DE2018237C2

DE2018237C2 - Verfahren zur Herstellung von Faservliesen

Info

Publication number: DE2018237C2
Application number: DE2018237A
Authority: DE
Inventors: Willem Jan van der Oosterbeek Geer; Popke Arnhem Wietsma
Original assignee: Polysar International SA Freiburg / Fribourg; Polysar International SA
Current assignee: Covestro International SA
Priority date: 1969-04-17
Filing date: 1970-04-16
Publication date: 1985-02-21
Also published as: GB1275346A; DE2018237A1; ZA702540B; SE358688B; CA918370A; FI53467B; BE749086A; NO133413C; FI53467C; JPS4820195B1; DK127821B; NO133413B; CH505928A; US3622447A; FR2039245A1

Description

Die kanadische Patentschrift 6 99 360 beschreibt die Koagullerung eines Polymerlatex in Gegenwart eines

2« Überschusses eines Schutzmittels zwecks Herstellung von Blndertellchen für Faservliese. Um wirksam zu sein, muß das Schutzmittel bei diesem Verfahren bestandig sein, während die Koagullerung stattfindet, d. h. es darf nicht durch unlösliche Salze ausgefällt werden oder unlösliche Salze mit dem Koagullerungsmlttel bilden.

Die britische Patentschrift 10 42 552 betrifft die Koagullerung eines Kautschuklatex, während dieser mit Fasern gemischt Ist, in Gegenwart eines Schutzkolloids. Die erhaltene Suspension wird beispielsweise auf einer Papiermaschine zu einem papierartigen oder textllartigen Vlies verarbeitet. Die Verarbeitung zu Binder enthaltenden Vliesen kann u. a. die Stufen der Trocknung, des Pressens mit oder ohne Erhitzen, der Imprägnierung mit Harzen und der Bemusterung umfassen.

Die US-Patentschrift 27 85 975 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cellulosefaserprodukten, wobei einer wäßrigen Fasersuspension eine Mischung aus einer Latexemulsion und einem Verdickungsmittel zugesetzt wird.

M) Die dabei erwähnten Phenol-Aldehyd-Kondensationsprodukte werden als Faserverstärkungsmittel, nicht jedoch als Verdickungsmittel beschrieben. Weiterhin werden der Latex und die Phenol-Aldehyd-Produkte zu der Fasersuspension gegeben und anschließend koaguliert. Im Gegensatz dazu wird In der nachfolgend beschriebenen Erfindung koaguliert, bevor man das Gemisch zur Fasersuspension gibt. Es wurde gefunden, daß die nach den bekannten Verfahren hergestellten Vliese häufig ungenügende Festlg-

> kelt und/oder Dehnung Im nassen oder trockenen Zustand für die Verwendung In der Praxis haben, und daß Insgesamt die Reproduzierbarkelt der Vliesqualität nicht völlig befriedigend Ist. Eine gewisse Verbesserung Ist möglich, indem die Vliese einer Nachbehandlung mit zusätzlichen Hllfsstoffen unterworfen werden, aber hierzu Ist eine zusätzliche Verfahrensstufe notwendig, und Im allgemeinen Ist hiermit eine Verschlechterung der Flexibilität oder Geschmeidigkeit des Produkts verbunden.

«ι Ein weiterer großer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß die koagulierten Polymerteilchen eine sehr große Schwankung der Teilchengröße zeigen. Diese Schwankung erschwert nicht nur die Herstellung von Vliesen von gleichmäßiger Qualität, sondern führt auch dazu, daß die Zurückhaltung auf dem vllesbllden den Sieb unbeständig und häufig ungenügend 1st, wodurch Asschußware gebildet wird.

Es wurde nun gefunden, daß die vorstehend beschriebenen Nachteile In überraschend einfacher Welse

vermieden werden können. Es 1st nicht notwendig, die Fasern einer Vorbehandlung zu unterwerfen.

