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Schwammtücher auf Basis von regenerierter Cellulose werden zur Zeit überwiegend zur Reinigung eingesetzt, insbesondere mit wässrigen Flüssigkeiten, die auch Detergentien enthalten können. Dabei wird im Wesentlichen die Fähigkeit des Schwammtuches zur Flüssigkeitsaufnahme genutzt.
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Durch eine innere Verstärkung, z.B. durch ein Netz im Innern des Schwammtuchs oder durch Fasern, die homogen darin verteilt sind, läßt sich die Standzeit des Schwammtuchs für Reinigungsarbeiten erhöhen oder es wird erst dadurch für besondere Reinigungsaufgaben geeignet ohne dabei zerstört zu werden.
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Für die Beseitigung von besonders hartnäckigen, eventuell eingetrockneten Verunreinigungen einer Oberfläche, ist das Schwammtuch im feuchten Zustand jedoch zu weich und entwickelt daher keine abrasive Wirkung.
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Es bestand daher die Aufgabe, ein Schwammtuch zu schaffen, das neben der Flüssigkeitsaufnahme auch eine abrasive Wirkung hat. Damit lassen sich in einem Arbeitsgang selbst eingetrocknete Verunreinigungen auf einer Oberfläche mit Flüssigkeit anlösen und anschließend mechanisch abrasiv entfernen, ohne die Oberfläche zu schädigen. Mit dem abrasiv wirkenden Schwammtuch sollen sich auch empfindliche Oberflächen, z.B. solche aus Kunststoffmaterial, reinigen lassen ohne sie dabei zu zerkratzen.
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Gelöst wurde die Aufgabe mit einem Schwammtuch auf Basis von regenerierter Cellulose, dass mit Kunstfasern beflockt ist. Die abrasive Wirkung läßt sich dabei durch die Wahl von längeren oder kürzeren Fasern wie auch durch die Wahl von dickeren oder dünneren Fasern zum Beflocken je nach Bedarf einstellen.
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Das Schwammtuch auf Cellulosebasis ist allgemein nach dem Viskoseverfahren unter Verwendung von Glaubersalz als Porenbildner hergestellt. Als mechanische Verstärkung enthält es in seinem Inneren bevorzugt ein Netz und/oder dreidimensional verteilte Fasern. Die Verstärkungsfasern sind üblicherweise Baumwollfasern. Das Schwammtuch hat im trockenen Zustand allgemein eine Dichte von 0,085 bis 0,15 g/cm3, bevorzugt 0,10 bis 0,12 g/cm3. Die Dicke des trockenen Schwammtuchs (vor dem Aufbringen des Klebers und der Flockfasern bzw. Hartstoffpartikel) liegt allgemein bei 0,8 bis 8,0 mm, bevorzugt bei 1,0 bis 3,0 mm.
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Vorzugsweise ist das Schwammtuch nur auf einer Seite beflockt. Der Anteil der beflockten Fläche, bezogen auf die Gesamt-Oberfläche einer Seite des Schwammtuchs, liegt allgemein bei 1 bis 100 %, bevorzugt bei 3 bis 50 %, besonders bevorzugt bei 5 bis 30 %.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beflockten Bereiche so angeordnet, dass keine Streifen entstehen, wenn mit dem Schwammtuch über eine zu reinigende Oberfläche gewischt wird, unabhängig von der Richtung der Wischbewegung.
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In der nachfolgenden 1 ist ein mit Polyamid-Flock, 44 dtex, 0,5 mm Faserlänge, beflocktes Schwammtuch gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die dunklen Kreise stellen dabei die beflockten Bereiche dar.
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Funktion, Optik und Haptik einer Beflockung hängen von der Faserdicke und -länge ab, wobei die Faserdicke in dtex (Gramm pro 10.000 Meter Länge) und die Faserlänge in Millimeter gemessen wird. Allgemein liegt die Dicke zwischen 0,5 dtex und 200 dtex, bevorzugt zwischen 1,0 und 100 dtex, und für die Faserlänge zwischen 0,2 mm und 4,0 mm, bevorzugt 0,4 bis 2,0 mm. Die Eindringtiefe in den Kleber liegt allgemein bei 0,1 mm bis 0,5 mm. Die Fasern dürfen dabei nicht vollständig in den Kleber eindringen.
