DE1908539A1

DE1908539A1 - Kissenartige Matte oder Vlies und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE1908539A1
Application number: DE19691908539
Authority: DE
Inventors: Wiegand Donald Edwin; Videen Otis Robert
Original assignee: Conwed Corp
Current assignee: Conwed Corp
Priority date: 1968-02-21
Filing date: 1969-02-20
Publication date: 1969-10-30
Also published as: FR2002336A1; GB1216812A; NL6902654A; US3577312A; BE728664A; LU58031A1

Description

Kissenartife Hatte oder Vlies und Verfahren zu deren Herstellung«

Die Erfindung betrifft gefilzte faserige Bahnen und ein Verfahren zu deren Herstellung, wobei harzgebundene Produkte besonderer Elastizität oder Nachgiebigkeit aus kurzen Fasern von Holzzellstoff erhalten werden können.

Gefilzte Bahnen sind in vielseitiger Ausführungsweise bekannt, einschließlich Polstermaterialien, Matrazen, Kissen und Füllstoffe für die verschiedensten Zwecke und zur Wärmeisolierung.

Die wesentlichen Eigenschaften der verschiedenen- Bahnen oder Matten variieren bekanntlich in verschiedener Hinsicht abhängig von Art und Länge der Fasern,des angewandten Bindemittels und des Herstellungsverfahrens. Es ist seit langem bekannt, daß z.B. längere Fasern, wie Textilfasern natürlicher oder synthe-

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tischer Provenienz, im allgemeinen zu Watten mit besserer Elastizität führen im Vergleich zu ähnlich aufgebauten Produkten aus kürzeren Fasern, wie Baumwollfasern oder ε-uch noch kürzere, wie auf chemischen Wege aufgeschlossenem Holzzellstoff. Diese haben im allgemeinen eine Länge von etwa l,^lj mm und können in der Praxis daher als St&ub Dezeichnet werden.

Ist für die Endverwendung der Bahn oder Matte erforderlich, daß maximale Elastizität gegeben ist, müssen im allgemeinen solche kurze Fasermaterialien trotz der im allgemeinen sehr geringen Kosten vermieden werden.

Nach der USA-Patentschrift 3 181 22^3 ist eine Matte mit längeren Fasern und beachtenswerter Elastizität in Komuination mit Jaumwollfasern und Baumwollinters erster Sorte bekannt. Die Verbindung geschieht durch einen besonderen Harzoinder.

Im allgemeinen entwickeln aber Produkte mit längeren Fasern geringere Drucköeständigkeit; werden sie zu Polsterungen angewandt, so neigen sie zu einem Durchsitzen. Man spürt also die untere Konstruktion durch diese Auflage. Man kann also im Sitzen, z.B. die Federn spüren. Es ist bekannt, daß kurze Fasern, wie übliche Holzfasern und noch kürzererHolzzellstoff, im allgemeinen den Druckwiderstand verbessern. Solche kurze Fasern verschlechtern jedoch die Elastizität, wie oben bereits erwähnt.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß, wenn sehr kurze Fasern des chemisch aufbereiteten Holzzellstoffes in Matten oder Bahnen mit einem Bindemittel im Sinne der USA-Patentschrift 3 181 225 allein oder in Kombination mit längeren Fasern angewandt werden, man nur eine unerwartete Zunahme der Elastizität der Produkte gegenüber solchen aus nur langen Fasern feststellen kann. Gleichzeitig beobachtet man auch be-

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sondere Vorteile der kürzeren Fasern hinsichtlich einer Zunahme des DruekwiderStandes.

Die Erfindung wird an den Figuren näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Produkte;

tig. 2 zeigt in einem Diagramm die Eigenschaften verschiedener Produkte.

