DE19716263A1 - Warenbahnen mit textilartig anmutenden Oberflächen aus nichtgesponnenen Fasern - Google Patents

Description

Die Beurteilung von Oberflächen im Hinblick auf ihre textilen Charakteristika durch den Durchschrittsfachmann ist im wesentlichen durch die kritische Analyse der Oberfläche anhand der klassischen, textilen Zustandsformen sowie über die Beurteilung der taktilen Elemente gekennzeichnet. Hinzu kommt selbstverständlich die kritische Wertung von Zusammenhängen wie z. B. Biegewinkel, Knickwinkel, Drapierverhalten, Kompressionsverhalten sowie Oberflächenstruktur, Oberflächenrauhigkeit und so weiter.

Insofern ist es nicht verwunderlich, daß sich die Hersteller von Warenbahnen (Folienbahnen) mit textiler Oberfläche unter dem Zwang, überzeugende textile Charakteristik gemäß den vorgenannten Kriterien darstellen zu können, auf Produkte konzentriert haben die mit unterschiedlichsten Methoden ein Kombinationsprodukt aus Kunststoffbahnen der unterschiedlichen Zustandsformen und aus klassischen, textilen Flächengebilden wie Geweben, Gewirken, Vliesstoffen usw. möglich machen.

Das bedeutet, daß die überzeugende Darstellung einer textilen Oberfläche für ein an sich preiswertes Basisprodukt Kostenkonsequenzen zusammenhängend mit dem Einsatz von konventionellen Textilien hat. Die Gründe dafür liegen in den Herstell- bzw. Verarbeitungskosten pro Kilogramm Fasermaterial vergleichend zu den Herstell- und Verarbeitungskosten pro Kilogramm Polymer, z. B. zu einer Folie.

So sind eine Vielzahl von Patenten und Herstellmethoden bekannt, die unter gleichzeitiger Nutzung von Beschichtungsmethoden, Kaschiermethoden, Klebern, Bindemitteln usw. an sich konventionelle Textilien mit Kunststoffoberflächen verbinden, um die Funktionsvorteile einer Kunststoffbahn mit den Funktions- und Ästhetik-Vorteilen einer textilen Bahn zu kombinieren.

So wird beispielsweise in Patent EP 0 460 375 A2 ein Produkt sowie ein zugehöriges Verfahren beschrieben, bei dem die Kombination der Funktionen Folie und textile Oberfläche dadurch erreicht wird, daß an sich bekannte textile Trägermaterialien einseitig über die gesamte Fläche mit einem schmelzbaren Polymer beschichtet werden. Bei diesem Produkt wird z. B. die Funktion Wasserdichtigkeit durch eine schichtweise aufgetretene Polymerstruktur auf ein an sich konventionelles Textil erreicht und mit den Funktionscharakteristiken des Textils bezüglich Aussehen, Festigkeitsaufnahmen, Arbeitsaufnahmen usw. kombiniert.

In der deutschen Offenlegungsschrift 22 12 699 wird ein zusammengesetztes Laminat und Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, das durch das Laminieren einer oder mehrerer vorgefertigten Lagen von Nonwoven (nicht-gewebte, konventionell vorgefertigte Fasern enthaltende textile Flächengebilde) mit einem nicht orientierten Film des gleichen Polymertyps in einem dafür geeigneten Verfahren erhält. Dabei wird besonderer Wert darauf gelegt, keine Bindemittel einzusetzen. Bei dem solchermaßen hergestellen Produkt wird weniger die ästhetische und gestalterische Qualifikation der textilen Oberfläche in den Vordergrund gestellt, sondern vielmehr das zusammenhängend mit Isolationsaufgaben benötigte Abstands­ verhalten und die in diesem Zusammenhang interessanten spezifischen Dichten.

Beide Patentschriften ziehen aber vorgefertigte textile Flächengebilde auf der Basis von natürlichen oder synthetischen Fasern in Betracht, die in mehreren Stufen hergestellt werden. müssen, bevor sie für die Darstellung der eigentlichen Kombinationsprodukte Faserflächengebilde-Filmstruktur genutzt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Erzeugung einer textilartig anmutenden Faserstruktur ohne die für die Herstellung von Fasern üblichen und bekannten Herstellungsmethoden einzusetzen. Das heißt, daß hierbei keine dem Praktiker bekannten Faserherstellprozesse vom Typ Kurzspinnverfahren, Schnellspinnverfahren, Spinnvlies­ technologie und ähnlicher eingesetzt werden dürfen.

