DE2334078A1

DE2334078A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbringen eines urethanverstaerkungsmaterials auf ein vorher getuftetes primaeres unterlagenmaterial

Info

Publication number: DE2334078A1
Application number: DE19732334078
Authority: DE
Inventors: C Edward Terry
Original assignee: Textile Rubber and Chemical Co Inc
Current assignee: Textile Rubber and Chemical Co Inc
Priority date: 1971-02-02
Filing date: 1973-07-04
Publication date: 1974-08-01
Also published as: US3834961A; BE807156R; NL7317291A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen eines Urethanverstarkungsmaterials auf ein vorher getuftetes primäres

Unterlagenmaterial Zusatz zu Patent .... (P 22 04 023.9-26)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Ürethanverstarkungsmaterials auf ein vorher getuftetes primäres Unterlagenmaterial und die Härtung des Urethanmaterials mit einer rotierenden, erhitzten Trommel, die eine nicht-klebende erhitzte Oberfläche aufweist. Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung eines Klebstoff systems , das innerhalb eines verhältnismäßig kurzen Zeitraumes und bei Umgebungstemperatur oder erhöhten Temperaturen zur Polymerisation und zum Abbinden oder Härten gebracht werden kann.

Dr.Hn/ju

409831/0683

Derzeit wird die große Mehrzahl der Teppiche und teppichartigen Materialien auf der Welt nach einem Tufting-Verfahren hergestellt, bei dem ein Garn durch eine primäre Unterlage hindurchgeschlungen (befestigt) wird, so daß ein !Teil des Garns, bekannt als Büschel (bundle) durch die Unterseite der primären Unterlage vorsteht. Nach dem Hindurchschlingen wird eine sekundäre Unterlage, im allgemeinen Jute, auf die Unterseite der primären Unterlage aufgeklebt und daran befestigt, um das Büschel zu bedecken und eine Dimensionsbeständigkeit und Drapierung zu ergeben bei gleichzeitiger Erhöhung der Shift befestigung des Garns, d.h. bei gleichzeitiger Erhöhung der Festigkeit, mit welcher das getuftete Garn von der primären Unterlage festgehalten wird. Der zum Auflaminieren der sekundären Unterlage auf die Unterseite der primären Unterlage verwendete Klebstoff besteht im allgemeinen aus Latexmaterialien und einem Lösungsmittelsystem und/oder einer beträchtlichen Menge Wasser. Das Lösungsmittel und/oder das Wasser müssen nach der Aufbringung des Klebstoffes entfernt werden und die Polymerisation und Härtung des Klebstoffes muß bewirkt werden. Dieser Vorgang machte bisher die Verwendung einer verhältnismäßig teuren und komplizierten Trocknungseinrichtung erforderlich. Außerdem nimmt diese übliche Einrichtung normalerweise eine verhältnismäßig große Fläche des Fußbodenraumes in Anspruch und erfordert einen langen Zeitraum zur wirksamen und effektiven Vervollständigung der Trocknung.

Um für die Verwendung bei Teppichunterlagenlaminierungen (Verstärkungslaminierungen) brauchbar zu sein, muß der Klebstoff das getuftete Garn an der richtigen Stelle festhalten, die einzelnen Fasern des Garns in der richtigen Position befestigen, ein Aufeinanderstapeln (pilling) des Garns verhindern, die Dimensionsbeständigkeit (den Griff und die Drapierung) steuern und die sekundäre Unterlage zuverlässig

409831/0683

auf der "Unterseite des primären Unterlagenmaterials festhalten· Auch ist es außerordentlich wichtig, daß der Klebstoff nicht durch die primäre Unterlage hindurch und in die freiliegenden Teile des Tuftinggarns wandert. Wenn eine solche Wanderung auftritt, wird das Garn steif und der fertige Teppich ist nicht akzeptabel.

Ein derzeit in großem Umfange verwendetes Klebstoffsystem beruht auf einem Latex oder einem carboxylierten Latex, der auf die Unterseite der primären Unterlage aufgebracht wird. Das Wasser in dem Latexsystem wandert bei Gelegenheit durch die primäre Unterlage in das freiliegende Garn, der Klebstoff wird jedoch von der primären Unterlage und dem Büschel zurückgehalten. Der Latexklebstoff wird dann nach dem Aufbringen gehärtet und der fertige Teppich wird in üblichen großen öfen bei verhältnismäßig hohen Temperaturen getrocknet. Die Aushärtung und Trocknung ist sehr kostspielig wegen der teuren öfen, des hohen Energieverbrauchs, des Bedarfs an Fußbodenraum und der Arbeit zum Bedienen der öfen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zum Aushärten eines Urethanverstärkungsmaterials unter Verwendung einer verhältnismäßig billigen Vorrichtung anzugeben, bei dem zum Aushärten nur mäßige Zeiträume und niedere Temperaturen erforderlich sind. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines lOrmkörpers durch Auflaminieren eines Unterlagenmaterials (Verstärkungsmaterials) auf ein vorher getuftetes Material unter Verwendung einer verhältnismäßig billigen Vorrichtung anzugeben, bei dem zum Aushärten des Klebstoffsystems nur mäßige Zeiträume und niedrige Temperaturen erforderlich sind und bei dem das unerwünschte Kleben des Unterlagenmaterials an einer erhitzen Oberfläche zum Aushärten des Klebstoffsystems vermieden wird.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus

409831 /0683

der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung hervor.

Die beiliegende Zeichnung zeigt in schematischer Ibrm eine Ausführungsform der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Vorrichtung.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aushärten eines Urethanverstärkungsaiaterials während der Herstellung eines getufteten Teppichproduktes· Bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird ein sekundäres Verstärkungsmaterial (Unterlagenmaterial) auf ein vorher getuftetes primäres Unterlagenmaterial auflaminiert, obwohl das Urethanverstärkungsmaterial und die nicht-klebende Aushärtung auch auf die Herstellung eines lOrmkörpers anwendbar sind, der nur ein einziges Unterlagenmaterial aufweist.