Gegenstand der Erfindung 1st ein Verfahren zur Herstellung von Vliesen, wobei ein wäßriger Polymerlatex In Gegenwart eines Verdickungsmlttels mit einem Koagullerungsmlttel für den Latex gemischt, das Gemisch mit Fasern gemischt wird und die erhaltene Suspension von Fasern und koagulierten Latexlellchen in üblicher Welse zu einem Vlies gebildet wird. Das Verfahren Ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel in

51] einer Menge von wenigstens 4 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Latex, verwendet wird und das Verdickungsmittel und das Koagullerungsmlttel so gewählt werden, daß bei der Koagullerung des Latex das Koagullerungsmlttel außerdem eine weltgehende Ausflockung des Verdickungsmlttels bewirkt.

Obwohl das bemerkenswerte Ergebnis, das durch Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung erzielt wird, noch nicht völlig erklärt werden kann, hat es sich gezeigt, daß das ausgedockte Verdickungsmittel eine ||

5< erhebliche Verbesserung der Abbindung bewirkt, die gewöhnlich mit den Polymerteilchen erzielt wird. Die Stel- ||

gerung der Stärke des Vlieses oder Blattes Ist weit größer, als dies auf der Basis der einzelnen Mittel erwartet j|

werden könnte. Ferner Ist die Schwankung der Teilchengröße des Polymeren, das unter den Bedingungen |

gemäß der Erfindung koaguliert wird, erheblich geringer, so daß es möglich Ist, absolut vollständige Zurückhai- %

tung des Polymeren bei der Blattbildung zu erreichen. ■

<>» Für das Verfahren gemäß der Erfindung eignen sich grundsätzlich alle Verdickungsmittel, die durch ein für J,

den Latex geeignetes Koagullerungsmltlel weltgehend ausgedockt werden können. Unter Ausflockung Ist hler ^h:

die Ausflockung des Mittels als solches als Folge einer Veränderung Im Medium sowie die Ausfällung zu verstehen, die dadurch eintritt, daß das Mittel eine unlösliche Verbindung mit dem Koagullerungsmlttel bildet. Kombinationen von Verdickungsmittel und Koagullerungsmltlel, die sich zur Erzielung der beabsichtigten

'·* Ausflockung eignen, können durch einfache Vorversuche bestimmt werden.

Beispielsweise wurde gefunden, daß Mittel wie Polyacrylate und Carboxymethylcellulose, die häufig für die ' Stabilisierung oder Verdickung von Latlces verwendet werden, als Verdickungsmittel für das Verfahren gemäß ;

der l'rllinlunn sehr gut geeignet sind, wenn sie In Kombination mil einer wilßrlgen Lösung eines Aluminium- %

salzes wie Alaun oder Aluminiumsulfat verwendet werden.

In diesem Fall findet die Ausflockung der genannten Verdickungsmittel als Folge der Bildung unlöslicher Aluminiumverbindungen slull.

Zur Erzielung einer wesentlichen Verbesserung der Vllesfesilgkelt und -stärke und einer geringeren Streuung der Tcllchcngrölic Ist es notwendig, das Verdickungsmittel in einer Menge von wenigstens 4 (iew.-V vorzugsweise wenigstens 8 Gew.-*., bezogen auf den Feststoifgehalt des Latex, zu verwenden. Theoretisch kann die Menge des Verdickungsmittel bis zu einem Punkt erhöht weiden, bei dem Verarbeitungsschwierigkeiten eintreten. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß es wenig Sinn hat, das Verlckungsmlttel In einer Menge von mehr als 40 Gew.-* zu verwenden, da die Vllesfestigkelt Im allgemeinen bei Verwendung einer kleineren Menge genügend verbessert wird. Ferner wird durch Verwendung größerer Mengen das Verfahren nicht nur teurer, sondern es ^1(l kann auch eine erneute Verschlechterung der Festigkeit des Vlieses eintreten. Optimale Ergebnisse werden Im allgemeinen erzielt, wenn das Verdickungsmittel In einer Menge von 8 bis 20 Gew.-%, bezogen auf den Festoffgehalt des Latex, verwendet wird.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung können grundsätzlich alle Arten von koagullerbaren Latlces von synthetischen oder natürlichen Polymeren verwendet werden, beispielsweise Latices von Styrol-Butadien- i> Copolymeren, aus Acrylaten, Acrylnitril, Vinylchlorid hergestellte Polymerlatlces und Insbesondere Latices von Copolymeren des vorstehend genannten Typs, die mit reaktionsfähigen Gruppen modifiziert worden sind. Copolymere des letztgenannten Typs werden beispielsweise durch Copolymerisation mit oleflnsich ungesättigten Carbonsäuren oder Hydroxyverbindungen erhalten.