Zugleich wird natürlich größer Wert darauf gelegt, daß die zu erzeugenden Faserstrukturen in Gewichtsgrößenordnungen liegen, in denen normalerweise selbständige faserhaltige Produkte für sich allein gesehen, nicht darstellbar sind. Außerdem wird bei der Aufgabenstellung davon ausgegangen, daß die zu erzeugende Faserstruktur mit einer Trägerbahn, die zum Beispiel ein Film, eine Membrane oder eine Kunststoffbahn sein kann, verbunden sein muß.

In Versuchen, Produkte der auftragsgemäßen Konzeption darzustellen, wurde nun überraschenderweise gefunden, daß die überwiegende Mehrzahl von polymeren Rohstoffen, die punktuell zwei beheizte Oberflächen miteinander verbinden, beim Auseinanderziehen der beiden Oberflächen bei Temperaturen, die oberhalb des Glasumwandlungspunktes der jeweiligen Polymere liegen, nicht - wie angenommen - zu einem Polymer-Schmelze-Bruch oder aber zur Ausbildung eines einzelnen Filamentes führen, sondern in der Regel zu einer Vielzahl von kleinen, feinen Fibrillen, die aufgrund der sehr großen Oberfläche sehr schnell erkalten, abreißen und Fibrillen bzw. Faserstrukturen zeigen. Fig. 1 und 2.

Es wurde weiterhin dabei gefunden, daß Schmelzeflecken größerer Filmdicke zwischen den beiden beheizten Platten beim Auseinanderreißen zu einer Vielzahl von relativ groben Fasern führen, während Schmelzeflecken extrem geringer Dicke beim Auseinanderreißen der beiden beheizten Platten zu einer Vielzahl von sehr feinen Fasern führen.

Es war weiterhin interessant festzustellen, daß nicht nur Polymerschmelzen die vorgenannten Verhaltensweisen zeigen, sondern auch Polymerdispersionen, Organosole und/oder Plastisole auf der Basis von polymeren, kopolymeren und therpolymeren Rohstoffen. Dabei kommt es weniger darauf an, den Fibrillierungsprozeß wie vorbeschrieben unter besonderer Berücksichtigung der Plattenoberflächentemperaturen und den Glasumwandlungspunktes der beteiligten Polymere zu steuern, sondern die Viskositäten der Dispersionen oder Lösungen so einzustellen, daß die Kohäsionskräfte der auf die beiden partizipierenden Oberflächen applizierten Massen kleiner sind als die Adhäsionskräfte zu den besagten Oberflächen selbst.

Diese Einstellung der Viskositäten kann alternativ über die Polymerauswahl bzw. Kombination von unterschiedlichen Polymeren selbst, deren Konzentration in der Dispersion oder aber organischen Lösung sowie der Definition der am Fibrillierungsprozeß beteiligten Oberflächen bezüglich Temperatur, Oberflächenstruktur usw. erfolgen.

Als weiterhin interessantes Ergebnis stellte sich heraus, daß grundsätzlich die kleineren Auftragsstärken an Polymermasse beim Fibrillierungsprozeß zu den gleichmaßigeren Oberflächeneffekten führen.

Darüberhinaus wurde überraschenderweise festgestellt, daß insbesondere die spezifische Dichte der applizierten Polymermassen auf die Gleichmäßigkeit der gewünschten textilartigen Oberfläche einen deutlichen Einfluß hat. So zeigte sich beispielsweise, daß der Zusatz von gasbildenden Additiven zu den Polymerstoffen bzw. zu den Dispersionen oder Organosolen oder aber auch die mechanische Vorbeladung von Dispersionen insbesondere mit Luft, Wasser oder Luftsauerstoff oder Stickstoff zunächst bei Applikation zu einer Art Porenstruktur führt, die sich dann beim Trennen der beiden beteiligten Oberflächen voneinander wiederum in sehr feinen und gleichmäßigen Fibrillenstrukturen über die Oberfläche umwandeln läßt.