Für die Herstellung von faserhaltigen Matten oder Bahnen sind die verschiedensten Verfahren und Vorrichtungen einschließlich den Vorrichtungen zum Luftrakeln der Fasern bekannt (USA-Patentschrift 3 010 161). In I'ig. 1 wird eine derartige Vorrichtung gezeigt. Über einem endlosen Förderband j2 befindet sich eine Kammer 30, die auf der einen Seite eine Öffnung aufweist, in welche die Luftsuspension der Fasern eingeblasen wird. Diese wird hergestellt in einer Hammermühle 56 und gelangt über die Leitung 54 mit einer Einschnürung 58,in welcher eine Stachelwalze 60 zur Zuführung der Fasern vorgesehen ist, Bei dem Fasermaterial handelt es sich um längere Produkte, wie Baumwollfasern. Sie werden über den Vorrat 62 in die Luftsuspension der feinen Fasern, die sich bereits in der Leitung 54 bewegt, eingebracht. Die Luftsuspension der kürzeren Fasern zieht die längeren Fasern von der Stachelwalze 60 und bildet die Luftsuspension 64 der kurzen und langen Fasern. Dies entspricht im wesentlichen der Ausführungsform nach USA-Patentschrift J5 010 161. Unmittelbar bei Verlassen der Leitung 54 wird die Luftsuspension aus den Düsen 66 mit Bindemittel besprüht. Das Fasermaterial setzt sich auf dem Langsieb 52 ab und bildet dort die Matte 70. Durch den Vorschub des Langsiebs gelangt diese lockere Matte 70 unter die Druckrollen 72 und schließlich in den Trockner 7^·
x in die Kammer.

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Ein übliches Verfahren zur Garnett-Verarbeitung kann zur Herstellung des Faseri'ilzes oder der Matte herangezogen werden. Es müßten nur Spritzdüsen für die Aufbringung des Bindemittels im Sinne der USA-Patentschrift 3 181 225 vorgesehen werden. Im allgemeinen ist es jedoch schwierig, sehr kurze Fasern •des chemisch aufgeschlossenen Holzzellstoffs in solchen Garnett verarbeitenden Maschinen zu handhaben. Man kann andererseits auch übliche Vorrichtungen zur Herstellung nicht gewebter Textilien anwenden.

Mit allen oben beschriebenen Methoden, und Vorrichtungen lassen sich gefilzte Flore oder Vliese mit aufgebrachtem Bindemittel herstellen, die, wenn nötig, dann getrocknet und zur Aktivierung der Bindewirkung erwärmt werden. Es ist bekannt, in derartige! Vliesen oder B'lorenfKunstharzbindemittel anzuwenden, das aus zumindest einer Komponente in Form eines Zellulose vernetzenden Reagenz besteht und welches nicht nur mit der anderen Komponente unter Bildung eines Harzes reagiert, sondern auch mit der Zellulose der Baumwollfaser. Zu solchen Bindemitteln gehören Massen, in denen die eine Komponente ein Harnstofformaldehydprodukt und die andere Komponente ein Vinylacetatmischpolymer ist. Andere Bindemittel können angewandt werden, deren eine Komponente methyliertes Methylolmelamin und die andere Komponente ein Vinylacrylsäuremischpolytner ist. Bevorzugt werden Binder, dessen eine Komponente ein Imidazol und dessen andere Komponente ein Vinylaerylsäuremißchpolymerisat ist. Geeignet sind jedoch auch Bindemittel, deren eine Komponente Dimethyloläthylcarbamat und die andere Komponente ein beliebiger Latex, wie eines Vinylacrylsäuremisehpolymeren» eines Styrolbutadienmischpolymeren,eines Vinylaeetatpolymeren, oder deren Gemische sein kann. Die Anwendung solcher Bindemittel für die Herstellung von Vliesen oder Matten auf der Basis von Baumwollfasern sind bekannt (USA-Patentschrift 3 181 225).

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Es zeigte sich nun, daß unerwartete Vorteile erhalten werden können, wenn man bei der Herstellung· des Vlieses mit einem Bindemittelsystem, enthaltend zellulosereaktive Substanzen, eine gewisse Menge, nämlich IG bis 100 Gew.-% des gesamten Fasergewichts, Holzzellstoff anwendet, wobei das restliche Faserniaterial Baumwolle ist. Holzzellstoff ist sehr kurzfase- · rig; im allgemeinen besitzt er Faserlängen von etwa 1,5 bis 2 mn. Man hätte eigentlich annehmen können, daß bei Anwendung von 10 % und darüber an Faserpewicht in Form so kurzer Fasern des Holzzellstoffs das Vlies zwar bessere Druckbeständifkeit jedoch schlechtere Elastizität aufweisen würde. Mengen unter % 10 % (bezogen auf das gesamte Faserpewicht) von derartig kurzen Fasern haben noch keinen nennenswerten Einfluß auf die Eigenschaften der Matt^ da ihre Gegenwart durch das Bindemittel und die anderen Faserstoffe überdeckt wird.

Es wurde jedoch erfindungsgemäß festgestellt, daß - wenn IC und mehr % Holzzellstoff in der Matte vorliegen-bei Verwendung von Harä)indemitteln, dessen eine Komponente ein Zellulose vernetzendes Reagenz ist, man in den Fertigprodukten verbesserte Elastizität und gleichzeitig· verbesserte Druckbeständigkeit erreichen kann.