Das Koagulierungsmlttel wird dem Polymerlatex zugesetzt. In den die gewünschte Menge des Verdlckungs- ^M mittels eingearbeitet worden 1st, worauf die Suspension der koagullerten Latexteilchen und des ausgeflockten Verdickungsmittel mit dem Faserbrei oder Stoffbrei gemischt wird.

Dieses Verfahren eignet sich ausgezeichnet für die kontinuierliche Durchführung, wobei getrennte Ströme von Koagulierungsmlttel und Latex kontinuierlich einem Koagullerungstank zugeführt werden und die erhaltene Koagulatsuspenslon kontinuierlich abgezogen wird. Form und Größe der Koagulattellchen lassen sich durch Veränderung des Verdünnungsgrades der Ströme und der Mischintensität, Im vorliegenden Fall der Geschwindigkeit des Rührers, weltgehend einstellen. Die abgezogene Koagulatsuspenslon kann dann mit dem Faserbrei ebenfalls kontinuierlich gemischt werden, worauf das erhaltene Gemisch gegebenenfalls direkt der ßlattblldungsmaschlne zugeführt werden kann. Diese Arbeltswelse ermöglicht die Verwirklichung eines vollständig Integrierten Vliesbildungsverfahrens. "'

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Faservliese eignen sich zur Herstellung von flächigen Produkten, die vollständig oder teilweise aus solchen Vliesen bestehen.

Beispiel 1

Eine Anzahl von Versuchen wird unter Verwendung eines wäßrigen anlonlschen Latex eines hitzereaktiven, carboxymodlflzlerten Acrylatpoymeren (Gesamtfeststoffgehalt: 50%; pH: 6,0; Dichte: 1,06 g/cm³; Viskosität (Brookfleld Viskosimeter LVF, Spindel 2, 60 Umdr. · min¹): <200mPas; Oberflächenspannung: 35 · lü"⁵ N · cnr¹) durchgeführt. Bei diesen Versuchen werden als Verdickungsmittel verschiedene Mengen Carboxymethylcellulose (CMC) im Latex gelöst. Falls erforderlich, wird die Lösung mit Wasser verdünnt, um ⁴" gute Verarbeitbarkelt sicherzustellen.

Als Koagulierungsmlttel dient eine Alumlnlumsulfatlösung In Wasser, die entsprechend dem vorgesehenen Zweck verdünnt worden Ist.

Der Latex wird allmählich unter Rühren dem Koagullerungsmltlel zugesetzt, worauf der Rührer abgestellt wird. Die erhaltene Koagulatsuspenslon wird dann mit einer 0,l%lgen Suspension von Reyonfasern, die einen Titer von 0,17 tex und eine Länge von 6 mm haben, gemischt. Bei allen Versuchen beträgt das Mischungsverhältnis von Koagulattellchen zu Fasern etwa 20:100.

Anschließend wird die wäßrige Suspension des Koagulat-Faser-Gemlsches auf einem Sieb zu Vliesen verarbeitet, die ein Flächengewicht von etwa 50 g/m² haben. Die Feststoffteilchen werden hierbei praktisch vollständig auf dem Sieb zurückgehalten. Nachdem die Vliese an der Luft getrocknet und 5 Minuten bei 150° C gehärtet -'' worden sind, werden sie 24 Stunden In Luft einer relativen Feuchtigkeit von 57% gehalten. Die Vliese werden dann 24 Stunden In Wasser gehalten, worauf die Reißlängen im trockenen und nassen Zustand ermittelt werden. Die Ergebnisse der Versuche sind nachstehend In Tabelle A genannt.