Grundsätzlich stellte sich heraus, daß die Steuerung der Fibrillenlänge über die Auftragsmenge bzw. Schichtdicke einerseits, das Molekulargewicht der beteiligten Polymere zum Zweiten und über die Verdehnungscharakteristik der Polymere bei den gewählten Temperaturen einstellen läßt. Zusätze von mikrodispersen Füllstoffen haben sich nicht nur in diesem Zusammenhang als vorteilig erwiesen, sondern führten konsequenterweise auch dazu, daß in den meisten Fällen eine deutliche Verbesserung der Trockenheit des Griffs der so erzeugten Fibrillenstruktur erreicht wurde.

Voraussetzung für die großtechnische Umsetzbarkeit der erfindungsgemäßen Idee war die Übertragbarkeit der vorbeschriebenen Laborversuche auf rotative Systeme, die es ermöglichen, Kunststoffbahnen hochrationell in kontinuierlicher Weise mit den erfindungsgemäßen, textilartig anmutenden Faserstrukturen aus nicht-gesponnenen Fasern zu produzieren. Die für die Erzeugung der Fibrillenstruktur notwendige zweite Polymerschicht wird entweder als Polymerschmelze in an sich bekannter Weise mit Technologien wie Streichen, Drucken, Schlitzdüsenauftrag, Sprühen, Schleuderguß, Extrusions- oder Kalanderauftrag usw. auf die ersten Warenbahn appliziert.

Im Falle von Dispersionen, Suspensionen, Organosolen oder Plastisolen wird die Masse für die zweite Polymerschicht aus flüssig-viskosen Zuständen über an sich bekannt Auftragstechniken wie Tiefdruck, Flexodruck, Schablonendruck, Sprühen, Streichen, Schaumauftrag usw. vorgenommen.

Im Anschluß hieran wird die so aufgetragene Polymermasse auf der der beschichteten Warenbahnoberfläche gegenüberliegenden Seite mit einer zweiten Oberfläche in Kontakt gebracht. Diese kann dabei sowohl die Oberfläche einer Kaschierwalze als auch die innere Seite einer zweiten Warenbahn sein. Entscheidend für den Erfolg der vorliegenden Erfindung ist dabei, daß die beiden so gebildenden korrespondierenden Oberflächen im wesentlichen die gleiche Oberflächengeschwindigkeit besitzen, über die volle Fläche der Materialbreite eine ausreichend sichere Kontaktaufnahme zwischen den beiden korrespondierenden Oberflächen erfolgt ist und daß die Temperaturprofile der beteiligten Polymere einerseits und der beteiligten Walzen- bzw. Kontaktoberflächen andererseits so aufeinander abgestimmt werden, daß die beiden Warenbahnoberflächen im Auslauf des Kalanderspaltes mittels Aufreißen der zweiten Polymerschicht so voneinander getrennt werden, daß auf beiden Warenbahnoberflächen bzw. für den Fall, daß die Oberfläche der Kaschierwalze selbst die zweite Oberfläche gebildet hat, eine Warenbahn mit fibrillierter, textilartig anmutender Oberfläche entsteht.

Ausführungsbeispiel 1

Es wird eine dreischichtige Polymerfolie mit einem hierfür geeigneten Mehrschicht-Extrusions­ kopf in einer Stärke von 50 µm hergestellt. Die beiden äußeren Schichten haben eine Endstarke von jeweils 20 µm und bestehen aus einer Mischung von 70% HDPE und 30% EVA. Die mittlere Schicht der dreilagigen Folie besteht aus einer Mischung aus 30% EMA, 30% EBA, 30% EVA und 5% gefälltes Kalziumkarbonat sowie 5% Polyethylenwachs.