Die Produkte der folgenden Beispiele wurden anhand von 4 Eigen- " schäften bewertet:

Die Druckfestigkeit nach 1 ZyIdus wurde ermittelt, indem eine Probe 152 χ 152 mm bis zu einer Höhe von 76 mm aufgestapelt und dann sofort die Höhe des Stapels gemessen wurde. Dieser Stapel wurde dann zwischen zwei ebenen Metallplatten gleicher Große oder größer mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min (2 inch/min) auf ein Drittel der ursprünglichen Höhe zusammengepreßt. Dabei wurde die erforderliche Druckkraft gemessen und auf die Einheitsf.läche bezogen.

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Die Elastizität oder Erholung in ·/>. ergibt sich t.us der Hohe des Stapels, welcher auf ein Drittel meiner Höhe (zur i3e-Stimmung der Druckbeständigkeit nach einem Zyklus) zusammengepreßt und die Preßkreft plötzlich aufgehouen wurde und der ermittelten neuen Höhe des Stapels nach einer Erholungszeit von 45 see.

Die Druckbeständigkeit n&ch 20 Zyklen ergiot sich in analoger Weise durch 20maliges Miederpressen auf ein Drittel der Stapel· höhe und Freigeben des Preßdrucks. In gleicher Weise wird die Elastizität nach 20 Zyklen bestimmt.

Die Erfindung wird an i'olgenüen Beispielen näher erläutert.

Beispiel

Im Sinne der USA-Patentschrift 3 181 225 wurde aus textilem Abfallmaterial aus Baumwolle mit etwas Baumwollinters (firstcut) eine Platte hergestellt»

Das Material enthielt 20 Gew.->0 in torm der Bindemittelfeststoffe. Das Bindemittel bestand aus zwei Komponenten. Die eine Komponente war ein Imidazolharz, die andere Komponente ein selbstreagierender Vinylacrylsäure-Latex« Das Haumgewicht des Produkts betrug 37 kg/nr (2,3 lbs/cb. ft.)· Materialstärke 17,8 mm (0,702 inch).

TABELLE I;

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T A ß K L L

Bezugszeichen in Fig. 2

Druckfestigkeit nach 1 Zyklus 070 psi) 26 kg/cm² 12

nach 20 Zyklen 01h psi) 22 kg/cm²

Elastizität	rifjch	1	Zyklus	89	,2
!I	nach	20	Zyklen	O	,2

16 18

Beispiel 2

Auf einer Vorrichtung nach Fig. 1 wurdaidurch Luftrakeln von Fasermaterial, enthaltend JO % -bezogen euf das Gewicht des gesamten, Fasermaterials >- Baumwollfasern aus textilem Abfall, wie Treiber oder Flug, sowie YO % Holzzellstoff, hergestellt nach dem SuIfit-Verfahren^Die kurzen Holzzellstoffasern wurden in die Hammermühle (der Fig. 1) eingebracht; in die gebildete I

Luftdispersion wurden dann über die Stachelwalzen 60 die längeren Baumwollfasern eingeführt, über die Düsen 66 wurde das Bindemittel versprüht und zwar für einen Bindemittelauftrag von 20 Gew.-^ Feststoffe in dem Fertigprodukt. Die Matte wurde dann erwärmt, um die Klebewirkung des Bindemittels zu entwickeln. Das Bindemittel war ein Zweikomponentensystem, wobei die eine Komponente ein Imidazolharz und die andere Komponente ein selbstreagierender Vinylacrylsäure-Latex war. Das Fertigprodukt hatte ein Raumgewicht von 36,2 kg/nr (2,26 lbs/cb. ft.) und eine Stärke von 22,2 mm(0,873 in.)

x die Platter gebiläet TABELLE II:

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Q A Q ß /. /. /1C7O

TABELLE II

Bezugszeichen

in Pig.

Druckfestigkeit nach 1 Zyklus (619 psi) 4^,5 kg/cm² 22

¹¹ nach 20 Zyklen(495 psi) ^4,7 kg/cm² 24

Elastizität nach 1 Zyklus 94,1 % 26

¹¹ nach 20 Zyklen 88,6 % 28

Beispiel 3

Im Sinne des Beispiels 2 wurde ein Faservlies aus 100 % Sulfitzellstoff hergestellt. In diesem Beispiel wurden keine längeren Fasern angewandt. Es konnte also in der Anlage nach Fig. 1 die Zuführung 60 für das langfaserige Material entfallen. Auch hier wurde ein Bindemittelauftrag, entsprechend 20 Gew.-# Feststoffe, im Fertigprodukt angewandt. Das Material hatte dann ein Raumgewicht von 4^,2 kg/nr⁵ (2,7 lbs/cb. ft.) und eine Stärke von 15,2 mm (0,645 inch).