Tabelle A	Kougulierungsmiltel Konz. % Vol. ml	180	Liitcx Feststoff %	Vol. ml	Reißlänge des Vlieses in m trocken	naß
Teile CMC pro 100 Teile Feststoff im Latex	0,28	180	5	20	260	80
0	0,28	140	5	20	1040	120
2	0,36	80	1,7	60	1130	160
4	0,62	26Ü	0,8	120	1810	200
6	0.38		0.42	240	2050	240
10

I	Fortsetzung	Koagulierungsmitlel	Vol. ml	20 18	237	Reißlänge des Vlieses in m	I	naß
iv>	Teile CMC pro 100 Teile	Konz.%				trocken
	Feststoff im 5 Latex		260	Latex				290
Fl $		0,38	260	Feststoff %	Vol. ml	2120		175
1	20	0,38	180			1785	160
P	40	0,56	160	0,42	240	1395	120
■■ι	IO 6°	0,62		0,42	240	1110
ύ	80	0,31	320
		0,29	340

Beispiel 2

" Die In Beispiel 1 beschriebenen Versuche werden unter Verwendung eines wäßrigen anlonlschen Latex von Dloctylphthalat als Weichmacher enthaltendem Polyvinylchlorid (Feststoffantell: 56%; spezifisches Gewicht: 1,13 g cm-³; pH: 8; Oberflächenspannung: 38 · 10^s N · cm"¹; Brookfleld-Viskosltät (LVF-Vlskosimeter Spindel 2, 60 Umdr. · min¹): 45 mPas wiederholt. Die Ergebnisse sind nachstehend In Tabelle B genannt.

²⁰ Tabelle B

Teile CMC pro 100 Teile Feststoff im 25 Latex

Koagulierungsmittel

Konz. %

Vol. mi

Latex

Feststoff %

Vol. ml

Reißlänge des Vlieses in m trocken

naß

0	0,28	180	5	20	1040	135
2	0,28	180	5	20	1200	280
4	0,36	140	1,7	60	2020	310
6	0,62	80	0,8	120	2630	400
10	0,38	260	0,42	240	2050	560
20	0,38	260	0,42	240	2150	485
40	0,38	260	0,42	240	1140	270
60	0,38	260	0,42	240	695	240
80	0,62	160	0,29	340	745	170

Beispiel 3

Die In Beispiel 1 beschriebenen Versuche werden unter Verwendung eines wäßrigen, anlonlschen Latex eines Styrol-Butadlen-Copolymeren (Feststoffantell: 50%; pH: 6,5; spezifisches Gewicht des Latex bei 20⁰C: 1,016 g cm"³; spezifisches Gewicht des Polymeren: 1,005 gcnr³; Brookfleld-Viskosltät (Viskosimeter: LVF, Spindel Nr. 1, 60 Umdr. min¹, 20° C): 75 mPas; Oberflächenspannung: 36 ■ 10~⁵ N ■ cm¹) wiederholt. Die Ergebnisse sind nachstehend In Tabelle C genannt.

Tabelle C	Koaguüerungsmiuel	Vol. iT.l	Latex	Vol. ml	Reißlänge des Vlieses in m	naß
Teile CMC pro 100 Teile	Konz. %	180	Feststoir %	20	trocken
FeststolT im Latex	0,28	160	5	40	70	-
0	0,3!	140	2,5	60	420	50
2	0,36	80	1,7	120	1115	160
4	0,62	260	0,8	240	2120	230
6	0,38	260	0,42	240	2370	225
10	0.38	260	0.42	240	2660	*\M)*
20	0,38	180	0,42	320	1020	120
41)	0,56	160	0,31	340	1220	140
60	0.62		0,29		875
SO

