DE2264258A1

DE2264258A1 - Verfahren zur herstellung von cliesstoffen mit einer im porensystem fixierter partikelphasen

Info

Publication number: DE2264258A1
Application number: DE2264258A
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. M Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-12-30
Filing date: 1972-12-30
Publication date: 1974-07-04

Description

Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen mit einer im Porensystem fixierter Partikelphase.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von vliesstoffen, die aus Textilfaservliesen, Bindemitteln und einer im Faservlies fixierter Partikelphase bestehen.
Erfindungsgemäß, werden Vliesstoffe mit einer im Porensystem fixierter Partikelphase erhalten, die sich durch gute Festigkeits-und Dehnungseigenschaften, sehr hohe Porosität, bei guter Form- und Temperaturformstabilität auszeichnen, Dies. Eigenschaften und nicht zuletzt die im Fasersystem hervorragend fixierte Partikelphase (z.B. Aktivkohle, Aluminiumoxyd, Molekularsieb, Kieselgel, Ionenaustauscher, Kolagen, verschiedene Katalysatoren, usw.), bieten diese Vliesstoff-Materialien als erstklassige Filtermedien an.
Diese Materialien, sind in der Lage aus dem zu flitrierendem Gas, oder der zu Eltrierender flüßigkeit, durch die Faser-Siebwirkung feste und durch die Partikelphase Sorbtionswirkung (z.B. Aktivkohle) auch aufgelöste Verunreinigung zu entfernen.
Die möglichen Einsatzgebiete sind: In der Klimatechnik, z.B. KUchen-Dunstabzugfilter, für den individuellen Schutz gegen giftige Gase und Aerosole als Atemschutzfilter, Zigarettenfilter, bei der Klar-Filtration in der Nahrungsmittel und Getränkeindustrie usw. Denkbar ist auch der Einsatz für Schutzbekleidung gegen Durchtritt von agresiven Chemikalien.
Die auserordentlich gute Temperatur-Formstabilität, hohe Festigkeit, Weiterrei ssfesti gkei t und Luftdurchlässigkeit, predestiniert die aus dem in Anspruch genommenen Verfahren resultierende Vliesstoff-Materialien, auch als Träger für die Kunststoff z.B. PVC Beschichtungen, Das ohnehin schon durch Kapilarwirkung gute Wasserdampf-Aufnahmevermögen, wird noch durch die im Porensystem eingebaute und die Feuchtigkeit sorbierende Partikelphase (wie z.B. Kolagen oder Kieselgel) beachtlich gesteigert.
Auch der Einsatz von solchen Vliesstoff-Mfterialien als Brandsohlen, scheint zweckberechtigt zu sein.
Im algemeinen unterscheiden sich, die für eine Kunststoff-Beschichtung geeigneten, von den für die Filtration zu einsetzenden Materialien, durch eine höhere Gesamtdichte und mit der sich daraus resultierenden etwas herabgesetzten Porosität.
Die Erfindung geht von bekannten Herstellungsverfahren aus.
Man wird zunächst ein Faservlies in üblicher Weise mit einem Binde-Mittel besprühen, vorzüglich mit einem Elastomer, der im nicht vernetztem Zustand unter Druck- und Temperaturuirkung, eine begrenzte Plastizität aufweisen kann.
Dann wird getrocknet, ohne dabei eine Vernetzung des Bindemittels hervorzurufen. Die vorgenommene Besprühung wird so durchgeitihrt, daß alle einzelnen Fasern des Vlieses eine partielle filmartige Bindemittel-IJihtillung erhalten. Wesentlich ist, daß das Bindemittel gleichmäßig im Faservlies verteilt wird, wobei einzelne Fasern an ihren Kreuzungen-bzw. BerUhrungsstellen miteinander verklebt werden.