Wie in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, ist eine Zuführung 10 von vorher getuftetem primärem Jute-Unterlagenmaterial 11 in Form einer Rolle auf einem Teppichabrollgerüst 12 angeordnet, das unmittelbar benachbart ist zu einem Teppichlagerungstisch 14. Das vorher getuftete primäre Unterlagenmaterial wird von dem Gerüst 12 an einer Schienenaufnäh-Station 16 vorbei zu einem Lagerungsabschnitt 18 geführt. Die Schienenaufnähstation 16 wird verwendet, um die aufeinanderfolgenden Rollen des primären Unterlagenmaterials so miteinander zu verbinden, daß das Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden kann', selbst wenn verschiedene Typen von Teppichmaterialien durch das System geführt werden. In dem Lagerungsabschnitt 18 entsteht eine Anhäufung des primären Unterlagenmaterials, so daß die Schienenaufnäheinrichtung genügend Zeit hat, um die Vereinigung der einander benachbarten Rollen des primären Unterlagenmaterials zu bewerkstelligen. Nach dem Lagerungsabschnitt 18 wird das primäre Unterlagen-

L0 9831/0683

material 11 über eine Reihe von Walzen 20 in die Klebstoff auf tragsstation 22 eingeführt· In dieser Station bringen ein Schwenkmischkopf (Kreuzmischkopf) und eine Auftragseinrichtung 24 eine zugeführte Menge des Klebstoffmaterials auf die Rückseite und auf das Büschel des primären Unterlagenmaterials auf· Der Schwenkmischkopf 24 bewegt sich mit Hilfe einer üblichen Schwenkeinrichtung 25 über die gesamte Breite des Unterlagenmaterials hin und her. Das Urethan material wird aus dem Vorratsbehälter 28 durch die Zuführungsleitung 26 in den Kopf 24 eingeführt .

Unmittelbar nach dem Aufbringen des Urethanmaterials wird das primäre Unterlagenmaterial einschließlich des Klebstoffüberzuges unter einer Rakel 30 hindurchgeführt, welche die Aufgabe hat, das Klebstoffmaterial auf dem Unterlagenmaterial gleichmäßig zu verteilen und die Dicke zu regulieren. Das beschichtete primäre Unterlagenmaterial wird dann über einen Spannrahmenabschnitt 311 der ein endloses Band 32 aufweist, geführt. Durch die Bewegung des Bandes 32 und die Arbeitsweise des Spannrahmenabschnittes dient dieser Abschnitt des Verfahrens dazu, das beschichtete Unterlagenmaterial zu strecken und es in einer geeigneten Position über einen VerklebungsZeitraum hinweg, wie er nachfolgend näher erläutert wird, festzuhalten. Unmittelbar oberhalb des Spannrahmenabschnittes des Verfahrens ist ein Paar gegebenenfalls vorhandener Vorheizeinrichtungen 34 vorgesehen. Gewünschtenfalls können diese Heizeinrichtungen in Betrieb genommen werden, um eine Anfangshärtung des Urethans zu erzielen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vorheizeinrichtungen nicht notwendig und nicht erforderlich.

Eine sekundäre Juteunterlage (Juteverstärkung) wird von einer entfernten.Juteabwickelstation 36 so zugeführt, daß sie un-

409831 /0683

mittelbar benachbart zu dem beschichteten Material der primären Unterlage vorliegt und an diesem nach dem Durchlaufen des Spannrahmenabschnittes des Verfahrens haftet. Die sekundäre Unterlage und die primäre Unterlage werden dann durch ein Paar Quetschwalzen $8 geführt, die einen ausreichenden Druck ausüben, um die beiden Unterlagenmaterialien gegeneinander zu pressen. Die Druckkraft der Quetschwalzen kann so eingestellt werden, daß praktisch alle in dem Urethan beim Verschäumen erzeugten Zellen zerstört werden oder die Walzen können nur die beiden Unterlagen zusammendrücken, jedoch einen Teil der Zellen intakt lassen. Uach den Quetschwalzen werden das Teppichmaterial der sekundären Unterlage und die getuftete primäre Unterlage um einen Teil des Umfanges mindestens einer erhitzten, rotierenden Trockentrommel 40 geführt. Während dieser Führung um die Trockentrommel 40 herum ist die sekundäre Unterlage unmittelbar benachbart zu der Trommeloberfläche angeordnet, so daß die von der Trommel abgegebene Wärme unmittelbar dem Urethanmaterial zur Verfügung steht. Der zugeführte Teppich wird um die Walzen 42 herum geführt, die dazu dienen, das Teppichmaterial gegen die Heiztrommel zu drücken. Das Teppichmaterial wird dann über weitere Walzen 44 abgezogen und in einer Aufrollstation 46 gesammelt. Gewünscht enf alls können unmittelbar benachbart zu der Trockentrommel 40 Trimmstationen vorgesehen sein, um den Teppich auf die gewünschte Breite zuzuschneiden. Außerdem können auch Kühlabschnitte vorgesehen sein zur Herabsetzung der Temperatur des Teppichmaterials.

Die Umfangsoberfläche der Trommel 40 ist mit einem Überzug 41 aus einem Trennmittel versehen, der an der Trommeloberfläche haftet und so ausgewählt wird, daß er nicht-ktebende Trenneigenschaften gegenüber dem sekundären Unterlagenmaterial (Verstärkungsmaterial), das auf dem Oberzug aufliegt, aufweist. Bevorzugte Materialien für den Überzug 41 sind z.B.

409831/0683

Silicium-Formtrennmittel, Siliciumkautschuk, Polytetrafluor-

mit

äthylen, ein/Polytetrafluoräthylen beschichtetes Glasfaserband und gesintertes Polytetrafluoräthylen. Ein besonders bevorzugter Überzug 41 besteht aus einem mit Polytetrafluoräthylen beschichteten Glasfaserklebstreifen.