TABELLE III

Bezugszeichen in Fig,

It

Druckfestigkeit nach 1 Zyklus (940 psi) 66 kg/cm² 32

nach 20 Zyklen(75O psi) 52,6 kg/cm² 34

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Forts. zu

TABELLE III

Bezugszeichen in Fig.

Elastizität nach 1 Zyklus 95,2 % 36

¹¹ nach 20 Zyklen 91,2 % 38

Beispiel 4

Auf einer üblichen Vorrichtung zur Herstellung von nicht gewebten Stoffen oder Vliesen wurde eine Matte hergestellt unter Verwendung von 85 % Baumwollabfall und I5 % Sulfitzellstoff, die auf einer üblichen Karde vorgemischt wurden. Die Zuführung erfolgte über die Stachelwalze 60, von welcher ein Luftstrom das Fasermaterial aufnahm. Aus der Luftsuspension wurden die Fasern auf Rollen abgelagert. Die dünne Matte wurde dann händisch mit einem Bindemittel besprüht und mehrfach übereinander gelegt, bis die gewünschte Stärke erreicht war. Das mehrfach übereinandergelegte Produkt wurde in einem Ofen getrocknet und das Bindemittel zur Wirksamkeit gebracht. Dieses bestand aus einem Zweikomponentensystem. Die eine Komponente war ein methyliertes Methylolmelamin; die andere Komponente war ein selbstreagierender Vinylacrylsäure-Latex. Auftragsgewicht 12 % Feststoffe im Fertigprodukt. Raumgewicht kO kg/nP (2,5 lbs/ cb. ft.)* Stärke 10,8 mm^0,^23 in.)

TABELLE IV:

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TABELLE IV

Be zugszei ehen. ir- Fig.

Druckfestigkeit nach 1 Zyklus (438 psi) 30,8 kg/em² 42 Elastizität nach 1 Zyklus 92,9 % 46

Aus den Tabellen I bis III und den entsprechenden Kurven 10, 20 und J50 des Diagramms der Fig. 2 ergibt sich, daß in allen Fällen die sehr kurzen Fasern des Holzzellstoffs zu einer Verbesserung der Druckfestigkeit gegenüber Materialien mit nur langfaseriger Baumwolle führen. Dies ist besonders deutlich bei Beispiel 2 und der Kurve 20, die eine Zunahme der Druckfestigkeit in beträchtlichem Ausmaß zeigt bei Verwendung von 70 % Sulfitzellstoff, bezogen auf das gesaint® Fasermaterial, im Vergleich zu dem Produkt des Beispiels Ϊ entsprechend der Kurve 10, in welchem keine kurzfaserigen Substanzen enthalten waren. Besteht das Produkt im Sinne des Beispiels 3 entsprechend der Kurve 30 vollständig aus Holzsellstoff, so ist die Druckfestigkeit noch weiter verbessert. Das Produkt des Beispiels 4 mit nur I5 % Holzzellstoff, zeigt verbesserte Druckfestigkeit an* dem Punkt 42 gegenüber dem Punkt 12 des Materials nach Beispiel 1 ohne kurzen Fasern. Das Ausmaß der Verbesserung der Druckfestigkeit ist für Beispiel 4 nicht so deutlich wie für Beispiel 2 und 3, in welchen größere Mengen an kurzfaserigem Holzzellstoff zur Anwendung gelangten. Man konnte zwar eine gewisse Verbesserung der Druckfestigkeit erwarten, jedoch keineswegs eine so weitgehende Qualitätsverbesserung.

