DE19934442A1 - Vliesstoff zur Herstellung von Reinraum-Schutzbekleidung - Google Patents

Vliesstoff zur Herstellung von Reinraum-Schutzbekleidung

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Abstract

Vliesstoff zur Herstellung von mehrfach wiederverwendbarer Reinraum-Schutzbekleidung, bestehend aus Supermikrofilamenten mit einem Titer kleiner 0,2 dtex, die ihrerseits durch Wasserstrahlsplitten aus Mehrkomponenten-Multisegmentfilamenten mit einem Titer kleiner 2 dtex erzeugt werden, wobei diese Filamente aus der Schmelze gesponnen, aerodynamisch verstreckt, zu einem Vlies gelegt und vor dem Splitten einer Wasserstrahl-Vorverfestigung unterworfen werden.

Description

Beschreibung des technischen Gebiets
Schutzbekleidung für Reinräume hat die Funktion, die in diesen Räumen hergestellten bzw. verarbeiteten Erzeugnisse (z. B. Mikroelektronik-Teile, Pharmazeutika, optische Glasfasern) vor dem Menschen als "Quelle" für die Emission störender Partikel (z. B. Staub- oder Haut-Partikel, Bakterien) zu schützen.
Wichtigste Anforderung an ein Material zur Herstellung derartiger Schutzbekleidung ist deshalb die Barrierewirkung. Das Schutzbekleidungsmaterial muß sowohl die vom menschlichen Körper permanent abgegebenen Partikel (Hautschuppen, Haarbruchstücke, Bakterien, etc.) als auch die von einer textilen Unterbekleidung abgelösten Faserbruchstücke zurückhalten, um eine Kontamination der Reinraumluft und damit des Erzeugnisses zu vermeiden. Selbstverständlich darf das Material auch selbst keine Faserteile oder andere Bestandteile in die Reinraumluft emittieren.
Neben der erforderlichen Barrierewirkung muß das Schutzbekleidungsmaterial eine hohe mechanische Belastbarkeit, insbesondere eine hohe Weiterreiß- und Abriebfestigkeit aufweisen, um die Gefahr der Bildung von Rissen oder Löchern infolge Fremdeinwirkung bzw. normaler Tragebeanspruchung zu minimieren. Um die Schutzbekleidung auch mehrfach wiederverwenden zu können, muß das Material zudem die branchenüblichen Wasch- bzw. Reinigungsprozesse (z. T. Sterilisation im Autoklaven) möglichst unbeschadet überstehen, d. h. widerstandfähig gegen naß-mechanischen Abrieb und Pilling sowie ausreichend dimensionsstabil sein.
Zusätzlich zur Barrierewirkung und (naß-)mechanischen Widerstandsfähigkeit muß das Schutzbekleidungsmaterial - insbesondere für den Einsatz in Reinräumen der Mikroelektronik-Industrie - eine antistatische Wirkung aufweisen, d. h. das Material sollte sich durch die unvermeidliche Reibung beim Tragen nicht übermäßig elektrostatisch aufladen bzw. etwaige Aufladungen rasch dissipieren und ableiten können. Dies ist notwendig, damit zum einen sensible Mikroelektronik-Bauteile nicht durch punktuelle Entladungen beschädigt und zum anderen auch keine Staubpartikel aus der Umgebungsluft angezogen werden, die sich auf der Materialoberfläche anreichern und ggf. später wieder emittiert werden könnten.
Zudem sollte das Schutzbekleidungsmaterial auch einen ausreichend hohen Tragekomfort besitzen, d. h. einen möglichst textilen Charakter bzgl. Fall, Griff und Optik aufweisen sowie atmungsaktiv und ggf. auch wärmeisolierend sein, um ein übermäßiges Schwitzen bzw. Frieren des Trägers zu vermeiden.