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Die Fasern sind allgemein in einem Winkel von 70 bis 110°, bezogen auf die Flächennormale, angeordnet, sie stehen damit im wesentlichen im rechten Winkel zur Oberfläche des Schwammtuchs. Die Ausrichtung der Fasern ist entscheidend für die abrasive Wirkung.
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Prinzipiell lassen sich fast alle Fasern zur Beflockung einsetzen. Neben Fasern aus Polyamid, Polyester, und Viskose werden für Spezialanwendungen Acrylflock, Kunstseideflock, Kohlenstoffflock, Baumwollflock, Aramidflock und Polypropylenflock verwendet. Die Verwendung der Fasern hängt jedoch stark vom Einsatzgebiet ab. So eignen sich z. B. Polyesterfasern bestens für Anwendungen im Freien, zeigen aber Schwäche in der Knickstabilität. Sehr gute abrasive Eigenschaften besitzen Fasern auf Polyamidbasis. Das in dieser Applikation technisch am meisten verwendete Polyamid ist PA 6.6, auch bekannt als Nylon. Diese Faser schmilzt bei 255 bis 260 °C und wird anwendungsbezogen vornehmlich im Titerbereich 0,9 dtex bis 100 dtex verwendet. Die Länge variiert dabei von 0,3 mm bis 4,0 mm. Polyamidflock hat eine hohe Abriebfestigkeit und ein sehr gutes Rückstellvermögen nach Druckbelastung (Knickstabilität). Die UV-Stabilität ist in den meisten Fällen ausreichend.
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Die Fasern können verschiedene Formen haben. Neben „einfachen“ Fasern mit einem runden Querschnitt können auch Hohlfasern, Bi- und Multikomponentenfasern, wie Kern/Mantel-Fasern, Seite-an-Seite-Fasern oder Island-in-Sea-Fasern, oder Fasern mit einer nicht-runden Querschnittsform, beispielsweise mit einer quadratischen, sternförmigen oder sonstigen Querschnittsform, eingesetzt werden. Je nach vorgesehenem Verwendungszweck des Schwammtuchs können zum Beflocken auch Fasern verwendet werden, die Füllstoffe mit abrasiven Eigenschaften enthalten.
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Gegebenenfalls können anstelle der Flockfaser auch andere Materialien zur schonenden Reinigung stark verunreinigter empfindlicher Oberflächen verwendet werden. Für eine gute Verankerung dieser Materialien (z.B. Nussschalengranulat, Holzmehl (aus Hartholz), Maismehl, Kunststoffmehl usw.) müssen diese Materialien ebenfalls ausreichend elektrostatisch aufladbar sein. Die Aufladbarkeit kann gegebenenfalls durch Beschichten der Fasern mit verschiedenen Salzen erreicht werden. Durch Anwenden der gleichen Prozesse wie bei der elektrostatischen Beflockung wird eine ausreichende Haftung zwischen Substrat, Kleber und abrasivem Material erreicht.
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Ein Verfahren, um Schwammtuch abrasiv auszustatten, ist z.B. die Beflockungstechnik. Von den verschiedenen Beflockungsarten kommen für das Schwammtuch die Flächenbeflockung (für eine vollflächige Beflockung einer oder beider Seiten) und die Designbeflockung (Muster, Logos, Schriftzüge usw. mittels einer Schablone oder eines Siebes) in Frage.
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Die Beflockung geschieht entweder manuell, halb- oder vollautomatisch im elektrostatischen Feld.