Dieses, im Prinzip auf allgemein bekannte weise vorverfestigte Vlies, muß noch dermaßen offen bleiben, daß die anschliessend auf das Vlies aufgestreuten feinkörnigen Materialien gut in das Faservlies eindringen können.
Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise, wird auf das nun vorverfestigte und offene Faservlies z.B. ein feinkörniger Kieselgel aufgestreut.
Die kleine auf das Vlies gestreute Kieselgel-Teilchen, dringen in das Faservlies ein und bleiben an dem noch etwas klebrigen und die einzelnen Fasern umhülenden Bindemittel film haften. Die Füllung des Faser-Vlieses kann so lange fortgesetzt werden, bis alle Bindemittelfilm-Flächen von haftenden Körnchen besetzt sind.
Im, auf diese Weise erhaltenem Faser-Bindemittel-Partikelphase System, werden einzelne Körnchen noch dermaßen gut haften, daß das Faservlies noch gut manipulationsfehig ist, ohne dabei nennenswerte Verluste an der Partikelphase zu erhalten.
Die endgültige Fixierung von dem nun vorhandenen Faser-Bindemittel-Partikelphasesystem, wird mittels einer unter Temperatur durchgeftihrten Verpressung erreicht.
In Verlauf des Preß-Vorganges, wird der die einzelnen Fasern umhillende Bindemittel film, durch die Temperatur- und Druckwirkung, in einen plastischen zustand versetzt.
Die mit der aufgetretenen Plastizität gleichzeitig gesteigerte Adhesions-Bereitschaft des Bindemittels, drUckt sich in der endgültigen Fixierung von denjenigen im Vlies vorhandenen Faser-Faser und Faser-Körnchen-Beruhrungspunkten aus.
Die anschliasende, durch die Temperaturwirkung hervorgerufene Vernetzung und die dadurch erfolgte Aushärtung des Bindemittels, bedeutet eine noch besser. Stabilisierung des ganzes Systems und eine hervorragene punktartige Yerankerung der Partikelphase.
Im Falle, daß die Temperaturwirkung im laufe des Preß-Vorganges nur von einer Seite erfolgt, wird eine endgültige Fixierung nur an den jenigen Faser-Faser bzw. Faser-KornchenberUhrungspunkten erreicht, wo die Temperaturwirkung ausreichend war und das Bindemittel in einen plastischen Zustand versetzt hat.
Da bei einer nur einseitigen Temperatueinwirkung die Plastizität des Binders dem Temperaturabfall ekvivalent, von einer zur anderen seite des Vlieses abnimmt, wird die endgültige Fixierung nur an den wenigen BerWhrungßpunkten erzihlt, wo die Temperaturwirkung und die damit verbundene Plastizität des Binders ausreichend war.
Nach verlassen der Druckzone lockert sich durch die im Vlies vorhandene Sprungelastizität, bzw. Federung, (der Menge der endgültig frisierten Berührungspunkten endaprechend) das Fasergerüet wieder auf.
Dieser Verfahrungsweise nach, endsteht ein Produkt mit einer im Querschnit von einer zu anderer seite diferenzierten Dichte.
Die'einzelnen Körnchen haften in dem fliesgerüst wie eine Fliege am Fliegenfänger- Leztere ist auch schon gefangen ,wen sie nur mit den Füßen am fliegenfänger klebt, während 99% ihrer Körperoberfläche nicht mit Leim bedekt ist.
Bei der Erfindungsgemäßei-Arbeitsweise, haben auch bei stark verpreßten Produkten einzelne Körnchen keine möglichkeit, in den, die Faser umhüllenden sehr dünnen Bindemittel film einzudringen, da schon die Filmdimension gegenüber der Körnchengröße das nicht zuläßt.