Während des Auftrags des Urethanmaterials auf das primäre Unterlagenmaterial hat sich eine Konzentration an Urethan zwischen 0,135 und- 1»42 kg (4 bis 42 ounces) Klebstoffmaterial

P P

pro m (yd ) Unterlagenmaterial als geeignet erwiesen. Eine bevorzugte Konzentration liegt zwischen 0,405 und. 0,61 kg (12 bis 18 ounces) Urethanmaterial pro m (yd. ) Unterlagenmaterial und eine besonders bevorzugte Konzentration liegt zwischen 0,474 und
Unterlagenmaterial·

zwischen 0,474 und 0,541 kg (14 bis 16 ounces) pro m (yd. )

Während das beschichtete Unterlagenmaterial durch den Spannrahmenabschnitt geführt wird, ist für das Urethanmaterial eine Verweilzeit zwischen 5 Sekunden und 30 Minuten vorgesehen. Diese Verweilzeit beträgt vorzugsweise weniger als 1 Minute. Während der Verweilzeit dehnt sich das Urethanmaterial während der Vorstufe seiner Polymerisationsreaktion chemisch aus und wird durch das Büschel des freiliegenden Garns auf dem primären Unterlagenmaterial absorbiert unter Bildung einer Hülle aus diesem Material. Während der Verweilzeit wird eine etwa 60 %ige Büschelumhüllung erhalten. Wenn das Teppichmaterial die Heiztrommeln erreicht und die Temperatur des Urethans erhöht wird, wird eine geeignete Viskosität der Urethantropfen und eine 100 %ige Büschelumhüllung erzielt.

Die Zeit- und Temperaturfaktoren, die durch die Heiztrommel 40 erzielt werden, sind besonders kritisch für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es wurde gefunden, daß Temperaturen zwischen etwa 21 und etwa 149°C (70 bis 300⁰P) für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind.

409831/0683

Bevorzugte Temperaturen liegen zwischen 38 und 121 C (100 bis 250⁰F). Es wurde gefunden, daß die Zeit zum Erhitzen des Teppichmaterials zweckmäßig innerhalb des Bereiches von 10 Minuten bis 10 Sekunden liegt. Ein bevorzugter Bereich der Erhitzungszeit liegt zwischen 8 Minuten und 30 Sekunden. Daraus ist zu ersehen, daß es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, Temperaturen anzuwenden, die niedrig genug liegen, um die Unversehrtheit der üblichen synthetischen Teppichfasern aufrechtzuerhalten.

Typische Laufzeiten von der Rakel 30 bis zum Ausgang aus der Heiztrommel 40 betragen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa 3/4 Minute bis zu etwa 3 Minuten. Dies ist zu vergleichen mit üblichen Laufzeiten zwischen 30 Minuten und einigen Stunden. Außerdem können mit dieser Vorrichtung die Laufgeschwindigkexten bis zu 18 m (60 feet) pro Minute betragen, während mit einer üblichen Vorrichtung die Laufgeschwindigkeit en im allgemeinen zwischen 2,4 und 3_}6 m (8 bis 12 feet) pro Minute liegen.

Ein besonders kritischer Aspekt des Teils der vorliegenden Erfindung, der das Verfahren zum Aufbringen eines sekundären Unterlagenmaterials (Verstärkungsmaterials) auf ein vorher getuftetes primäres Unterlagenmaterial betrifft, ist die Natur des Urethanverstärkungsmaterials. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Urethanklebstoi'isystem als Urethanverstärkungsmaterial verwendet. Dieses System ist unter den üblichen Materialhandhabungsbedingungen stabil, es kann jedoch innerhalb eines kurzen Zeitraumes bei Umgebungstemperatur bis zu erhöhten Temperaturen zur Polymerisation und zum Abbinden oder Aushärten gebracht werden.

Das erfindungsgemäße Urethanklebstoffsystem ist ein thixotropes Polymerisationsprodukt einer Mischung aus einem Polyol

409831/0683

mit einer Hydroxylzahl von weniger als 100, gegebenenfalls einer geringen Menge Wasser, einem Polyisocyanat, einem thixotropen Füllstoff und einem Katalysatorsystem, das die Polymerisationsreaktion zwischen dem Isocyanat und dem Polyol fördert unter Bildung eines Polyurethans innerhalb eines kurzen Zeitraumes nach dem Mischen, Bas Eindringen der thixotropen Polyurethaninasse in das Büschel (Bündel) des freiliegenden Teppichgarns wird dadurch gesteuert, daß man ihre Anfangsviskosität, ihre Thixotropic, ihre Topfzeit und das Ausmaß der Klebstoffausdehnung während der Reaktion sorgfältig reguliert, so daß das Garnbüschel zu mindestens 90 % mit dem Polyurethanklebstoff gesättigt ist, ohne daß dieser durch die primäre Unterlage in beachtlichem Umfange hindurchdringt und in die freiliegenden Teile (exponierten Teile) des getufteten Teppichgarns eindringt·

Die thixotrope Polyurethanmasse wird hergestellt, indem man eine wäßrige Polyolmasse und eine Polyisocyanatmasse getrennt in einen Vorratsbehälter (Reservoir) 28 einführt, in dem die Reaktanten innig miteinander gemischt werden. Bevor ein beachtlicher Polymerisationsgrad und eine Aufblähung auftritt, wird die erhaltene Mischung gleichmäßig auf die Unterseite eines vorher getufteten primären Unterlagenmaterials mittels eines Mischkopfes 24- und einer Rakel 30 aufgebracht. Die thixotrope Natur des Polyurethanreaktionsproduktes in Kombination mit den beim Auftragen der Mischung mit einer Rakel erzeugten Scherkräften führt zu einer ausreichenden Herabsetzung der Viskosität der Mischung der Reaktanten und des Produktes, um die Ausbreitung desselben zu fördern. Zwischen dem Polyisocyanat, dem gegebenenfalls vorhandenen Wasser und dem Polyol wird eine Polymerisationsreaktion eingeleitet, wenn die Reaktanten gemischt werden, so daß die Reaktion sowohl vor als auch nach dem Vorbeiführen der Mischungsmasse