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Das Beflocken der Schwammtücher umfaßt folgende Arbeitsgänge:
- 1. Reinigen der Oberfläche von Staub und oder sonstigen Verschmutzungen
- 2. Vorbehandlung (falls erforderlich)
- 3. Auftragen des Klebstoffs
- 4. Auftragen des Flocks im elektrostatischen Feld
- 5. Trocknung des Klebstoffs durch thermische und oder strahlentechnische Verfahren
- 6. Entfernen der losen Flockfasern durch Absaugen, Blasen, Klopfen, Bürsten oder Waschen
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Das Aufbringen des elektrisch leitfähigen Klebstoffs erfolgt durch verschiedene Druckverfahren (Tampon-, Sieb- oder Buchdruck in Flächen- oder Rotationsform), kann aber auch durch Spritzen, Streichen, Tauchen oder Walzen erfolgen. Je nach Auftragsmethode muss man die klebstoffspezifischen Eigenschaften wie Viskosität und Thixotropie, Rheologie (Fließverhalten), offene Zeit, Topfzeit und Vernebelung berücksichtigen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Kleber in einer Menge von 0,01 bis 0,30 Gramm, bevorzugt von 0,02 bis 0,20 Gramm, pro Quadratzentimeter der zu beflockenden Schwammtuchoberfläche aufzutragen.
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Der Klebstoff kann sowohl lösungsmittel- oder dispersionsbasierend aus 1 oder 2 Komponenten bestehend, polyurethanbasierend, ein Schmelzklebstoff sein oder chemisch kovalent mit der Oberfläche des Substrates reagieren, wie z. B. Polyisocyanat mit Schwammtuch. Abhängig von der Art des Klebstoffs kann auch eine Vorbehandlung des Substrates vor Auftragen des Klebers, wie Aufrauhen, Schleifen, Behandeln mit Primern, Grundieren mit Plasma oder Behandeln durch Coronaentladung, zweckmäßig sein.
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Der Kleber sollte im ausgehärteten Zustand ausreichend flexibel sein und neben einer Waschbeständigkeit bis 95 °C auch beständig gegen UV-Strahlung sein. Auch soll der Kleber der Farbe des Flocks entsprechend einfärbbar sein.
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Soll nur ein Teilbereich oder ein bestimmtes Design auf dem Schwammtuch beflockt werden, wird der nicht zu beflockende Bereich maskiert, damit dort kein Klebstoffauftrag möglich ist, da sich die Flockfasern nur im Klebstoff fest verankern können.
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Bei einer elektrostatischen Beflockung werden die mit einer elektrischen Ladung beaufschlagten Flockfasern in einem elektrischen Feld senkrecht zu den Substraten ausgerichtet, so dass die Fasern längs in dem auf dem Substrat aufgebrachten noch nassen Klebstoff eintauchen. Dabei ist grundsätzlich darauf zu achten, dass die Klebstoffschicht in ausreichender Stärke aufgetragen wird, damit sich die Flockfasern optimal im Klebstoffbett verankern können. Nur wenn die Fasern in annähernd rechten Winkel zur Oberfläche des Schwammtuchs in dem Klebstoff fixiert werden, können diese die gewünschte abrasive Wirkung entfalten.
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Alle Fasern müssen eine ausreichende elektrostatische Aufladbarkeit aufweisen. Diese kann durch entsprechende Präparation der Faser (z.B. durch Beschichten mit Salzen) erreicht werden. Während der Beflockung muss eine bestimmte Luftfeuchtigkeit und Temperatur eingehalten werden, damit die Leitfähigkeit der Faser gewährleistet ist.
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Neben den Fasern, die im elektrostatischen Feld ausgerichtet werden müssen, um ihre abrasive Wirkung optimal entfalten zu können, gibt es auch Filamente z.B. Viskosefasern, die an ihrer Oberfläche Carbide, insbesondere Silizium- oder Borcarbide enthalten. Diese sind vollständig abrasiv, so dass eine Ausrichtung solcher Fasern im Klebstoff nicht erforderlich ist. Die Faser darf nur nicht vollständig in den Klebstoff eintauchen. Das gleiche gilt für mit Korund oder Bornitrid ausgestattete Fasern.
