DE2148724A1 - Verfahren zur Herstellung von Faserprodukten - Google Patents

Description

"Verfahren zur Herstellung von Faserprodukten"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von faserhaltigen oder faserigen Produkten, z.B. von Fasern oder faserigen, gewebeähnlichen Gebilden. Im Gegensatz zu anderen, zur Herstellung von synthetischen Fasern bekannten Verfahren arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren ohne Extrusion.

Die Erzeugung von synthetischen Fasern durch Spinnen, d.h. durch Extrusion einer Schmelze des betreffenden synthetischen Materials durch eine Spinndüse, ist allgemein bekannt. Ein anderes, ebenfalls bekanntes Verfahren, besteht darin, da3 man einen verstreckten Film aus einem thermoplastischen Kunststoff einer Fibrillierungs~(Zerfaserung^-)Behandlung unterwirft, wobei der Film erhalten vnirde durch Extrusion des geschmolzenen /Zunststoffes durch einen linearen oder ringförmigen Schlitz. Obgleich beide Verfahren v/eit verbreitet

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sind, tritt bei ihrer Durchführung der Nachteil auf, daß die Produktionsgeschwindigkeit je -Längeneinheit verhältnismäßig niedrig ist, da sie von der Extrusionsstufe abhängt. Die Extrusion ist jedoch ein Prozeß, dessen Durchführung weitgehend von den angewandten Bedingungen abhängt und es ist daher in der Praxis in vielen Fällen schwierig, ihre Geschwindigkeit zu erhöhen, insbesondere wenn der erzeugte Film verstreckt werden soll. Die Extrusionsstufe ist daher meist der Engpaß bei der Kunstfasererzeugung nach bekannten ^ Verfahren.

Es wurde nun gefunden, daß man aus dem Grundstoff auch unter Vermeidung der Extrusionsstufe synthetische Fasern erzeugen kann, wobei dann die Produktionsgeschwindigkeit wesentlich gesteigert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Faserprodukten ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine Folie aus mindestens teilweise zusammengeschmolzenen Teilchen eines thermoplastischen polymeren Kunststoffes bei erhöhten Temperaturen zu Fasern oder einem faserigen, gewebeähnlichen Gebilde . verstreckt. Wenn im folgenden vom Verstrecken von Folien die * Eede ist, so bezieht sich dies auch auf das Verstrecken von Streifen, die durch Unterteilen einer derartigen Folie auf zv/eckmäßige Weise erhalten wurden.

Die Folie, aus welcher die Fasern oder faserigen Gebilde durch Verstrecken hergestellt werden, kann auf verschiedene Weise erhalten worden sein. Vorzugsweise erzeugt man eine derartige Folie dadurch, daß man das thermoplastische Material in Pulverform auf eine erwärmte Oberfläche aufbringt, von welcher die Folie dann ohne Schwierigkeit abgezogen werden kann. Die Ablagerung des Eunststoffpulvers kann dadurch wirkt werden,'daß man die Pulverteilchen gleichmäßig auf die Oberfläche aufstreut, z.B. mit Hilfe von Sieben oder

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anderen geeigneten Verteilungseinrichtungen. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, zum Aufbringen der Teilchen eine Wirbelschicht aus Pulverteilchen oder eine Spritzpistole zu benutzen. Besonders zweckmäßig und daher bevorzugt ist es, das Pulver auf einem endlosen Laufband oder einer rotierenden zylindrischen Trommel abzulagern, indem man die Pulverteilchen elektrisch auflädt und das Laufband bzw. die Trommel erdet. Das Laufband bzw. die Trommel muß dabei natürlich leitend sein und zweckmäßigerweise besteht ihre Oberfläche aus Metall, wie rostfreiem Stahl, ciiromplattiertes Stahl oder Phosphorbronze. In manchen Fällen erwies es sich als vorteilhaft, wenn die Oberfläche mit einer geeigneten nicht klebrigen Deckschicht überzogen ist. So kann das Laufband oder die Trommel z.B. aus mit Teflon beschichtetem Metall bestehen. Zum Erwärmen der Teilchen bei oder nach Ablagerung kann man verschiedene Methoden- anwenden, jedoch ist es meist zweckmäßig, das Laufband so weit aufzuheizen, daß der bzw. die verwendeten Kunststoffe mindestens teilweise schmelzen. Das Aufheizen kann durch Induktion einschließlich Hochfrequenzinduktion, Infrarotheizung oder Aufheizen mit Laser-Strahlen bewirkt werden.