Stand der Technik
Es ist bekannt, feinsttitrige Synthesefasern bzw. -filamente zur Herstellung von Reinraum-Schutzbekleidungsmaterial einzusetzen. Als "feinsttitrig" werden hier Fasern mit einem Titer kleiner 1 dtex verstanden, welche man auch als "Microfasern" bezeichnet. Für Microfasern mit einem Titer kleiner 0,3 dtex ist auch der Begriff "Supermicrofaser" gebräuchlich.
Übliches Schutzbekleidungsmaterial auf Basis von Microfaser- bzw. Microfilament-Geweben bzw. -Gewirken wird in mehreren Verfahrensschritten hergestellt. Aus polymeren Rohstoffen werden zunächst Microfasern bzw. - filamente gesponnen. Diese werden dann zu Garnen weiterverarbeitet, welche ggf. noch einen nachfolgenden Texturier-Prozeß durchlaufen. Aus den (texturierten) Microfaser- bzw. Microfilament-Garnen wird schließlich das eigentliche Schutzbekleidungsmaterial gewoben. Beim Webprozeß lassen sich zusätzlich leitfähige Garne in Form eines regulären Musters, z. B. in Streifen- oder Karo-Anordnung einweben, um die geforderte Antistatik-Wirkung zu erreichen. Die leitfähigen Garne enthalten z. B. Kern/Mantel-Filamente mit ruß- bzw. graphithaltigem Kern oder Mantel oder auch z. B. Metallfasern bzw. metallisierte Filamente. Die erforderliche Barrierefunktion und die hohe (naß- )mechanische Belastbarkeit wird durch eine extrem dichte und regelmäßige Webung der Mikrofaser-Garne erreicht. Diese hohe Webdichte und die überwiegend oberflächen-parallele Filamentorientierung ist jedoch im Hinblick auf die Atmungsaktivität des Materials ungünstig. Es existieren nur wenige Mikroporen bzw. -kanäle, durch bzw. über die ein Transport von Wasserdampf durch das Gewebe erfolgen könnte.
Die problematische Eigenschaftskombination aus Barrierewirkung und Atmungsaktivität des Schutzbekleidungsmaterials läßt sich durch die Verwendung von partikeldichten, aber wasserdampfdurchlässigen Membranen erreichen. Solche "mikroporösen" Schichten können auf normaldichte textile Materialien z. B. durch Laminierung oder Direktextrusion aufgebracht werden, um ein Material mit textilem Charakter zu erhalten.
Der Fertigungsprozeß für hochdichte Mikrofilament-Gewebe wie auch für Verbundmaterialien aus atmungsaktiver Barrieremembran und Textil ist mehrstufig und damit relativ zeitaufwendig. Als einfacher herzustellende Alternative bieten sich Mikrofaser-Vliesstoffe an.
Flächig kalandrierte Mikrofilament-Spinnvliesstoffe auf Polyethylen-Basis können die Barriere-Anforderungen erfüllen und sind zudem sehr kostengünstig herzustellen. Derartige Materialien sind jedoch praktisch luft- bzw. wasser­ dampfdicht und besitzen einen folienartigen Charakter, d. h. ihr Tragekomfort ist gering. Außerdem sind sie nur unzureichend wasch- bzw. reinigungsbeständig, so daß sich ihre Anwendung auf Einweg- bzw. Wegwerf-Schutzbekleidung beschränkt.
Microfaser-Vliesstoffe, hergestellt aus Multisegment- bzw. aus Multicore- Stapelfasern, welche nach der Vlieslegung und einer evtl. Vorverfestigung mittels Lösemittel oder Wasserstrahlen in einzelne Microfasern aufgesplittet werden, sollten bei guter Barrierewirkung einen erheblich besseren Tragekomfort als die o. g. hochkalandrierten Mikrofilament-Spinnvliese bieten.