Λ098 3 1 /0683

unter der Rakel auftritt. Nach dem Passieren der Rakel dickt die Mischungsmasse wegen ihrer thixotropen Natur ein, so daß eine Wanderung der Masse in das getuftete Garn auf der Oberseite der primären Unterlage verhindert wird. Die in der Masse gegebenenfalls vorhandene geringe Menge Wasser fördert einerseits die Polymerisation und bewirkt daneben eine kontrollierte Verschäumung zur Verbesserung der Klebst off wanderung in das Garnbüschel hinein,bevor die Masse gehärtet wird,und setzt die zur Erzielung der gewünschten Haftung an der sekundären Unterlage erforderliche Menge der Masse herab.

Das thixotrope Polyurethanmaterial muß eine Brookfield-Viskositat zwischen etwa 30 000 und etwa 100 000 cP, gemessen bei 10 UpM mit einer Spindel Nr. 7 in einem Brookfield-RVF-Viskosimeter, haben, um eine Wanderung derselben in das freiliegende Garn zu verhindern und gleichzeitig eine ausreichende Verflüssigung desselben bei Anwendung der Scherkraft und eine Ausbreitung mittels einer Rakel zu ermöglichen. Das Brookfield-Viskosimeter und seine Wirkungsweise sind beschrieben in "Development of Research Technique for Evaluating the Low Temperatur Fluidity of Automatic Transmission Fluids", veröffentlicht vom Coordinating Research Council, Inc., Februar 1965, Appendix A, bezeichnet als CRC L-4-5-1262. Es wurde gefunden, daß die Wanderung durch alleinige Erhöhung der Viskosität der Masse nicht verhindert werden kannj sondern daß es erforderlich ist, daß die Masse thixotrop ist. Um diese Eigenschaften zu erzielen, ist es wesentlich, daß das verv/endete Polyol eine Hydroxylzahl von weniger als 100, vorzugsweise von weniger als 50 aufweist. Bekanntlich ist die Hydroxylzahl definiert als die Anzahl der Milligramm Kaliumhydroxyd, die zur vollständigen Neutralisation des Hydrolyseproduktes des vollständig acetylierten Derivats, hergestellt aus 1 g Polyätherpolyol, erforderlich ist. Das Polyol muß eine

409831 /0683

233A078

niedrige Hydroxylzahl haben zur Herabsetzung der Konzentration des zur Erzielung der vollständigen Umsetzung der Eeaktanten unter Bildung des Polyurethans erforderlichen Diisocyanats. Wenn flüssige Diisocyanate verwendet werden, setzen zunehmende Mengen an Düsocyanat die Viskosität und Thixotropic der erhaltenen Masse unter den zur Verhinderung der Wanderung der Masse in das freiliegende Garn erwünschten Wert herab. Wenn andererseits ein festes Düsocyanat verwendet wird, führen zunehmende Mengen an demselben dazu, daß die erhaltene Masse pastenartig wird, wodurch es sehr schwierig wird, sie auszubreiten. Demgemäß können zwar niedermolekulare Polyole mit festen Diisocyanaten und hochmolekulare Polyole mit flüssigen Diisocyanaten verwendet werden, in jedem Falle muß jedoch die Hydroxylzahl des Polyols niedrig sein, um geeignete physikalische Eigenschaften der resultierenden Masse zu erzielen. Wenn demnach feste Diisocyanatreaktanten verwendet werden, sollte das Polyol ein Molekulargewicht zwischen etwa 1000 und etwa 3OOO haben, um geeignete Viskositätseigenschaften der resultierenden Masse zu erzielen. Wenn andererseits ein flüssiger Diisocyanatreaktant verwendet wird, sollte das Polyol ein Molekula-gewicht zwischen etwa 3OOO und etwa 9OOO haben, um die gewünschten Viskositätseigenschaften der resultierenden Masse zu erzielen.

Zwar kann durch behutsame Auswahl des Polyols oder Prepolymerisats und des Diisocyanats die Viskosität der resultierenden Masse gesteuert werden, die Masse kann jedoch nicht durch Kontrolle der relativen Konzentrationen nur dieser beiden Reaktanten in dem gewünschten Grade thixotrop gemacht werden. Es muß ein geeigneter Füllstoff in Mengen zugegeben werden, die ausreichen, um die Gesamtmasse in dem gewünschten Grade thixotrop zu machen, die jedoch geringer sind als diejenigen, die dazu führen, daß die Masse zu viskos und pastenartig wird. Die Konzentration des Füllstoffes hängt von dem Typ des ver-

409831/0683

wendeten Füllstoffes ab, da der Grad der Thixotropie mit dem verwendeten Füllstoff variiert. Im allgemeinen wird der Füllstoff in Mengen zwischen etwa I5 und etwa 3OO Teilen auf 100 Teile Polyol- oder Prepolymerisatreaktant verwendet· Repräsentative Beispiele für geeignete Füllstoffe sind Siliciumdioxyd, Asbest, Calciumcarbonat, Zinkoxyd, Ton, Feldspat oder dgl. oder Mischungen davon. Wenn Füllstoffe, wie z.B. Siliciumdioxyd oder Calciumcarbonat, verwendet werden, werden vorzugsweise weitere Füllstoffe zugesetzt, um den gewünschten Grad der Thixotropic zu erzielen. Vorzugsweise wird Asbestpulver als alleiniger Füllstoff oder in Verbindung mit einem anderen Füllstoff, wie Calciumcarbonat, verwendet, da mit Asbest zufriedenstellende thixotrope Eigenschaften erzielt werden und dieser außerdem die Entflammbarkeit der Masse herabsetzt.