Bei Verwendung einer beweglichen Oberfläche, wie eines endlosen Bandes oder einer rotierenden Trommel bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in vielen Fällen die erhaltene Feinfolie dadurch von der Auflagefläche abgezogen, daß man sie mit einer Geschwindigkeit verstreckt, die höher ist als die Lineargeschwindigkeit der Auflagefläche. Durch dieses Verstrecken, das durchgeführt wird, während die Folie noch heiß ist, wird auch gleichzeitig ein Erweichen bewirbt, das zur Feinheit der Fasern in dem resultierenden Produkt beiträgt. Man kann jedoch auch die Folie vor dem Verstrecken in Wasser kühlen. Gewöhnlich wird das so erhaltene Faserprodukt, das gegebenenfalls vorher abgekühlt wurde, anschließend monoaxial verstreckt, gegebenen-

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falls unter Aufheizung durch ein geeignetes Verfahren, worauf es dann zum Schluß, falls notwendig oder erwünscht, gekühlt wird. Das Verstrecken kann jedoch auch biaxial erfolgen, was gegebenenfalls bei der Herstellung gewisser Endprodukte von Vorteil sein kann. Bei der hier beschriebenen Durchführungsform des Verfahrens sollen vorzugsweise die thermoplastischen Kunststoffteilchen nicht vollständig schmelzen, weshalb man die Temperatur des Laufbandes entsprechend einstellt, so daß größere Schwankungen vermieden werden. Als geeignete Methoden zum Verstrecken erwiesen sich die heißen oder kalten Verstrecktechniken, wie sie bei der Verarbeitung von Kunststoffen gebräuchlich sind, , einschließlich (in einigen Fällen) Verwendung von Preßluftstrahlen, insbesondere wenn die Erzeugung von Einzelfasern angestrebt wird.

Eine weniger genaue Temperatursteuerung ist notwendig bei einer anderen bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher die zu verstreckende Folie noch einen Füllstoff in einer Menge von bis zu 80 Gew.-/o des thermoplastischen Kunststoffes enthält. In vielen Fällen ist es zweckmäßig, dem thermoplastischen Kunststoff den Füllstoff im Ganzen o'der nach Pulverisieren zuzugeben, bevor die Teilchen abgelagert werden. Die bevorzugte Menge an Füllstoff hängt, allgemein gesprochen, von dessen Xiatur ab.

Geeignete Füllstoffe, die dem Polymerisat im Ganzen, d.h. vor dem Pulverisieren, oder auch dem fertigen Polynerpulver zugefügt werden, sind beispielsweise: C^uarz, Glaspulver, Ton, Talk, Carbonate, wie Calciumcarbonat, oder Holzfaserbrei. Füllstoffe dieser Art werden vorzugsweise in einer Menge von 15 bis 25 70 des Gewichtes an thermoplastischem Kunststoff verwendet. Andere in gewissen Fällen zweckmäßige Füllstoffe sind Farbstoffe, Metalloxide oder Metallsalze, wobei diejenigen Oxide oder Salze manchmal besonders bevorzugt sind, die Kristallv.'asser oder färbende Gruppen aufweisen, z.B. Al-O₇.Jaq· "Die Füllmittel der letzt-erwähnten Kategorie worden

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gewebeähnliehe oder nicht gewebeähnliche Faserstoffe auf wesentlich einfacliere Art als mit Hilfe der üblichen Verfahren zur Herstellung derartiger Gebilde. Bei der Erzeugung von Fasern aus Filmen nruü man gewöhnlich eine Aufeinanderfolge von Stufen, nämlich Extrusion, Kühlen, Verstrecken, Fibrillieren, Kardieren und Verbinden, anwenden. Außerdem kann man erfindungsgemäß Mischfasern der verschiedensten Typen erhalten, wobei der Weg ebenso einfach ist als die Erzeugung von Fasern aus einem einzigen Grundstoff und keine getrennte Mischstufe eingeschaltet werden muß.