Beispiel 4

Um die Variation der Reißlänge von Vliesen, die nach dem bekannten Verfahren und nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden sind, zu vergleichen, wird eine Anzahl von Versuchen unter Verwendung von Latlces durchgeführt, die zwei verschiedene Acrylatpolymere (namllch 60 Gew.-Teile einer wäßrigen anlonlschen Dispersion eines In der Wärme reagierenden, Carboxy-modlflzlericn Acrylatpolymeren (Feststoffantell: 50%; spezifisches Gewicht des Latex: 1,06 g · cm ³; pH: 6,4; Oberflächenspannung: 35 · 10~⁵ N · cm"'; Brookfleld-Vlskosltät (Viskosimeter LVF, Spindel 2, 60 Umdr. · min¹): 160 mPas) und 40 Gew.-Teile einer wäßrigen anlonlschen Dispersion eines In der Wärme reagierenden Acrylatpolymeren (Feststoffanteil: 50%; spezifisches Gewicht des Latex: 1,07 g ■ cm·¹; pH: 5,6; Oberflächenspannung: 43 10"⁵N- cm¹; Brookfleld-Viskosltäi (Viskosimeter LVF, Spindel 2, 60 Umdr. · min"¹): 250 mPas) und 2 oder 20 Teile Carboxymethylcellulose pro 100 Teile Feststoff enthalten. Diese Variation kann als Maß für die Zurückhaltung der Teilchen auf dem Sieb, auf dem das Vlies gebildet wird, und damit für die erreichbare Gleichmäßigkeit der Vllesqualltät dienen.

Bei allen Versuchen wird das Ausgangsmaterlal aus 10 g Latex gebildet, der einen Feststoffgehalt von 5% hat und mit 950 ml Wasser verdünnt 1st. Zum verdünnten Latex werden allmählich unter Rühren 50 ml einer l%igen wäßrigen Alumlnlumsulfatiösung gegeben. Hierbei wird ein Rührer {Typ RM 27 D) mit einem Dreilochblatt verwendet, das mit zwei Geschwindigkeiten, nämlich 100 oder 200UpM, gedreht wird. Nach der Koagullerung wird die Koagulatsuspenslon mit 500 ml einer Suspension von Reyon-Fasern, die einen Einzeltlter von 0,17 tex und eine Länge von 6 mm haben, gemischt. Unter Verwendung eines Siebes einer Maschenweite von 177 μίτι werden Blätter, die an der Luft getocknet werden, aus dem erhaltenen Suspensionsgemisch gebildet. Aus den Reißlängen, die an den getrockneten Vliesen ermittelt werden, wird die Schwankung der erhaltenen Werte statistisch bestimmt. Die Ergebnisse sind In Tabelle D genannt.

Tabelle D

	2 Teile CMC	200 UpM	20 Teile CMC	200UpM
	100 UpM	30	100 UpM	28
Zahl der Versuche	30	42	30	1029
Mittlere Reißlänge in m	70	15,0	1232	116,7
Standardabweichung	22,3	35,6	135,8	11,3
Schwankungskoeffizient, %	31,8	11,0

Die Werte In Tabelle D zeigen, daß durch Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung eine deutliche Senkung des Schwankungskoeffizienten (relative Schwankung) erzielt wird.

Eine erhöhte Geschwindigkeit des Rührers führt bekanntlich Im allgemeinen zur Bildung von kleineren Koagulattellchen und somit zu einer schlechteren Zurückhaltung der Teilchen auf dem Sieb. Die bei den vorstehend beschriebenen Versuchen erhaltenen Werte der durchschnittlichen Reißlänge zeigen, daß die Erfindung außerdem den Vorteil hat, daß die Teilchen In höherem Maße auf dem Sieb zurückgehalten werden.

Beispiel 5

Die In Beispiel 1 beschriebenen Versuche werden unter Verwendung einer wäßrigen Calciumchloridlösung als Koagullerungsmittel wiederholt. Für die Kombination mit Carboxymethylcellulose erweist sich dieses Mittel als ungeeignet. Selbst bei einer Konzentration von 40 Teilen Carboxymethylcellulose pro 100 Teilen Feststoff Im Latex findet keine Ausflockung des Verdickungsmittel statt. Außerdem ergibt sich keine wesentliche Verbesserung der Reißlänge.