Die völlig erhaltene Oberflächenaktivität von den nun mitten in dem vliessto ff-Porensystem fixierter Partikelphase durchströmenden Medien gegenüber, ist durch die punktartige Verankerung der einzelnen Körnchen zu erklären.
Nur die Tatsache, daß z*B. ein Gramm Bktivkahle eine Oberfläche über 1 zoom2 besitzen kann und der Fixierpunkt weit weniger als 1 mm2beträgt erklärt, warum die durch Fixierung blockierte Oberfläche die Gesamt-Aktivität der Partikelphase kaum beeinflußt.
Genauso ist auch die im Verhältnis zur Festigkeit ausserordentlich hohe Porosität, auf die punktformige Faser-Faser Bindung zurückzuführen.
Schon in der Möglichkeit sehr feinkörnige Materialien, (die sonst einen sehr hohen Widerstand gegenüber durchströmenden Medien leisten würden, und im diesem zusamenhang als Abfall anzusehen wären), verarbeiten zu können, zeigt die enorme 'jberlegenheit des in Anspruch genommenen Verfahrens, gegenüber dem Stande der Technik.
Es ist nämlich bekannt im Prozess der pneumatischen Vliesbildung, in das mit einem Anteil von Thermoclastischen Fasern sich bildende Faser-Vlies, körnige Materialien einzuarbeiten und durch Verpreßen unter Temperaturwirkung so ein System zu verfestigen.
Es ist auch bekannt körnige Materialien zwischen zwei Faservliese einzustreuen und mit Hilfe der Nadel technik das so erhaltene Faser-partike System zu verfestigen.
Beide Verfahren schliessen ein feinkörniges Material zum einsatz zu bringen aus und auch eine adhesive Verankerung von einzelnen Körnchen, kann kaum zu stande kommen.
Daraus ergibt sich, daß die Haltung von einzelnen Körnchen nur mechanisch bedingt, durch die Faserverdichtung zustande kommt; Von den Schwierigkeiten das körnige Material im losen Faservlies vor und während des Nadel- oder Preßprozeses festzuhalten, ganz abgesehen.
Auf derartige Vliesstoffmaterialien hohe mechanische Ansprüche zu stellen, ist immer mit der Gefahr verbunden, daß die einzelnen Körnchen der Partikelphase im Faservlies sich verschieben und schließlich herausfallen werden, Die Wahrscheinlichkeit einer unerwünschter Wanderung der Partikelphase wächst direkt proportional mit der feinheit der Partikelphase.
Bei einem für die Beschichtung zu einsetzenden Vliesstoffmaterial, ist der Anspruch auf die mechanische Belastbarkeit besonders groß.
In diesem Zusamenhang ist die Möglichkeit eine sehr feinkörnige und gleichzeitig Feuchtigkeit sorbierende Partikelphase einsetzen zu können, besonders wichtig.
Eine zu grobkörnige, Uberwiegend mechanisch verankerte Partikelphase, kann durch Druckeinwirkung zerbröckelt werden und kommt anschlisend in der Form eines Staubes aus dem Vliesstoff-Trägermaterial heraus.
Eine aus nicht brüchigen Teilchen bestehende und zu grobkörnige Partikel-Phase, macht sich als harte Punktstellen im Vliesstoffmaterial bemerkbar.
Auch die bereits bekannte Lösung, die körnige Phase in das für die Vliesstoffverfestigung benötigte Bindemittel einzurühren hat die Folge, daß die gesamte Oberfläche des aktiven Kornes von Bindemittel bedekt wird. Die aktivität der Partikelphase wird blockiert.
Das in Anspruch genommene Verfahren stellt eine Lösung dar bei der: 1) Die Verankerung und Verteilung von einzelnen, auch sehr feinen aktiven Körnchen der Partikelphase, bereits im vorverfestigte Faservlies (noch vor der Verpreßung) dermaßen ausreichend ist, daß das Faser-Bindemittel-Partikelphase System manipulationsfähig ist, ohne dabei nennenswerte Verluste an der Partikelphase zu erhalten.