In der EP-Patentschrift 0 624 676 wird z. B. ein Verfahren beschrieben, wie man durch Wasserstrahlsplitten einen Microfaser-Vliesstoff herstellen kann, der eine extrem große Fülldichte und damit auch gute Barrierewirkung hat. Diesem Vliesstoff fehlt es aber an Weichheit und Wärmeisolationseigenschaften. Demzufolge wird die Verwendung von wasserstrahlverfestigten Vliesstoffen für den (Schutz-)Bekleidungsbereich als begrenzt angesehen. In der genannten Patentschrift wird deshalb ein anderes Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Wasserstrahl-Technik nicht zur Anwendung kommt.
In der PCT-Anmeldung WO 98 I 23 804 wird abweichend zur o. g. Patentschrift vorgeschlagen, den Vliesstoff vor dem Wasserstrahlsplitten zunächst punktuell thermisch zu verschweißen. Dadurch soll verhindert werden, daß sich der Vliesstoff beim Waserstrahlsplitten mit dem Siebband des Wasserstrahl-Aggregats verhakt und dann beim Abheben beschädigt oder gar zerstört wird. Zum anderen soll damit ein höherer Grad an Faserteilung erreicht werden, woraus verbesserte Barriere- und Tasteigenschaften resultieren sollten.
Eine Erweiterung des Anwendungsbereichs von Vliesstoffen wird auch in der EP-Patentschrift 97 108 364 angestrebt. Dort wird die Herstellung eines Vliesstoffs aus sehr feinen Filamenten beschrieben, der mit gewobenen oder gewirkten Textilien vergleichbare Eigenschaften haben soll. Die sehr feinen Filamente mit einem Titer von 0,005 bis 2 dtex werden mittels Wasserstrahlsplitten aus schmelzgesponnenen, gekräuselten oder ungekräu­ selten Mehrkomponenten-Multisegmentfilamenten mit Titern von 0,3 dtex bis 10 dtex erzeugt. Der so erhaltene Vliesstoff kann noch in unterschiedlicher Weise nachbehandelt werden (z. B. mittels Thermofixierung, Punktkalandrierung, etc.), um spezielle Gebrauchseigenschaften zu erzielen. Die nach diesem Verfahren hergestellten Spinnvliesstoffe sollen sich hervorragend zur Herstellung von Kleidungsstücken und anderen textilen Erzeugnissen eignen.
Darstellung der Erfindung
In nachfolgenden Untersuchungen konnte überraschenderweise festgestellt werden, daß sich gemäß o. g. EP-Patentschrift 97 108 364 hergestellte Vlies­ stoffe sehr gut zur Herstellung von Reinraum-Schutzbekleidung eignen, wenn sie aus Supermicrofilamenten mit Titern kleiner 0,2 dtex bestehen und zudem prägekalandriert werden. Die Supermicrofilamente selbst werden durch Wasserstrahlsplitten aus Mehrkomponenten-Filamenten mit einem Titer kleiner 2 dtex erzeugt, die im Schmelzspinnverfahren gebildet, aerodynamisch verstreckt und mittels Wasserstrahlen vorverbundenen wurden.
Die vorliegende Erfindung beschreibt folglich ein neuartiges Vliesstoffmaterial sowie die Verfahrensschritte zu dessen Herstellung. Der Vliesstoff erfüllt alle Anforderungen an ein mehrfach wiederverwendbares Reinraum-Schutzbekleidungsmaterial. Er zeichnet sich durch eine hohe Barrierewirkung, eine hohe mechanische Belastbarkeit und Dimensionsstabilität, eine effiziente antistatische Wirkung sowie einen hohen Tragekomfort (Atmungsaktivität und textiler Charakter) aus. Diese günstigen Eigenschaften bleiben auch nach mehrmaligen, branchenüblichen Wasch- bzw. Reinigungsprozessen (bis zu 30 Zyklen) in ausreichendem Umfang erhalten. Die Summe dieser Eigenschaften wurde bisher als nicht erreichbar mit einem Vliesstoff mit gesplitteten Feinstfilamenten angesehen.