Wird an Stelle von Carboxymethylcellulose Ammonlumpolyacrylat als Koagulierungsmittel in Kombination mit einer Aluminiumsalzlösung bei den in Beispiel 1 verwendeten Versuchen verwendet, so werden ErgebnlSFj erhalten, die im gleichen Rahmen liegen wie die In Tabelle A genannten Ergebnisse.

Beispiel 6

In Vergleichsversuchen wird ein Gemisch, das 0,16 g Carboxymethylcellulose (CMC) und 40 ml eines lOasigen wäßrigen anlonlschen Styrol-Butadlen-Copolymerlatex (A), (Feststoffanteil: 50»; pH: 6,5; spezifisches Gewicht des Latex bei 20⁰C: 1,016g· era"³: spezifisches Gewicht des Polymeren: 1,005 g cm"³; Brookfleld-Vlskosität (Viskosimeter LVF; Spindel Nr. 1, 60 Umdr. · min"¹): 75 mPas; Oberflächenspannung: 36 ■ 10"⁵ N ■ cm"¹) oder eines lOssigen wäßrigen anlonlschen Carboxyl-modiflzlerten Acrylatpolymerlatex (B), (Feststoffanteil: 50%; pH: 6,4; spezifisches Gewicht des Latex: 1,04 g cm"³; Oberflächenspannung: 35 10"⁵N- cm-¹; Brookfleld-Vlskosltät (Viskosimeter LVF, Spindel Nr. 2, 60 Umdr. · min"¹): 160mPas) unter Rühren (Drehzahl des Rührers 100 UpM) zu 11 einer 2%lgen Faseraufschlämmung gegeben. Nach S Minuten werden 80 ml einer lSKIgen wäßrigen Alumlnlumsulfatiösung zugesetzt. Nach Koagullerung für 10 Minuten wird die erhaltene Suspension zu Vliesen mit einem Flächengewicht von 50 g/m² verarbeitet. Die gemessenen Werte für die Reißlange und die Dehnung Im trockenen und nassen Zustand (nach 24 Stunden In Wasser) sind In Tabelle E genannt.

Die vorstehend beschriebenen Versuche werden wiederholt mit dem Unterschied, daß der mit Carboxy-

methylcellulose gemischte Latex zuerst In einem Laboratorlumskoagulator bei einer Rührerdrehzahl von 1500UpM koaguliert wird. Die erhaltene Koagulatsuspenslon wird anschließend mit dem Faserbrei gemischt. Anschließend werden Vliese mit einem Flächengewicht von 50 g/m¹ gebildet. Die gemessenen Eigenschaften sind In Tabelle E genannt.

Tabelle E

Latex Vergleichsversuch

Reißlänge des Vlieses in m Dehnung, %

trocken naß trocken nuß

A 150 0 4 0

B 48 0 9 0

Latex Versuch gemäß der Erfindung

Reißlänge des Vlieses in m Dehnung, %

trocken naß trocken naß

„ A 1790 130 7 8

B 1130 215 8 7

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Faservliesen, wobei ein wäßriger Polymerlatex in Gegenwart eines Verdickungsmlttels mit einem Koagullerungsmlttel für den Latex gemischt und das Gemisch anschließend mit Fasern gemlsc.it wird, worauf die erhaltene Suspension von Fasern und koagulleiten Latexteilchen In üblicher Weise zu einem Vlies verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel In einer Menge von wenigstens 4 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Latex, verwendet wird und das Verdickungsmittel und das Koagullerungsmlttel so gewählt werden, daß das Koagullerungsmlttel bei der Koagullerung des Latex außerdem eine weltgehende Ausflockung des Verdickungsmlttels bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel in einer Menge von 8 bis 20 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Latex, verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdickungsmittel Carboxymethylcellulose und als Koagullerungsmlttel eine wäßrige Lösung eines Aluminiumsalzes, vorzugsweise Aluminiumsulfat, verwendet wird.