2) Die unter Druck und Temperatur erreichte endgültig. Fixierung, bzw. adhesive Verankerung von einzelnen aktiven Körnchen, weitgehend ausreichend ist, um eine Verschiebung oder sogar Wanderung von einzelnen Körnchen zu verhindern.
3) Die Fixierung bzv. adhesive Verankerung der Partikelphase, nicht auf kosten der Oberflächenaktivität ausgetragen wird.
Die erfindungsgemäß in ein Vliesgerüstkörper einbringbare Menge der Partikelphase, ist natürlich sehr groß.
In der Praxis wird man allerdings immer so arbeiten, daß 10 - 60<G vorzugsweise 30 - 50°' des Gesamtgewichtes des endproduktes aus aktiven Partikeln bestehen.
Es liegt nahe, daß erfindungsgemäß erhaltene Vliesstoffraterialien, auch ohne einer im Porensystem fixierter Partikelphase, sehr gute Träger- oder Filtermaterialien darstellen, wobei die schon ernten mechanischen Eigenschaften völlig erhalten bleiben.
Beispiel 1 Mit Hilfe von Krempel und Querleger bereitet man ein Faservlies mit einem Gewicht von 50g/m2 bestehend aus: 500 Polyamid-Fasern hochgekr. 51mm 3,3 dtex 50% Zellwole (Flox) 60mm 7,6 dtex Dieses Vlies besprüht man mit einer Bindemittel-Dispersion, bestehend aus; 90% Wasser 9,5 Butadienacrylnitril-Copolymer 0,4% Mel amin- Formal dehydvorkondensat 0,1% Ammonium-Chlorid 10%ige wässrige Lösung SO, daß das Trockengewicht des Bindemittels und das Gewicht des Faser-Vlieses im Verhältnis 1:1 steht. Anschliesend trocknet man in einem Etagetrockner bei etwa 105°C, bis das gesamte Wasser abgedampft ist.
Das getrocknete Produkt wiegt dann 100g/m2. Es enthält das Bindemittel im nicht vernezten Zustand. Falls eine teilwiese Vernetzung doch stattgefunden haben sollte, so ist dies unbeachtlich.
Beim Berühren füllt sich ein derartiges Vlies zwar trocken an; es hat aber immer noch die Fähigkeit, feine Körnchen (auf der mit Bindemittel-Film überzogener Faser-Oberfläche) festzuhalten.
Drei auf beschriebene weise vorverfestigte Vliesbahnen, werden zugleich in eine Preße (die im wesentlichen aus einer Heiztrommel und einen endlosen Druckband besteht) eingeführt. Zuvor wird aber noch jede Vlies-Bahn mit einem feinkörnigen Kieselgel der Type 3 (weitporiger Kieselgel durchschnittliche Teilchengröße O,2mm) in einer Menge 100g/m2 bestreut.
Die Verpreßung erfolgt bei 180°C und dauert 100 sec. Der Druck beim Preß-Vorgang wird so eingestellt, daß das spezifische Gesicht des fertigen Produktes 0,65 g/cm2 beträgt, Das nun fertige Produkt wird aufgerollt und dient als Trägermaterial für eine Polyvinylchlorid Beschichtung Derartige Materialien haben eine noch sehr gute Permabilität und sind in der Lage Feuchtigkeit zusorbieren.
Beispiel 2 Mit Hilfe eines pneumatischen Vfisbilners, bereitet man ein Faser-Vlies bestehend aus: 50°' Polyesterfasern 40mm -< dtex 40% Viskosefasern 30mm 7,5 dtex 10?/0' Glasfasern E @@mm 3-4 u Dieses Vlies besprüht man mit einer Dispersion, bestehend aus 90% Wasser 8% Butadienacrylnitril-Copolymer 2% PVC (Typ Lutofan) bis zur Sättigung des Vlieses. Das Trockengewicht des Bindemittels und das Gewicht des Vlieses, steht im Vernältnis ll; Anschliessend trocknet man bei etwa 1200C bis das gesamte Wasser abgedamft ist. Sas ent standene Produkt wiegt dann 60g/m².