Für das erfindungsgemäiie Verfahren eignen sich die verschiedensten thermoplastischen Kunststoffe, z.B. Homo- und Copolymerisate von Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylacetat, Acrylnitril, Polyestern und Polyamiden. Bevorzugt sind Homo- und Copolymerisate von Lactonen, insbesondere PoIypivalolacton, und diejenigen von Monoolefinen, wie iithylen und Propylen. Niederdruckpolyäthylen sowie -polypropylen in allen bekannten Varianten sind besonders bevorzugte Ausgangsstoffe.

Das erfindüngsgemäß erhaltene Faserprodukt besteht gewöhnlich aus Fasern, die bis zu einem gewissen Grade untereinander verbunden bzw. miteinander verschränkt sind. In vielen Fällen erhält man ein Netzwerk von feinen, einander überschneidenden Fasern. Das Aussehen des Gebildes, aus dem man ein derartiges Produkt erhält und das Produkt selbst sind in der Zeichnung dargestellt, worin Fig. 1 einen Streifen eines Films aus Polypropylenteilchen, dessen Verstrecken unterbrochen wurde, zeigt, während in Fig. 2 das Faserprodukt dargestellt ist, das erzeugt wurde durch Verstrecken eines Filmes aus Teilchen von hochmolekularem Polyäthylen. Eine zur Durchführung des erxindungsgemäien Verfahrens geeignete Vort in ¥±£. 3 dargestellt.

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Nach dein Verstrecken, und Kühlen können die erf indiingsgemäß erhaltenen faserförmigen Produkte entweder als solche für verschiedene Anwendung s art en verwendet werden oder sie können vorher auf beliebige bekannte Weise, z.B. durch Zerschneiden oder Zerreißen, in Stapelfasern überführt werden.

Die erfindungsgemäß erhaltenen faserartigen oder faserhaltigen, gewebeähnlichen Gebilde können zu anderen vrichtigen Zwecken verwendet v/erden, z.B. zu Verpackungszwecken oder als Material

W für Gebrauchsgegenstände. Eine besonders zweckmäßige Verwendungsart dieser faserhaltigen, gewebeähnlichen Gebilde ist synthetisches Papier, wozu die Gebilde gegebenenfalls vorher mit einer entsprechenden Beschichtung oder Appretur versehen werden können. Die faserigen Gebilde können nach entsprechender Zerkleinerung, ebenso wie die erfindungsgemä3" erhältlichen Einzelfasern, mit Vorteil auch auf andere Weise bei der Erzeugung von synthetisches Papier verwendet v/erden, nämlich als Ausgangsmaterial für die Herstellung, wobei sie gewöhnlich als Suspension in einem wäßrigen Medium verwendet werden. Ein solches synthetisches Papier fällt, ebenso wie Garne und andere Textilprodukte, die ganz oder teilweise aus den erfindungsgemäli hergestellten Faserprodukten bestehen, unter die Erfindung.