Der Vliesstoff besteht aus Supermicrofilamenten mit Titern kleiner 0,2 dtex, welche aus ungekräuselten Primärfilamenten einem Titer von 1,5 bis 2 dtex erzeugt werden. Als Primärfilamente werden bevorzugt Bikomponenten- Multisegmentfilamente aus zwei inkompatiblen Polymeren, insbesondere aus Polyester und Polyamid eingesetzt. Diese Kombination ist bekannt, insoweit wird auf die EP 97 108 364 verwiesen. Der Anteil des Polyesters wird höher gewählt als der des Polyamids, bevorzugt zwischen 60 bis 70 Gew.-%. Um die erforderliche antistatische Wirkung zu erreichen, wird eines der beiden oder beide Polymere mit entsprechenden permanent wirksamen, d. h. nicht ab- bzw. auswaschbaren Additiven versehen. Die Antistatikwirkung kann z. B. durch Einmischung von Ruß bzw. Graphit oder durch Beimischung von Polymeren mit stark hydrophilem Charakter oder von Polymeren mit (halb-)leitfähigen Eigenschaften, evt. unter Zugabe von Kompatibilisierungsmitteln erzielt werden. Die primären Bikomponenten-Filamente besitzen einen Querschnitt mit orangenartiger Multisegment-Struktur ("Pie-Struktur"). Die Segmente enthalten alternierend jeweils eines der inkompatiblen, additivierten Polymere. Dieser an sich bekannte Filamentquerschnitt hat sich als günstig für die nachfolgend beschriebene Erzeugung der Supermicrofilamente erwiesen. Um die gewünschte hohe Abriebfestigkeit und geringe Pillingneigung des Vliesstoffs zu erreichen, werden die Primärfilamente im Anschluß an die übliche aerodynamische Verstreckung einem weiteren Verstreck- und gleichzeitigem Temperprozeß unterworfen ("Hot-Channel Stretching").
Die so erzeugten Primärfilamente werden mittels spezieller Aggregate in regelloser Anordnung auf einem bewegten Band abgelegt und anschließend mittels konventioneller Wasserstrahltechnik vorverfestigt, d. h. mechanisch miteinander verschlungen. Anschließend wird das vorverfestigte Primärfilament-Vlies auf perforierten Trommeln mehrmals beidseitig mit Hochdruck-Wasserstrahlen beaufschlagt, wobei die Primärfilamente praktisch vollständig in ihre Bestandteile, d. h. in die einzelnen Supermicrofilamente zerfallen und diese gleichzeitig extrem homogen miteinander verwirbelt werden. Durch diesen Prozeßschritt wird ein Microfaservlies erzeugt, welches aufgrund seiner extrem regellosen und verwirbelten Faserstruktur einerseits die erforderliche hohe Barrierewirkung aufweist, anderseits aber noch ausreichend durchlässig für Wasserdampf ist.
Um die Dimensionsstabilität bei Wasch- und Reinigungsprozessen zu verbessern, wird der Microfaservliesstoff nach dem Wasserstrahlsplitten und anschließender Trocknung einem Heißluft-Thermofixierprozeß unter Spannung unterworfen. Anschließend wird der Vliesstoff in einem Kalander mit spezieller Gravurwalze prägekalandriert, um die Dimensionsstabilität und Abriebfestigkeit weiter zu erhöhen. Der fertige Vliesstoff hat ein Flächengewicht von 80 bis 150 g/m2, vorzugsweise von 95 bis 115 g/m2.