Dieses nun vorverfestigtes Vlies, wird dann in 1m² große Platten zerschnitten. Dann streut man auf einc solche platte 30g/m² aktivkohle der Type Aerosorb.
Dieser Vorgang wird wiederholt bs 10 Platten a1:tfeinander liegen.
Anschließend verpreßt man diesen Nehrschichtengebilde in einer ?latten Preße bei 1750C 3Osec. so lange, daß das spezifische Gewicht O,35g/m2 beträgt. Man erhält eine biegsame, aber nicht rollfähige etwa lOmm hohe Filterplatte, die zu Weiterverarbeitung auf Zigaretenfilter geeignet ist.
Beispiel 3 Mit hilfe von Krempel und Querleger, bereitet man ein Faservlies mit einem Gewicht von 50g/m2 bestehend aus: 80% Zellwollefasern (Flox) 8Crnrn 3,5 dtex 20^ó Polypropylenfasern 60nm 22,0 dtex Dieses Vlies besprüht man mit einer 15%igen wässrigen Butadienacrylnitril-Copolymer Dispersion bis zur Sätigung des Vlieses. Anschliesend trocknet man bei 125° C. Das entstandene getrocknete Produkt wiegt dan 105g/m2.
Drei auf beschriebene weise vorverfestigte Vliesbahnen, werden zugleich in eine Preße eingefUhrt, die im wesentlichen aus einer Heiztrommen und einei gekühlteen endlosen Siebdruckband besteht.
Der Druck in der Preße beträgt ca. 160 kp/cm2, die Temperatur der Heiz-Trommel 1950C die dauer der Verpreßung ca. 45 sec.
Durch die nur von einer Seite auf das vorverfestigte Vlies wirkende Temperatur, entsteht ein Produkt mit guter Festigkeit und Porosität, mit einer im Querschnit gras diferenzierter Dichte.
Diese von einer zur anderer Seite im Querschnit des Produktes sich ändernde Faser-Dichte, ist durch die einseitige Temperqturwirkung im Laufe des Preß-Vorganges zu erklären. An den Stellen des Vlieses, wo die Temperaturwirkung in der Relation zum Druck ausreichend war, wurden die neu entstandenen Faser-Faser Kontaktpunkte fixiert. An den übrigen Faser-Faser Kontaktstellen, richtet sich das Vliesfasergerüst nach verlassen der Druckzohne wieder auf.
Auf diese Weise entsteht im einem Arbeitsgang eins Filtermaterial der in sich einen fast idealen Übergang von Grob- zum Feinfilter verkörpert.
Derartige Filtermaterialien sind ausser vielen anderen Einsatzmöglichkeiten als Autovergaser-Filter geeignet.

Claims

PatentansDruch.

Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen mit einer im Porensystem fixierter Partikelphase, die sich durch gute Festigkeits- und Dehnungseigenschaften, große Porosität und gute Form- und Temperaturformstabilität auszeichnen dadurch gekenzeichnet, daß 1) ein Faservlies, bestehend aus mittels Bindemittel punktartig miteinander verbundenen synthetischen oder naturlichen Fasern, organischer oder anorganischer Herkunft, oder aus deren Abmischungen, die einen festen filmartigen Plastomer, Duraplast oder Elastomer, oder deren Abmischungen-Anteil an der Faser-Oberfläche haben, mit einem körnigen Material bestreut, unter Temperaturwirkung verpresst wird.

Verfahren nach Punkt (1) dadurch gekenzeichnet, daß 2) mehrere Vliesschichten aufeinander gelegt werden, wobei jede Vliesschicht mit körnigen Material bestreut wird.

Verfahren nach Punkt (1) und (2) dadurch gekenzeichnet, daß 3) die Temperaturwirkung beim Verpressen nur von einer Seite erfolgt.

Verfahren nach Punkt (1) (2) und (3) dadurch gekenzeichnet, daß 4) die Vlies-Bestreung mit einem körnigen Material entfällt.