Die so hergestellte, dreilagige Polymerbahn wurde in einen aus zwei Walzen gebildeten Walzenspalt hineingefahren. Beide Walzen sind in dieser bevorzugten Ausführungsform hohlgebohrt und die Wandstarke ist mit einer Vielzahl von kleinen Kapillaren durchgehend von innen nach außen versehen sowie über die volle Breite beheizt mit einer Temperaturgenauigkeit < ± 3°C. Die Walzenkonstruktion ist dabei so gestaltet, daß von innen her über die Kapillarstruktur ein Vakuum auf der Walzenoberfläche erzeugt werden kann, das in der Lage ist, die Folien zumindest in Teilbereichen des Walzenumfangs mit einem Anpreßdruck von mindestens 10 kg/m² zu fixieren. Die so beschriebene Walzenkonstruktion entspricht einer bevorzugten Ausführungsform.

Die vorgefertigte, dreilagige Folie wurde nun auf eine Temperatur zwischen 70 und 110°C erwärmt, in den Walzenspalt eingefahren und zwischen den beiden Walzenoberflächen kraft- und formschlüssig geführt. Beim Auslauf aus dem Kalanderspalt zeigte sich, daß die beiden äußeren Folienlagen dem Umfang der Kalanderwalzen folgen und dabei die mittlere Polymer­ schicht aufriß und sehr gleichmäßige Fibrillenstrukturen in einer Länge zwischen 0,1 und 1,0 mm über die volle Fläche gebildet wurden.

Das applizierte Vakuum innerhalb des Walzenkörpers lag bei 800 mm Wassersäule. Die Walzenumfangsgeschwindigkeit betrug 60 m/min. Fig. 3.

Ausführungsbeispiel 2

In einem Blasfolienprozeß wurde eine 30-µm-starke Folie, bestehend zu 90% aus einem Polypropylen, das nach dem Single-Side-Katalysator-Prozeß hergestellt wurde, und 10% eines Ethylen-Buthyl-Acrylats. Der Film war mit vordispergierten Weißpigmenten eingefärbt. Nach Trennung des geblasenen Schlauches in zwei Folienschichten wurde eine der beiden Folienschichten auf der der zweiten Folienschicht zugewandten Seite auf einer Fläche von 80% der gesamten Oberfläche mit einer Rotationssiebschablone und einem Hotmelt-Polymer, bestehend aus APP, EVA, gefälltes Kalzium-Karbonat und Polyethylen-Wachs, in einer aus der klassischen textilen Gewebetechnik bekannten Pattern bedruckt, die beiden Warenbahnen danach zwischen zwei kraft- und formschlüssig zueinander angeordneten Walzen analog Ausführungsbeispiel 1 zusammengebracht, so daß das applizierte Hotmelt-Polymer in den applikationsrelevanten Flächenbereichen zu den beiden innen liegenden Filmoberflächen einen ausreichenden, adhäsiven Kontakt bekam.

Bei Auslauf aus dem mit Vakuum beaufschlagten Walzensystem fand eine Trennung im mittleren Bereich des Folienlaminats statt, bei dem in den für die Hotmelt-Applikation relevanten Bereichen eine Fibrillierung erreicht wurde. Die Fibrillenlängen lagen zwischen 0,1 und 0,4 mm. Die Begrenzung der Fibrillenlänge wurde in diesem Fall mit einer im Auslaufspalt angeordneten Technik erreicht, die unter dem Begriff "Luftmesser" im Prinzip bekannt ist.

Der Hotmelt-Auftrag betrug auf das Fertigprodukt gerechnet 3,6 g/m². Die Walzenumfangs­ geschwindigkeit betrug 32 m/min.

Ausführungsbeispiel 3

Zwei CAST-Folien an sich bekannter Polymerzusammensetzung auf der Basis von Polyethylen, block-kopolymeres SBS und EMA, mit vordispergierten Farbstoffen eingefärbt, wurden parallel zueinander geführt und eine der beiden Folien auf der der zweiten Folie zugewandten Innenseite mit einem Zwei-Komponenten-Polyurethan-Hotmelt auf 60% der Oberfläche mit einer an sich bekannten Schlitzventil-Hotmelt-Applikationsdüse mit einer Menge von 3 g/m² in adhäsiven Kontakt gebracht.