Der Typ des bei der Herstellung der thixotropen Polyurethanmasse verwendeten Katalysatorsystems sollte die Topfzeit (d.h. die Zeit für eine 100 %ige Viskositätssteigerung) derselben auf 10 bis etwa 60 Sekunden bei mittleren Temperaturen bis zu etwa 23⁰C einstellen. Bevorzugt werden in der Reaktionsmischung 0,03 bis 1 Teil Katalysator auf 100 Teile Polyol verwendet. Das Aufblähen oder Verschäumen der Polyurethanmasse wird in der Weise durchgeführt, daß man sowohl das Katalysatorsystem als auch die Wasserkonzentration steuert. Im allgemeinen kann das Wasser in der Reaktionsmasse in einer Menge zwischen etwa 0,01 und 0,75 Teilen auf 100 Teile Polyol vorhanden sein, darüber hinaus und oberhalb ist das Wasser normalerweise in an dem Füllstoff absorbierter Form vorhanden. Das Katalysatorsystem muß nicht nur eine schnelle Aushärtung bei Umgebungstemperatur oder leicht erhöhter Temperatur bewirken, sondern es muß auch die Bildung von Kohlendioxyd bei der Umsetzung von Wasser mit Diisocyanat steuern. Das Aufblähen sollte so gesteuert werden, daß eine Klebstoffausdehnung zwischen etv/a 100 und etwa 400 %, vorzugs-

409831 /0683

weise zwischen etwa 200 und 300 %, bewirkt wird, so daß das Garnbüschel (Garnbündel) mit dem Klebstoff gesättigt ist. Geeignete Katalysatoren sind solche, welche die Polyurethanbildung in einer hohen Geschwindigkeit fördern, die jedoch die Blähungsreaktion nicht bevorzugt vor der Polyurethanreaktion fördern. Bevorzugte Katalysatoren sind organische Metallverbindungen, Amine und Metallseifen; zu solchen Katalysatoren gehören beispielsweise Dibutylzinndilaurat, Zinn(II)octoat und Nickelacetylacetonat.

Geeignete Polyole, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind die Polyätherpolyole mit einer Funktionalität von mindestens 2, einem durchschnittlichen Molekulargewicht zwischen etwa 1000 und etwa 9000 und einer Hydroxylzahl von weniger als 10O₀ Beispiele für solche Polyole sind Polybutylenglykol, Polyäthylenglykol, Polypropylenglykol, 1,2-PoIydimethylenglykol, Polydecamethylenglykol und Gemische davon. Bei Verwendung eines flüssigen Diisocyanatreaktanten werden vorzugsweise Polyole mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht zwischen 4000 und 8000 verwendet und besonders bevorzugte Polyole sind solche mit einem Molekulargewicht zwischen 6000 und 7000. Bei Verwendung eines festen Diisocyanatreaktanten haben die bevorzugten Polyole ein durchschnittliches Molekulargewicht zwischen 1200 und 2800 und besonders bevorzugte Polyole haben ein Molekulargewicht zwischen I500 und 25OO.

Mit diesen Polyolen können zur Herstellung von zufriedenstellenden Polyurethanklebstoffen die verschiedensten Polyisocyanate umgesetzt werden. Besonders geeignete Polyisocyanate sind aromatische Diisocyanate, da sie reaktiver und weniger toxisch sind als die aliphatischen Diisocyanate. Beispiele für solche Diisocyanate sind 2,4-Toluoldiisocyanat, 2,6-Toluoldiisocyanat, Methandiisocyanat, Naphthylen-1,4-diisocyanat,

4098 3 1 /0683

Diphenylmethan-4,4-¹ -diisocyanat, 3»3'-Dimethoxybiphenylendiisocyanat, 4,4—Diphenyl endiisocyanat und Mischungen davon. Das Diisocyanat wird gewöhnlich in einem stöchiometrischen Überschuß verwendet, um eine vollständige Umsetzung mit den funktioneilen Gruppen des-Polyols und mit dem vorhandenen Wasser zu gewährleisten· Vorzugsweise werden in der Reaktionsmasse 18 bis 50 Teile Diisocyanat auf 100 Teile Polyol verwendet.

Bei der erfindungsgemäß verwendeten Polyisocyanatkomponente handelt es sich vorzugsweise um ein Polymethylenpolyphenylisocyanat, beispielsweise um das nicht-destillierte Produkt aus einer Anilin/Formaldehyd-Kondensationsreaktion und der nachfolgenden Phosgenierung. Ein solches Produkt umfaßt Diphenylmethan-4,4¹-diisocyanat und seine analogen Verbindungen mit einer Funktionalität zwischen 2 und 3· Zwei dieser Materialien sind folgende:

NCO

409831/0683

NCO

Das nicht-destillierte Produkt weist eine verhältnismäßig niedrige Verdampfungsgefahr des Produktes auf (weniger als 5 Torr bei 200°C). Außerdem verleiht das nicht-destillierte Produkt den Schäumen im Vergleich zu Toluoldiisocyanat eine verbesserte Wärme- und Feuerbeständigkeit·