Beispiel
Es wird zunächst ein Vliesstoff mit einem Flächengewicht von 95 g/m2 mit gleichmäßiger Dicke aus Bikomponenten-Filamenten, bestehend aus 70% Poly(ethylenterephthalat) und 30% Poly(hexamethylenadipamid) hergestellt. Die Primärfilamente haben einen Titer von 1,6 dtex und enthalten 16 Segmente, die abwechselnd aus dem Polyester bzw. Polyamid aufgebaut sind. Die schmelzgesponnenen Filamente werden aerodynamisch gestreckt, regellos auf einem Band abgelegt und einer Wasserstrahlbehandlung zugeführt, in der eine erste Vorverfestigung der Filamente erfolgt. Anschließend wird das vorverfestigte Vlies mit Hochdruckwasserstrahlen behandelt, wobei die Primärfilamente in die einzelnen Segmente gesplittet und diese weiter verknäuelt werden. Das Wasserstrahlsplitten wird mehrfach von beiden Seiten des Vliesstoffs durchgeführt. Die entstehenden Supermicrofilamente haben einen mittleren Titer von 0,1 dtex und sind ungekräuselt. Das Vlies wird anschließend getrocknet und prägekalandriert. Der so hergestellte Vliesstoff hat eine Filtereffizienz von ca. 60% für Partikel ≧ 0,5 µm bzw. von ca. 98% für Partikel ≧ 1 µm. Nach 30-maliger Waschbehandlung mit einem Standardwaschmittel bei 40°C sinkt die Filtereffizienz nur unwesentlich auf ca. 55% für Partikel ≧ 0,5 µm bzw. auf ca. 95% für Partikel ≧ 1 µm.

Claims (13)

1. Vliesstoff zur Herstellung mehrfach wiederverwendbarer Reinraum- Schutzbekleidung, bestehend aus Supermicrofilamenten mit einem Titer kleiner 0,2 dtex, die ihrerseits durch Wasserstrahl-Splitten aus Mehrkomponenten-Filamenten (nachfolgend "Primärfilamente" genannt) mit einem Titer kleiner 2 dtex erzeugt werden, wobei die Primärfilamente aus der Schmelze gesponnen, aerodynamisch verstreckt, unmittelbar zu einem Vlies gelegt und vor dem Splitten einer Wasserstrahl-Vorverfestigung unterworfen werden.
2. Vliesstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärfilamente nach der aerodynamischen Verstreckung einem zusätzlichen Verstreck- und Temperprozeß unterworfen werden.
3. Vliesstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärfilamente Bikomponenten-Filamente aus zwei inkompatiblen Polymeren, insbesondere aus einem Polyester und einem Polyamid darstellen.
4. Vliesstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester- Anteil höher als der Polyamid-Anteil ist.
5. Vliesstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester- Anteil, bezogen auf das Vliesstoff-Gesamtgewicht, zwischen 60 und 70 Gew.-% beträgt.
6. Vliesstoff nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht des Vliesstoffes zwischen 80 und 150 g/m2, vorzugsweise zwischen 95 und 115 g/m2 beträgt.
7. Vliesstoff nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärfilamente einen Querschnitt mit orangenartiger Multisegment-Struktur aufweisen, wobei die Segmente alternierend jeweils eines der beiden inkompatiblen Polymeren enthalten.
8. Vliesstoff nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstrahl-Splitten der Primärfilamente dadurch erfolgt, daß der vorverfestigte Vliesstoff mehrfach abwechselnd von beiden Seiten mit Hochdruck-Wasserstrahlen beaufschlagt wird.
9. Vliesstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstrahl-Splitten auf einem Aggregat mit rotierenden Siebtrommeln durchgeführt wird.
10. Vliesstoff nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vliesstoff nach dem Wasserstrahl-Splitten und anschließendem Trocknen prägekalandriert wird.
11. Vliesstoff nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vliesstoff nach dem Wasserstrahl-Splitten zusätzlich einer Thermofixierung und nachfolgend einem Thermosetting unterworfen wird.
12. Vliesstoff nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden oder auch beide inkompatible Polymere ein permanent antistatisch wirkendes Additiv enthält, wie z. B. Ruß oder Graphit, ein Polymer mit ausgeprägt hydrophilem Charakter (z. B. ein Poly(amid-block-ether)- Copolymer, oder ein Polymer mit (halb-)leitfähigen Eigenschaften (z. B. ein Polyanilin- oder Polyacetylen-Derivat).
13. Vliesstoff nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Supermicrofilamente ungekräuselt sind.
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