Die Erfindung wird durch folgende Beispiele, bei welchen die Teile Gew.-'Teile sind, näher- erläutertem.!, bedeutet Schmelzindex) .
Beispiel 1

Ein Genisch aus 80 Teilen Polypropylenpulver (m.i. 3»1) 20 Teilen i^uarzpulver wurde fluidisiert und mit Hilfe von in der Wirbelschicht angeordneten Elektroden elektrostatisch aufgeladen. Die angewandte Spannung betrug 80 kV. Das Pulvergemisch wurde auf ein erv.ärates, geerdetes, kontinuierlich laufendes 3-snä aus Phospiiorbronze, überzogen mit einex¹ Teflon

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schicht, abgelagert. Die Menge an abgelagertem Pulver betrug 200 g/m"¹. Der Abstand zwischen der obersten Schicht der Wirbelschicht und dem Metallaufband betrug 5 cm und die Temperatur des letzteren 180⁰C. Nach Durchgang durch einen Heiztunnel, dessen !Temperatur etwa 190°C betrug, wurde der Film aus Polymer und Füllstoff dann von dem Laufband mit einer Geschwindigkeit abgezogen, die das 1Ofache der Laufgeschwindigkeit des Bandes betrug, und anschließend in Wasser gekühlt. Es wurde ein Faserprodukt nach Art eines Netzwerkes erhalten, das dann der Länge nach in einem Verhältnis von 1:3 verstreckt und aufgewunden wurde. Der durchschnittliche Denier der Einzelfasern des Netzwerkes betrug ungefähr 3·

Beispiel 2

Ein Gemisch aus 70 Teilen Polypropylen (m.i. 1,2) und 30 Teilen Talk wurde, wie in Beispiel 1, fluidisiert, elektrostatisch aufgeladen und auf ein mit Teflon beschichtetes metallisches Laufband aufgebracht. Die angewandte Spannung betrug 80 kV. Nach Durchgang durch den Heiztunnel wurde der FiIm aus Polymer und Füllstoff vom Laufband mit einer Geschwindigkeit abgezogen, die das 3Ofache der Laufgeschwindigkeit des Bandes betrug. In dem erhaltenen Fuserprodukt vom Netzwerktyp hatten die Einzelfasern einen mittleren Denier von

Beispiel

Ein Gemisch aus 80 Teilen Polypropylen (m.i. 1,2) und 20 Teilen Tr.lk wurde wie in Beispiel 1 fluidisiert, elektrostatisch aufgeladen und auf ein mit Teflon beschichtetes Laufband aufgebracht. Die üpsnnuns betrug S'O kV, die Dicke der Pulver-Gchicht etwa 1 ma. üach Durchgang durch den Heiztunnel, in -..-eichen die Temperatur bei etwa 185°C gehalten wur-

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de, wurde das Gemisch mit. einer Geschwindigkeit von dem Band abgezogen, die das 45fache der Laufgeschwindigkeit " des Bandes betrug. Das erhaltene Faserprodukt hatte das Aussehen eines nicht gewebten Vlieses.

Beispiel 4

Eine Feinfolie aus einem Pulvergemisch gemäß Beispiel 1 wurde nach Durchgang durch den Heiztunnel zur Verfestigung abgekühlt. ITach Abziehen vom Laufband wurde das gesinterte Pulvergemisch in Streifen von J cm Breite zerschlitzt, wieder erwärmt und in einem Heißluftofen bei et v/a 165°C verstreckt. Das erhaltene kontinuierliche Faserprodukt hatte eine netzartige Struktur.

Beispiel 5

Ein Gemisch aus 99 Vol.-Teilen Polypropylenpuder (m.i. 1,2) und einem Vol.-Teil Al₂OvOH₂O wurde fluidisiert, mit 70 kV elektrostatisch aufgeladen und auf einem Laufband aus rostfreiem Stahl abgelagert. Der Abstand" zwischen der obersten Schicht der Wirbelschicht und dem Laufband betrug 5 cm. Die Temperatur des Laufbandes lag zwischen 180 und 190°C. Die Dicke der Pulverschicht betrug etwa 200/am. Nach Durchgang durch den Heiztunnel bei einer Temperatur von etwa 190 G wurden die teilweise verschmolzenen teilchen auf 1^r/0°C abgekühlt und das Gebilde mit einer Geschwindigkeit vom Laufband abgezogen, die dem 15fachen der Laufgeschwindigkeit des Bandes entsprach. Die erhaltene .Veinfolie wurde dann in V/asser gekühlt und, nachdem sie wieder auf 100°C erwäriat worden war, in einem Verhältnis von 1:4 mono axial orientiert. Das erhaltene Produkt hatte eine j.;"etzstroktur, wobei der durchschnittliche Denier der Einzelfäden etwa bei 1 (c/90Cü ei) lrip.