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Eine weitere Möglichkeit der schonenden Entfernung einer mittelmäßigen bis starken Verschmutzung ist das alleinige Aufbringen eines harten, zähflüssigen Klebers oder einer entsprechenden Siebdruckfarbe im Designdruckverfahren. Muster, Logos, Schriftzüge usw. werden mittels einer Schablone oder eines Siebes auf das Schwammtuch aufgebracht; ein geringer Teil des Klebers oder der Farbe verankert sich im Substrat, der weitaus größere Anteil steht jedoch erhaben auf dem Schwammtuch. Wenn der auf Lösemittel oder Dispersion basierende 1- oder 2-Komponentenkleber bzw. die Druckfarbe ausgehärtet sind, lassen sich während des Reinigungsvorgangs Schmutzpartikel durch Hin- und Herbewegungen unter Druckausübung auf den mit Kleber bzw. Farbe beschichteten Teil des Schwammtuchs von der zu reinigenden Oberfläche lösen bzw. bleiben an den Kanten des dreidimensionalen Klebers bzw. der Farbe hängen und können mit der sauberen Rückseite des Schwammtuchs restlos aufgenommen werden. Die Abrasivität ist durch die Härte des zu verwendenden Klebers bzw. Farbe einstellbar. Auch besteht die Möglichkeit, den Kleber einzufärben.
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Anstelle des beschriebenen Klebers lassen sich auch Schmelzklebstoffe (auch als Heißklebestoffe, Heißkleber oder Hotmelt bezeichnet) verwenden. Schmelzklebestoffe sind lösungsmittelfreie und bei Raumtemperatur mehr oder weniger feste Produkte, die im heißen Zustand auf die Klebefläche aufgetragen werden und beim Abkühlen eine feste Verbindung mit dem Substrat herstellen. Auch hier steht der größere Anteil der Flockfasern im Wesentlichen senkrecht aus der Ebene des Schwammtuchs hervor und ist für die abrasive Wirkung verantwortlich. Die Inhaltsstoffe der Schmelzkleber basieren auf Basispolymeren, Harzen, Stabilisatoren, Wachs und Nukleierungsmittel und werden entsprechend ihrer Haftung an dem Substrat, der Verarbeitungstemperatur, der Wärmestandfestigkeit, der chemischen Beständigkeit und der Härte ausgewählt.
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Besonders gut geeignet ist das mit Flockfasern abrasiv ausgerüstete Schwammtuch zum schonenden Entfernen festsitzender Verunreinigungen von Oberflächen, wobei die Oberflächen möglichst unbeschadet bleiben.
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Beabsichtigt man jedoch, die Oberfläche eines Gegenstandes mit Hilfe eines abrasiven Schwammtuchs nachhaltig zu verändern (z.B. aufzurauhen, Material abzutragen oder zu polieren), werden andere Anforderungen an die abrasive Beschichtung des Schwammtuchs gestellt:
Damit der Materialabtrag schnell und nachhaltig (hohe Standzeit) praktiziert werden kann, muss die abrasive Beschichtung sehr hart und zäh sein. Harte, kantige, meist mineralisch basierende Reibekörper, auch Schleifmittel genannt, besitzen diese Eigenschaften. Man unterscheidet zwischen sehr feinen, feinen, mittleren und groben Körnungen. Die Korngrößen werden in der Einheit „Mesh“ bezeichnet (Anzahl der Maschen eines Siebes pro Zoll) und reichen in der Regel von ca. 1815 µm (grob) bis hin zu 8,4 µm (sehr fein).
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Diese Hartstoffkörner, auch Schleifmittel und schmirgelnde Abrasiva genannt, bestehen in der Regel aus Korund auf natürlicher oder synthetischer Basis (Aluminiumoxid; Edelkorund, Halbedelkorund, Normalkorund etc.), Siliciumcarbid, Diamant, Bornitrid, Quarz, Metallpulver, Glasgranulat/Glaspulver, Granat, Schmirgel (Mischung aus Korund, Magnetit, Hämatit und Quarz) und viele andere.
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Der Aufbau bzw. Herstellung eines materialabtragenden, abrasiven Schwammtuchs gleicht weitgehend dem Beschichtungsverfahren mit Flock und wird daher nur im Ansatz beschrieben:
Von den unterschiedlichsten Beschichtungsarten kommen für das Schwammtuch die Flächenbeschichtung (für eine vollflächige Beschichtung einer oder beider Seiten) und die Designbeschichtung (Muster, Logos, Schriftzüge usw. mittels einer Schablone oder eines Siebes) vorrangig in Frage.
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Die Beschichtung geschieht entweder manuell, halb- oder vollautomatisch im elektrostatischen Feld.