Danach wurden die beiden Folien wiederum in bekannter Weise kraft- und formschlüssig miteinander verbunden und im unmittelbaren Nachgang daran zwischen zwei hierfür geeigneten Walzen mittig voneinander getrennt, wobei die beschriebene Fibrillenstruktur in den Bereichen ausgebildet wurde, in denen temporär die Verbindung zwischen den beiden Folien bestanden hatte. Eine Beaufschlagung des sich bildenden Fibrillen-Systems im Auslaufspalt durch in den Spalt injizierten Sattdampf erwies sich als vorteilhaft.

Die Darstellung sowie die Charakteristik der erfindungsgemäßen Fibrillenstruktur macht deutlich, daß hierbei keine Fasern im üblichen Sinne der konventionellen Faser- bzw. Textil­ industrie bzw. Nonwoven-Industrie vorliegen. Vielmehr könnte man die so entstandenen Fibrillenstrukturen als eine sehr große Vielzahl einzelner Schmelzeabrisse mit "Appendix- Struktur" verstehen. Fig. 5.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Produkte ist insbesondere im Bereich der großen Massenprodukte zu sehen. Bei Produkten also, die ein sehr niedriges Gewicht haben, trotzdem spezifisch auf Primär- und Sekundärfunktionen im Bereich der Leistungsparameter zugeschritten sind und die zugleich mit einem möglichst geringen Aufwand im Herstellkostenbereich darstellbar sind. Hierzu gehören Verpackungsmaterialien, Produkte aus dem Körperhygienebereich, bei denen Wasserdichtigkeit, eventuell zur gleichen Zeit Wasserdampfdurchlässigkeit und zugleich ein deutlich textiles Aussehen in der Oberfläche gefordert werden.

Darüberhinaus werden solchermaßen hergestellte Produkte naturgemäß dort eingesetzt, wo es auf eine sehr große Gleichmäßigkeit der durch die Fibrillenstruktur gebildeten, inneren Oberfläche über die gesamte Fläche einer Folienbahn ankommt, so zum Beispiel bei sehr gleichmäßigen Isolationswiderständen in der Elektro- bzw. der Elektronikindustrie.

Claims (14)

1. Warenbahn aus homopolymeren und/oder kopolymeren und/oder therpolymeren Rohstoffen, die zumindest einseitig mit einer textilartigen anmutenden Faserstruktur aus nicht-gesponnenen Fasern versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf die vorgenannte Warenbahn einseitig mindestens 0,5 g/m² einer zweiten Schicht von polymeren Rohstoffen ganz- oder teilflächig aufgebracht wird, dessen Adhäsionskräfte zu besagter Warenbahn zumindest temporär größer sind als seine Kohäsionskräfte, und die textilartige Fibrillenstruktur dadurch erzeugt wird, daß der auf die Oberfläche der Warenbahn aufgebrachte Polymerstoff mit einer zweiten Oberfläche adhäsiv in Kontakt gebracht wird und danach durch Vergrößerung der Abstände der beiden Kontaktoberflächen zueinander phasentrennend auseinandergerissen wird.

2. Produkt nach Anspruch 1, bei dem die zweite Kontaktoberfläche zugleich Oberfläche einer zweiten Warenbahn ist.

3. Produkt gemäß Anspruch 1 bis 2, wonach für die Trägerschichten Homopolymere vom Typ Polyethylen, Polypropylen bzw. deren Homologe eingesetzt werden sowie gemeinschaftlich verarbeitbare Kopolymere oder Therpolymere.

4. Produkt gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, wobei die zweite Schicht aus den Rohstoffgruppen Polypropylen, Polyethylen, LDPE, HDPE, LLDPE, PB, APP, EMA, EBA, EVA, Wachsen sowie Kopolymerisaten bzw. Therpolymerisaten von Butadien, Styrol, Acrylsäure bestehen.

5. Produkt gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Schicht des zweiten Polymers aus Polymerdispersionen, Polymerorganosolen bzw. lösungsmittelhaltigen Polymeren und/oder Kopolymeren auf der Basis Acrylsäure, Styrol-Buthadien-Styrol, Polyether- Urethane, Polyester-Urethane, Naturlatex, alle einzeln oder aus gemeinschaftlich verarbeitbaren Mischungen der vorgenannten Rohstoffgruppen bestehen.