Die erfindungsgemäß verwendete Polyisocyanatkomponente kann auch in Form eines Prepolymerisats, wie üblich, der Mischung zugesetzt werden· Das Prepolymerisat wird hergestellt durch Umsetzung eines stöchiometrischen Überschusses an Isocyanat mit der polymeren Hydroxyverbindung· In der Regel wird das Isocyanat in einem stöchiometrischen Überschuß von etwa 30 bis etwa 200 % verwendet. Die Stöchiometrie basiert in diesem Falle auf der Anzahl der Äquivalente an Isocyanatgruppen pro Äquivalent Hydroxygruppen in der polymeren Hydroxyverbindung. Je nach den gewünschten'Eigenschaften des Schaumes kann es von Vorteil sein, einige der Isocyanatgruppen der Polyisocyanate mit einer monofunktionellen organischen Verbindung, wie z.B. einem Phenol, zu blockieren· Solche Blockierungsmethoden erlauben die Einstellung der Zugänglichkeit der reaktionsfähigeren Isocyanatgruppen und die 1 ,'..^stellung der Polymerisations- oder Aushärtungstemperatur des Schaumes. Zur Erzielung des gewünschten Reaktivitätsgrades kann eine oder eine beliebige Anzahl von Isocyanatgruppen blockiert werden. Außerdem können zur Einstellung der gewünschten Abspaltungsoder Freisetzungstemperatur spezielle Katalysatoren verwendet werden·

Die Menge des verwendeten Polyisocyanate variiert geringfügig in Abhängigkeit von der Art des hergestellten Polyurethans. Im allgemeinen sollte das -HCO-Äquivalent zu dem gesamten aktiven Wasserstof^kquivalent so sein, daß ein Verhältnis von 0,8 bis 2,0 Äquivalenten-NCO pro Äquivalent aktivem Wasserstoff, d.h. Hydroxylwasserstoff der Polyo!verbindung, vorliegt.

409831/0683

Vorzugsweise beträgt das Verhältnis etwa 1,0 bis etwa 1,5 Äquivalente-NCO pro Äquivalent aktivem Wasserstoff,

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Polymethylenpolyphenylisocyanatkomponente vor dem Mischen mit der Polyhydroxyverbindung durch Erhitzen auf 160 bis 25O⁰C mit 0,1 bis 3 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Isocyanats) eines Trihydrocarbylphosphats in eine lagerungsbeständige Flüssigkeit umgewandelt· Bevorzugte Trihydrocarbylphosphate sind die Trialkylphosphate, in denen der Alkylrest 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthält, wie z.B. in Methyl, Äthyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Honyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl und den isomeren Formen davon. Das besonders bevorzugte Trialkylphosphat ist Triäthylphosphat und das besonders bevorzugte Polymethylenpolyphenylisocyanat ist bei dieser Ausführungsform praktisch reines Diphenylmethandiisocyanat. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "praktisch reines DiphenylmethandAisocyanat" ist ein Diphenylmethandiisocyanat zu verstehen, das im wesentlichen frei von Polyisocyanaten mit einer höheren Funktionalität ist, d.h. das weniger als etwa 5 Gew.-% an Polyisocyanaten mit einer höheren Funktionalität enthält. Das praktisch reine Material enthält in der Regel etwa 90 % Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat und etwa 10 % des entsprechenden 2,4'-Isomeren. Es ist klar, daß diese Ausführungsform nicht auf dieses spezielle Mengenverhältnis der ,Isomeren beschränkt ist, sondern auch die Verwendung anderer Mengenverhältnisse sowie die Verwendung der einzelnen reinen 4,4'- und 2,4'-Isomeren umfaßt, die im wesentlichen frei von Polyisocyanaten mit einer höheren Funktionalität sind.

Es ist aber auch ein anderes Verfahren zur Herstellung des Polyurethanklebstoffes möglich und praktikabel. Durch Zugabe von 1 bis 3 Teilen bestimmter ausgewählter oberflächenaktiver Mittel oder Oberflächenadditive auf 100 Teile Polyol anstelle von Wasser ist es möglich, die Polyurethanverbindung mechanisch

409831 /0683

zu verschäumen oder Luft in sie einzuschließen, anstatt die Verbindung chemisch zu verschäumen und einen beständigen Schaum aus Luft und Polyurethanklebstoff herzustellen. Eine allgemeine Formulierung für die Herstellung dieses Klebstoffes ist folgende:

Teile Material

100,00 Polyol oder ein anderes Hydroxyl

enthaltendes Material

10,00 - Asbest

0,06 Dibutylzinndilaurat

3 »00 oberflächenaktives Mittel

0,50 Färbemittel

30,00 Düsocyanat

Der Schaum der obigen Zusammensetzung wird durch eine geeignete Auftragseinrichtung auf die Unterseite einer getufteten primären Unterlage aufgetragen, geliert und dann wie oben beschrieben gehärtet. Beispiele für geeignete oberflächenaktive Mittel sind oberflächenaktive Siliciumverbindungen der Union Carbide Company und der Dow Chemical Company,

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1

In eine zum Ausbreiten einer Mischung auf der Unterseite eines getufteten primären Unterlagenmaterials geeignete Mischerrkopfvorrichtung wurden getrennt eingeführt (1) 45,4 kg (100,0 pounds) Polypropylenglykol mit einer Hydroxylzahl von etwa 25 und einem Molekulargewicht von 6500, 0,23 kg (0,50 pounds) Wasser, 6,8 kg (15»0 pounds) Asbestpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 5 bis 50 Mikron, 45,4 kg (100,0 pounds) Calciumcarbonat mit einer