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Das mit abrasiven Hartstoffkörnern zu beschichtende Schwammtuch unterliegt prinzipiell den gleichen Arbeitsschritten wie bei dem mit PA-Flock beschichteten Schwammtuch:
- 1. Reinigen der Oberfläche von Staub und oder sonstigen Verschmutzungen
- 2. Vorbehandlung (falls erforderlich)
- 3. Auftragen des Klebstoffs
- 4. Auftragen der Schleifmittel im elektrostatischen Feld
- 5. Trocknung des Klebstoffs durch thermische und oder strahlentechnische Verfahren
- 6. Entfernen der losen Körner/Granulate durch Absaugen, Blasen, Klopfen, Bürsten
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Auf dem sauberen Schwammtuch (Substrat) wird elektrisch leitfähiger Klebstoff aufgetragen. Das Aufbringen des vornehmlich auf Lösungsmittel basierenden Klebstoffs auf dem Schwammtuch erfolgt wie oben beschrieben. Die Hartstoffkörner werden in auf Lösemittel basierendem ein- oder zweikomponentigen Klebstoff fester verankert als auf einem wasserbasierenden Klebstoff.
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Wie bei der elektrostatischen Beflockung werden die mit einer elektrischen Ladung beaufschlagten Hartstoffkörner in einem elektrischen Feld senkrecht zu den Substraten ausgerichtet, so dass die Körner in dem auf dem Substrat aufgebrachten noch nassen Klebstoff eintauchen. Zusätzlich wird das Schwammtuch durch Rütteln in Schwingungen versetzt, damit die Hartstoffkörner tiefer in den Kleber eindringen und damit fester (haltbarer) vom Kleber umschlossen werden.
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Durch die Kombination der Eigenschaften Flüssigkeitsaufnahme und samtweiche bis hart abrasive Oberfläche des Schwammtuchs, realisiert in einem Produkt, lassen sich mit diesem hartnäckige Verschmutzungen durch Anlösen und anschließender mechanischer Bearbeitung der Oberfläche leicht entfernen. Durch die Art der Flockfaser lässt sich die abrasive Wirkung einstellen, bei gleichbleibendem Flüssigkeitsaufnahme und -abgabevermögen.
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Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Illustration der Erfindung. Prozente sind Gewichtsprozente, soweit nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang unmittelbar ersichtlich.
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Beispiel 1
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Schwammtuch, hergestellt nach dem Viskoseverfahren wird zunächst von Staub befreit. Dann wird ein elektrisch leitfähiger Kleber, bestehend aus einer Dispersion MECOFLOCK D 585 WFP und 10% Härter MECODUR H 5580 durch ein Sieb 21–140 PA mittels Siebdruckverfahren durch 3 Rakelgänge in einer Dicke von ca. 1,5 mm auf das Schwammtuch aufgebracht.
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Das so vorbereitete Schwammtuch wird mit Flockfasern, bestehend aus Polyamid 6.6 mit einem Titer von 50 dtex und einer Länge von 1,2 mm, beaufschlagt. Dazu werden diese im elektrischen Feld mit einer Spannung von 40 KV längs ausgerichtet, so dass sie im nahezu rechten Winkel zur Oberfläche des Schwammtuchs in den flüssigen Kleber ca. 0,2 mm eindringen können.
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Während der anschließenden 20 Minuten andauernden Trocknung bei 80 °C werden die im Kleber befindlichen Fasern fixiert.
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Die nicht im Klebstoff gebundenen Fasern werden danach mit Hilfe eines Staubsaugers abgesaugt.
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Beispiel 2
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Schwammtuch, hergestellt nach dem Viskoseverfahren wird zunächst von Staub befreit. Dann wird mittels Siebdruckverfahren ein Kleber MECOFLOCK D 564/1 durch ein Sieb 10–180 PA mittels Siebdruckverfahren durch 5 Rakelgänge mit einer Dicke von 2 mm auf das Schwammtuch aufgebracht. Der Kleber enthält 30 % Korund als abrasiven Zusatz und wird mit 5 % Härter MECODUR H 5580 während der Trocknung auf das Schwammtuch chemisch kovalent fixiert.