6. Produkt gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, wo bei der zweiten Polymerschicht gasbildende Additive wie z. B. Stickstoff, Luft (Sauerstoff), Wasser oder ähnliche expandierende Gase oder Flüssigkeiten oder aber gasabspaltende anorganische oder organische Substanzen vor der Applikation auf beschriebene Oberfläche der Warenbahn zugesetzt werden.

7. Produkt gemäß Anspruch 5, wobei die Einbringung von gasbildenden Additiven über mechanische Verschäumung zum Einsatz kommt.

8. Produkt gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, bei dem die Kunststoffbahnen mit textilartiger Oberfläche aus nicht-gesponnenen Fasern wasserdampfdurchlässig, aber nicht luftdurchlässig ausgebildet sind.

9. Produkt gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, wonach die Kunststoffbahn mit textilartiger Oberfläche aus nicht-gesponnenen Fasern wasserdampfdurchlässig und zugleich luftdurchlässig ausgebildet ist.

10. Produkt gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, wonach zumindest die fibrillierten, nicht­ gesponnenen Oberflächen einen elektrischen Oberflächenwiderstand < 10⁷ besitzen.

11. Verfahren zur Herstellung der Produkte gemäß Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine erste Warenbahn eine zweite Polymerschicht gemäß Anspruch 1 bis 2 im Sinne einer Folienapplikation oder aber über Drucktechnik oder aber über Sprühtechnik oder aber über Schleudertechnik oder aber über Hotmelt- Technologien (intermittierend und/oder nicht intermettierend) aufgebracht wird, danach dieser zweiten Polymerschicht die zur Fibrillierung notwendige, zweite Kontaktoberfläche zur Verfügung gestellt wird, die entweder durch die gegenüberliegende, zweite Warenbahn oder aber durch eine rechtwinklig zur Warenlaufrichtung angeordnete umlaufende Walze eines zumindest zwei Walzen umfassenden Laminier-, Kaschier- oder Kalandersystems zu verstehen ist und danach die zwei Kontaktoberflächen für die zweite Polymerschicht durch sukzessives Vergrößern der Abstände zueinander beim Auslauf aus dem Kalanderspalt die Trennung der zweiten Polymerschicht erfolgt und der vorbeschriebene Fibrillierprozeß eingeleitet und abgeschlossen wird.

12. Verfahren gemäß Patentanspruch 11, bei dem zumindest eine Walze des vorbeschriebenen Zweiwalzensystems heizbar und/oder kühlbar ist und die in der Tiefe des Walzendurchmessers mit einer Vielzahl von Kanälen versehen ist, die, vom Zentrum der Walze ausgehend, in Teilbereichen der Oberfläche mit Vakuum belastet werden kann mit dem Ziel, die für den Fibrillier- bzw. Trennprozeß notwendigen Kräfte durch sicheres Anhaften der Warenbahnen auf der Oberfläche der Walze zu erzeugen.

13. Verfahren gemäß den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Länge der Fibrillen zwischen den in zunehmendem Maße Abstand zueinander bekommenden Oberflächen bzw. Warenbahnen im Auslauf der Zwei- Walzen-Kombination dadurch gesteuert bzw. begrenzt wird, daß die Trennung der entstehenden Fibrillen zwischen den beiden Grenzflächen durch physikalisch-mechanische Trennverfahren wie z. B. durch einen Heizdraht, einen Laserstrahl, ein Kaltluftmesser, ein über die volle Breite der Produktion laufendes Spaltmesser und/oder durch die Limitierung des Verdehnungsverhaltens der Polymermasse, über Rohstoffeinsatz bzw. Kombination der Rohstoffe erfolgt.

14. Verfahren gemäß den Verfahrensansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Polymerschicht unmittelbar nach dem Auftrag auf die Trägerbahn oder aber bei bzw. im unmittelbaren Nachgang nach dem Trenn- bzw. Fibrillierungsprozeß mit energiehaltigen Strahlen oder aber Wasserdampf oder aber Luftsauerstoff beaufschlagt wird, um eine Beschleunigung der Vernetzungsvorgänge mit dem Ziel einer Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der Fibrillenstruktur zu erreichen.