•409831 /0683

durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 50 bis I50 Mikron und 0,023 kg (0,05 pounds) Dibutylzinndilaurat sowie (2) 13»6 kg (30 pounds) umgewandeltes Diphenylmethan-4-,4~diisocyanat. Die dabei erhaltene Mischung hatte eine Anfangsviskosität von etwa 88 000, gemessen mit einem Brookfield-RVF- ' Viskosimeter mit einer Spindel Hr. 7 *>ei 10 UpM. Ein primäres Unterlagenmaterial, durch welches Nylongarn getuftet worden war, wurde dann unter den Mischerkopf geführt. Die thixotrope Polyurethanmischung wurde auf die primäre Unterlage und das freiliegende Garnbüschel in einer Menge von 0,61 kg (18 ounces) Mischung pro m (yd. ) Unterlage mittels einer Rakel aufgetragen und auf eine allgemeine Dicke von etwa 0,635 cm (1/4 inch) verschäumen gelassen. Dann wurde auf die Klebstoffschicht eine sekundäre Unterlage (Verstärkung) aufgebracht und die Kombination aus primärer Unterlage und sekundärer Unterlage wurde anschließend zwischen zwei Quetschwalzen hindurchgeführt, wobei die Unterlagen und der Klebstoff einem Druck von etwa 0,28 kg/cm (4 psi) ausgesetzt wurden, wobei praktisch sämtliche in dem Klebstoff während der Verschäumung gebildeten Zellen zerstört wurden. Das dabei erhaltene Laminat aus primärer Unterlage und sekundärer Unterlage wurde dann über einen Teil des Umfanges einer Reihe von vertikal übereinander angeordneten Heiztrommeln geführt, in denen die sekundäre Unterlage einer Temperatur von 135° C ausgesetzt wurde, um das Klebstoffmaterial zu verfestigen und auszuhärten. Die Heiztrommel war auf ihrer beheizten Oberfläche mit einem mit Polytetrafluoräthylen beschichteten Glasfaserklebestreifen überzogen. Das Teppichprodukt löste sich von der Trommel gut ab, ohne daran zu kleben.

Das dabei erhaltene laminierte Teppichprodukt wurde dann durch Entlaminierungs-, Büschelhüllen- und Tuftverankerungstests auf seine Festigkeit hin untersucht. Dabei wurde gefunden, daß der Teppich eine Tuftverankerung von etwa 11,3 kg (25 pounds) aufwies. Die Büschelhülle erwies sich zu etwa 100 %

409831/0683

mit Polyurethanklebstoff gesättigt und es trat keine Wanderung des Polyurethans durch die primäre Unterlage hindurch auf,

Beispiel 2

Die nachfolgend angegebene allgemeine Formulierung wurde abgemessen und mit trockener Luft in dem Kopf einer mechanischen Verschäumungsvorrichtung, wie sie üblicherweise zum Verschäumen von Latex, Konfekt und Nahrungsprodukten verwendet wird, gemischt,

Menge in kg (pounds) Material

4-5,4- (100,00) Triolpolyäthylenglykol (MG 6000)

4,54- (10,00) Asbest

34-,O (75,00) Füllstoff (Calciumcarbonat)

0,014- (0,003) ' Dibutylzinndilaurat

1»36 (3,00) Siliconsurfactant (Dow Chemical

Company)

14-,1 (31 »00) ein Diisocyanatprepolymerisat aus

dem Diisocyanat des Beispiels 1 und Polypropylenglykol, das einen freien ttCO-Gehalt von etwa 34- % bei einem IsocyanatäquVvalent von etwa 14-0 aufwies.

Die in dem Verschäumungskopf erzeugte Bewegung lieferte einen Klebstoff-Luft-Schaum einer Dichte von etwa 0,272 g/cnr⁵ (17 pounds/ft. ). Dieser Schaum wurde in eine Mulde hinter einer Rakel gegossen, die ihn so dosierte, daß er in einer Menge von etwa 1,29 kg/m (38 ounces/yd. ), entsprechend einer Dicke von etwa 0,952 cm (3/8 inch), auf die Teppichunterläge •aufgebracht wurde· Die Klebstoffverbindung wurde dann wie in Beispiel 1 beschrieben gehärtet.

Es sei darauf hingewiesen, daß zu den üblichen Unterlagenmaterialien, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet

409831 /0683

233ΛΠ78

werden können, Unterlagen aus gewebter Jute, Baumwolle und synthetischen Fasern, gewebte Streifen aus Polyolefinmaterial, Folien aus Polyolefinmaterial, genadelte und nichtgewebte Unterlagenmaterialien und dgl, verwendet werden können« Übliche Teppichgarne für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren sind z.B. Naturfasern, wie Baumwoll- und Wollfasern, sowie synthetische Fasern, wie Nylon-, Polyester-, Polyolefinfasern und dgl. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die sekundäre Unterlage weggelassen und das Urethanunterlagenmaterial (-verStärkungsmaterial) wird statt dessen verschäumen gelassen und dann dadurch gehärtet, daß man es in der Nähe der Trockentrommel 40 anordnet, wobei das verschäumte Urethan der erhitzten Oberfläche der Trommel, die von einem mit Polytetrafluoräthylen beschichteten Glasfaserklebestreifen bedeckt ist, unmittelbar benachbart ist. Anstatt das Urethanmaterial zu verschäumen, kann, das Urethanmaterial vor dem Aufbringen auf die getuftete Unterlage wie in Beispiel 2 mechanisch ver schäumt und dann gehärtet werden, indem man es in der Nähe der erhitzten Oberfläche der Trockentrommel 40 anordnet. Beim Verschäumen des Urethans kann der Wassergehalt des Systems auf einen sehr geringen Wert herabgesetzt werden.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können die Schaumzellen, ob sie nun mechanisch oder durch chemische Umsetzung erzeugt worden sind, zerstört (zusammengedrückt) oder nicht zerstört werden. Wenn die Zellen zerstört werden, wird eine starrere (festere) Unterlage erhalten. Wenn die Zellen nicht zerstört werden, wird eine weichere und elastischere Unterlage erhalten. Auf die bei dieser Ausführungsform erhaltene Unterlage können verschiedene Muster aufgeprägt werden, wenn die Zellen vollständig oder teilweise zerstört (zusammengedrückt) werden.