Von noch größerer Deutlichkeit ist die Verbesserung der Elastizität der Produkte aus den Beispielen 2 bis 4. Das Material

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des Beispiels 4 mit nur 15 % Zellstoff zeigte eine Elastizität von y2,9 % (40 in Fig. 2) gegenüber der Elastizität von 8^,2 56 des Vergleichsprodukts aus Beispiel 1 (16 in Fig. 2). Die bemerkenswerte Verbesserung liegt nicht so sehr in deren Ausmaß als in der Tatsache, daß überhaupt eine Verbesserung stattfand, wenn in der Matte sehr kurze Zellstoffasern enthalten sind. Beispiel 4 zeigt diese Verbesserung trotz der Tatsache, daß dieses Material etwas weniger Bindemittel enthält ..Is das Vergleichsprodukt des Beispiels 1. Die Produkte aus den Beispielen 2. und 3 mit 70 bzw. 100 % Sulfitzellstoff zeigen eine bemerkenswerte Verbesserung der Elastizität, nämlich Werte von 94,1, 88,6, 95,2 bzw. 91,2 % gegenüber den Werten 89,2 und 79,2 % des Vergleichsmaterials aus Beispiel 1.

i^s war eigentlich keine Verbesserung durch Zusatz der extrem kurzfaserigen Holzzellstoffe zu erwarten. Jedenfalls nicht in einem derartigen Ausmaß, wie man es erfindungsgemäß erreichen konnte. Im Gegenteil wäre eine Verschlechterung der Elastizität zu erwarten gewesen. Kurze Fasern, insbesondere der außerordentlich kurzfaserige Holzzellstoff, besitzt kein Zurückfedern wie längere Fasern, nämlich die Baumwollabfälle des Beispiels 1. Derartige kurzfaserige Zellstoffe werden von vie- i len Fachleuten dem Staub gleichgesetzt und damit ihre Wirksamkeit eher im Sinne von Körnchen als im Sinne von Fasermaterial erwartet.

jis ist noch nicht bekannt, warum die Zugabe der kurzfaserigen Materialien dieser Art mit dem Harzbindemittel, in wiehern eine Komponente ein Zellulose vernetzendes Reagenz darstellt, zu einer so unerwarteten Verbesserung der Elastizität führt, entgegen aller Kenntnis, wonach bisher kurze Fasern das Material qualitativ beeinträchtigen. Nach der erwähnten USA-Patentschrift 3 181 225 soll das Harz mit den Zellulosemolekülen der Baumwollfasern reagieren und zu einer Vernetzung führen, jedoch können auch andere Erscheinungen zu der Verbesserung der Elastizität führen. Da Holzzellstoff ebenfalls Zellulose ist, wäre zu er-

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warten, daß solche Harze ebenfalls die Elastizität verbessern. Dies erklärt jedoch nicht, warum die Harze die Elastizität der kurzfaserigen Holzzellstoffe über das Ausmaß hinaus verbessern, wie das Harz zu einer Verbesserung bei langfaserigen, mehr elastischen Zellulosefasern in Form von Baumwolle führt. Eine mögliche Erklärung könnte eventuell darin gesehen werden, daß die Zellulose des chemisch aufgeschlossenen Holzes sich von der Zellulose der Baumwollfasern unterscheidet und daß eine andere oder eine zusätzliche chemische Reaktion, die noch nicht aufgeklärt ist, stattfindet. In diesem Zusammenhang muß nochmals darauf hingewiesen werden, daß die Verbesserung der Elastizität und zwar sowohl nach einem Zyklus als auch nach 20 Zyklen in den Holzzellstoff enthaltenden Produkten nach der Erfindung, das sind Beispiele 2 bis 4, sich wesentlich günstiger verhält als die Produkte des Beispiels 1. Elastizitätswerte in der Größenordnung von 88 bis 95 # wurden vorher bei Faserfilzen oder Matten noch nicht erreicht.

PATENTANSPRÜCHE

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Claims

DR. ING. F. WUESTIIOFF 8 MÜNCHEN 00

DIPL. ING. G. FTJLS SCHWEIGERSTRASSE 8

DR.E.V.PEOIIMANN nuro« 22 08 01 DR. ING. D. BKHRKNS

PBOTKCTPATKXT

IA-35 820

Patentansprüche

[l.J Kissenartige Matte oder Vlies auf der Basis von Zellulosefasern und einem Kunstharzbindemittel, welches zumindest eine Komponente, die mit Zellulose zu reagieren vermag, enthält, dadurch gekennzei cn η et , daß 10 bis 100 % des Zellulosefasermaterials chemisch aufgeschlossener Holzzellstoff ist.
2. Matte oder Vlies nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß neben dem Holzzellstoff bis zu 9C % Baumwolle vorliegt.
3. Verfahren zur Herstellung der Matte oder des Vlieses nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei chnet , daß man eine Luftsuspension des Fasermaterials mit dem Bindemittel besprüht, das Fasermaterial ablagert, gegebenenfalls verdichtet und das Bindemittel in der Wärme härtet.

4·. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bindemittel ein Imidazol und ein Vinylacrylsäure-Mischpolymer verwendet.

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