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Beispiel 5_

Ein Gemisch aus Polyäthylen von hoher Dichte (Dichte 0,56, m.i. 0,4-) und Al₂O₇-OH₂O im Volumenverhältnis von 99:1 itfurde fluidisiert und bei 70 kV elektrostatisch aufgeladen. Das Gemisch wurde abgelagert auf einer geerdeten, beheizten, mit Prägung versehenen Stahltronmel des zirkulären Typs, die beschichtet war mit einer 30 ,mn dicken Teflonschicht. Die Präsung der Oberfläche war ein regelmäßiges Muster von Erhöhungen. Der Abstand zwischen den Spitzen von zwei Erhöhungen betrug 0,4- um und deren Höhe 0,2 mm.

Die Temperatur der Stahltronmel war vor dem Aufbringen des Pulvergemisches 210⁰G. Auf die abgelagerte und teilweise verschmolzene Pulvenaasse wurde mittels einer Preßwalze ein Druck ausgeübt. Die Hasse wurde dann mit einem Luftstrahl auf 15O°G abgekühlt und mit einer Geschwindigkeit von der Trommel abgezogen, die das Doppelte der Lineargeschwindigkeit der Letzteren betrug. Das erhaltene Produkt wurde in Querrichtung in einem Verhältnis von 2:1 und in Längsrichtung in einem Verhältnis von 1,5:1 bei 90°C verstreckt. Es wurde ein netzartiges Produkt erhalten.

Beispiel 7 '

Gemäß Beispiel 5 erzeugte Fasern wurden auf eine Stapellänge von 5 mm geschnitten und zu einer Suspension von Fichtenholzsulxatbrei ia Gewiclitsverhältnis von 1:1 zugefügt. Das Fasergemisch v:urde 20 min in einem Holländer verarbeitet und dann mit Wasser auf eine Faserkonzentration von 2 Gew.->j verdünnt. Beim Vergießen der Fasersuspension auf ein bei der Papierfabrikation übliches Drahtsieb, Eatfernen des Hauptanteils an V/asser durch Pressen des erhaltenen Vlieses ■ zwischen Filz und Trocknen unter Druck bei etv.-a 10>°C wurde ein synthetisches Papier erhalten.

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Claims (1)

DH. K. τ. PECJTMA^.V . _ Λ . . _ __. DR. ING. D. ΒΕΠΓα.:,\3 - *β - 1Α-40 291 DIPL. IXG. R. GOKTZ PATENTANWÄLTE JÖ ι 8 M Ü N C H E Λ 9 O Ait SCHWEIOSBSTR. 2 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Faserprodukten, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Folie aus mindestens teilweise zusammengeschmolzenen Teilchen eines thermoplastischen polymeren Kunststoffes herstellt und die Folie bei höherer Temperatur zu Fasern oder einem faserigen, gewebeartigen Gebilde verstreckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Folie herstellt durch Ablagern eines Pulvers aus thermoplastischen Teilchen auf einer erwärmten Oberfläche»

3. .Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Pulver elektrostatisch auf einem endlosen Laufband oder der Oberfläche eines rotierenden Zylinders ablagert.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die thermoplastischen Teilchen

f auf einer Oberfläche ablagert, die mit einer geeigneten, nicht haftenden Überzugsschicht bedeckt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß man dem zur Herstellung der Folie verwendeten thermoplastischen Kunststoff einen feinkörnigen Füllstoff in einer Menge von bis zu 80 % seines Gewichtes beimischt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Füllstoff Quarz, Glaspulver, Ton, Talk, Carbonate oder Holzfaserbrei beimischt.

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