmale auf
Das Mischvlies von einer Flächenmasse von 60 g/m² konnte ebenfalls als Wischtuch für trockene und nasse Verwendung dienen Darüber hinaus hatte sich das Mischvlies auch als eine Saugschicht, bzw. ein Teil einer komplexen Saugschicht bewährt, weil es dauerhaft hydrophil bleibt und um eine ideale Verteilung von Flüssigkeiten besorgen kann. Solche Saugschichten können in Hygieneartikeln, wie Kinderwindeln oder Damenbinden verwendet werden.

Claims

Textilartiges Flächengebilde dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrix aus synthetischen Filamenten mit Zellstofffibrillen miteinander vermengt und verflochten wird und so einen festen textilartigen Mischvliesstoff (composite nonwoven fabric) bildet.
Textilartiges Flächengebilde nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verflechtung beider Komponenten durch Wasserstrahlvernadelung erfolgt.
Textilartiges Flächengebilde nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus Polypropylenspinnvlies gebildet wird.
Textilartiges Flächengebilde nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus Bikomponentfilamenten gebildet wird die ihrerseits aus Polypropylen als Hauptkomponente und einem anderen niedriger schmelzenden Polymeren als einer zweiten Komponente zusammengesetzt werden.
Textilartiges Flächengebilde nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus Polyesterspinnvlies gebildet wird.
Textilartiges Flächengebilde nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus Bikomponentfilamenten gebildet werden, die ihrerseits aus Polyester als Hauptkomponente und einem anderen niedriger schmelzenden Polymeren als einer zweiten Komponente zusammengesetzt werden.
Textilartiges Flächengebilde nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Matrix aus synthetischen Filamenten mit 90 bis 10 % an der Gesamtmasse des Flächengebildes beteiligt.
Textilartiges Flächengebilde nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Matrix aus synthetischen Filamenten mit 70 bis 30 % an der Gesamtmasse des Flächengebildes beteiligt.
Textilartiges Flächengebilde nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass es mit besonderen an sich bekannten chemischen Stoffen oder einer Kombination vol solchen ausgerüstet wird die dem Flächengebilde besondere Eigenschaften verleihen.
Textilartiges Flächengebilde nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrüstung mit an sich bekannten hydrophilen Stoffen oder einer Kombination von solcher erfolgt und das Flächengebilde dadurch besonders saugfähig für Wasser wird.
Textilartiges Flächengebilde nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrüstung mit an sich bekannten oleophilen Stoffen oder einer Kombination von solcher erfolgt und das Flächengebilde dadurch besonders saugfähig für Öle wird.
Textilartiges Flächengebilde nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrüstung mit an sich bekannten hydrophoben Stoffen oder einer Kombination von solcher erfolgt und das Flächengebilde dadurch besonders hydrophob wird.
Verfahren zur Herstellung von textilartigen Flächengebilden nach Anspruch 1 bis 12 dadwch gekennzeichnet, dass zumindest eine oder mehrere Schichten aus einem Spinnvlies aus synthetischen Filamenten und zumindest eine oder mehrere Schichten aus Zellstofffibrillen übereinander gelegt und durch Einwirkung von einer Vielzahl von feinen jedoch energiereichen Hochdruckwasserstrahlen miteinander vermengt, verflochten und verfestigt werden, wobei diesem Vorgang eine Trocknung nachgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung mit feinen jedoch energiereichen Wasserstrahlen in mehreren Stufen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13 und 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdruck und somit die Energie der feinen Wasserstrahlen in den einzelnen Stufen unterschiedlich eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdruck in den einzelnen Behandlungsstufen von der ersten bis zu der letzten Stufe stetig steigt.
Verfahren nach Anspruch 13 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstrahlen abwechselnd von einer und von der anderen Oberfläche in das zu behandelnde textilartige Flächengebilde eintreten.
Verfahren nach Anspruch 13 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstrahlbehandlung in-line mit der Bildung einzelner Teilschichten erfolgt ohne dass diese in sich vorverfestigt werden.