£09831 /0683

Die Erfindung wurde vorstehend zwar an Hand spezifischer
bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch klar, daß diese in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche:

4 0983 1/0683

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines getufteten Teppichproduktes, bestehend aus einer primären Unterlage, durch die ein Teppichgarn geschlungen ist unter Bildung einer Oberseite der Unterlage, die einen Großteil des durchgeschlungenen (eingewebten) Garns aufweist, und einer Unterseite der Unterlage, die ein Büschel aus dem Teppichgarn aufweist, einer sekundären Unterlage und einer Schicht aus einem Klebstoffmaterial zwischen der Unterseite der primären Unterlage und der sekundären Unterlage, um beide Unterlagen fest miteinander zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß man

die Unterseite der primären Unterlage an einer Auftragsstation vorbeiführt, an der auf die Unterseite der primären Unterlage ein thixotropes Polyurethanklebstoff-Aufbaumaterial aufgebracht wird,

eine sekundäre Unterlage auf die Unterseite der primären Unterlage und das Klebstoffmaterial unter einem ausreichenden Druck aufbringt, um eine Verklebung der beiden Unterlagen miteinander zu erzielen, und /

die sekundäre Unterlage und das Klebstoffmaterial innerhalb eines Zeitraums von etwa 10 Sekunden bis etwa 10 Minuten auf eine Temperatur von etwa 21 bis etwa 14-9°C (70 bis 300°F) erhitzt, um dadurch das Klebstoffmaterial zum Polymerisieren und Aushärten zu bringen, indem man die sekundäre Unterlage und die primäre Unterlage um einen Teil der Umfangsoberfläche mindestens einer rotierenden erhitzten Trommel mit einem nicht-klebenden Trennmittel auf ihrer Oberfläche herumführt, wobei die sekundäre Unterlage unmittelbar an die Oberfläche der erhitzten Trommel angrenzend angeordnet ist.

A09831 /0683
2. Verfahren zur Herstellung eines getufteten Teppichproduktes, bestehend aus einem Substrat mit einem durchgeflochtenen Teppichgarn unter Bildung einer Oberseite, die einen Großteil des durchgeflochtenen Garns aufweist, und einer Unterseite, die ein Teppichgarnbüschel auf v/eist, und einer Schicht aus einem Urethanverstärkungsmaterial auf der Unterseite des Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß man

die Unterseite des Substrats an einer Auftragsstation vorbeiführt, an der auf die Unterseite des Substrats und das Teppichgarnbüschel ein Polyurethanverstärkungsmaterial aufgebracht wird, und

das Substrat und das Verstärkungsmaterial für einen Zeitraum von etwa 10 Sekunden bis etv/a 10 Minuten auf eine Temperatur von etwa 21 bis etv/a 14-9° C (70 bis 300⁰P) erhitzt, um das Verstärkungsmatcrial zum Polymerisieren und Aushärten zu bringen, indem man das Substrat und das Verstärkungsmaterial um einen Teil der Umfangsoberfläche mindestens einer rotierenden erhitzten Trommel mit einem nicht-klebenden Trennmittel auf ihrer Oberfläche herumführt, wobei das Verstärkungsmaterial unmittelbar an die Oberfläche der erhitzten Trommel angrenzend angeordnet ist♦
3. Vorrichtung zum Auflaminieren einer sekundären Unterlagenmaterialbahn auf eine vorher getuftete primäre Unterlagenmaterialbahn, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zur Beförderung einer Bahn aus dem primären Unterlagenmaterial entlang eines vorher festgelegten Weges,

eine Verteilungseinrichtung, die an einem ersten Ort in der Nähe dieser Bahn angeordnet ist, zum Aufbringen einer bestimmten Menge eines bei Temperaturen von etwa 21 bis etwa C! (70 bis 300°P) innerhalb eines Zeitraumes von etwa

409831 /0683

10 Sekunden bis etwa 10 Minuten härtbaren flüssigen Klebstoffmaterials auf eine erste Seite des primären Unterlagenmaterials ,

eine Rakel-Auftragseinrichtung, die an einem zweiten Ort benachbart zu dem Weg angeordnet ist, zur Aufnahme des primären Unterlagenmaterials von dem ersten Ort und zur Verteilung des aufgetragenen Klebstoffmaterials bis zu einer vorher festgelegten Dicke auf der ersten Seite des primären Unterlagenmaterials,

eine Spannrahmeneinrichtung, die an einem dritten Ort in der Nähe dieses Weges angeordnet ist, zur Aufnahme des primären Unterlagenmaterials von dem zweiten Ort und zur Streckung des mit dem Klebstoff beschichteten primären Unterlagenmaterials innerhalb eines vorher festgelegten Zeitraumes, der ausreicht, um eine Ausdehnung des Klebstoff— materials zu ermöglichen,und

mindestens eine rotierende erhitzte Trommel, die in der Nähe dieses Weges angeordnet ist, zur Aufnahme des primären Unterlagenmaterials um einen Teil der Trommeloberfläche herum, wobei das flüssige Klebstoffmaterial unmittelbar an die Oberfläche der erhitzten Trommel angrenzend angeordnet ist und wobei die erhitzte Trommel auf ihrer Oberfläche ein nicht-klebendes Trennmittel aufweist und bei einer Temperatur von etwa 21 bis etwa 14-9°C (70 bis 300⁰F) betrieben wird, bei der das flüssige Klebstoffmaterial innerhalb eines Zeitraumes von etwa 10 Sekunden bis etwa 10 Minuten aushärtet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung auf v/eist, die in der Nähe des Weges angeordnet ist, zum Befördern einer Bahn aus dem sekundären Unterlagenmaterial auf die mit dem Klebstoff beschichtete erste Seite des gestreckten primären Unterlagenmaterials und in der

A0983 1 /0683

die rotierende Trommel so aufgebaut und angeordnet ist, daß sie das primäre Unterlagenmaterial und das sekundäre Unterlagenmaterial um einen Teil des Trommelumfanges herum aufnehmen kann, wobei das sekundäre Unterlagenmaterial unmittelbar an das nicht-klebende Trennmittel auf der Oberfläche der erhitzten Trommel angrenzend angeordnet ist.

0 9 8 3 1/0633

Leerseite

Copy I