DE2606953A1 - Verfahren zur herstellung von vliesstoffen auf nassem wege - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN Z Ö U O 3 ü d

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 2t/22

Case 17594 HtM/th

International Paper Company, 220 East 42nd Street, New York, New York 10017/USA

Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen auf nassem Wege.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen auf nassem Wege aus wässrigen Faserdispersionen. Sie betrifft insbesondere die Bildung einer stabilen, viskosen, gleichmäßigen bzw. einheitlichen wässrigen Dispersion, in der sich die einzelnen Fasern nicht miteinander verfilzen bzw. verschlingen. Sie ist insbesondere auf die Herstellung von Vliesstoffen aus relativ langen und dünnen, flexiblen, synthetischen Stapelfasern, wie Polyesterfasern mit einer Länge von 12,7 bis 38,1 mm (0,5 bis 1,5 inches) und einem Titer von 1,25 bis 3,0 Denier gerichtet.

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Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen, die synthetische Fasern mit Stapellänge und einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von 400 bis 3000 enthalten, auf nassem Wege durch Ablegen der Fasern mit Hilfe einer Papiermaschine, wobei zur Herstellung einer wässrigen Dispersion ein Dispergiermittel zugesetzt und die Dispersion auf einem Papiermaschinensieb abgelegt werden.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen auf nassem Wege durch Ablegen von synthetischen Fasern mit Hilfe einer Papiermaschine bekannt. Typischerweise werden die Fasern bei einem solchen Verfahren entweder als wässrige Dispersion oder als wässriger Schaum auf einem Papiermaschinensieb oder einem Drahtnetz abgelegt. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise auf die US-Patentschriften 3 808 095 und 3 839 142 verwiesen.

Bei sämtlichen herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von , Vliesstoffen auf nassem Wege ergeben sich keine wesentlichen Schwierigkeiten bei der Anwendung von relativ dicken und kurzen, inflexiblen Fasern, beispielsweise Fasern mit einem Titer von 1,5 Denier und einer Länge von 6,35 mm (1/4 inch), Fasern mit einem Titer von 6,0 Denier und einer Länge von 19,1 mm (3/4 inch) und Fasern mit einem Titer von 15,0 Denier und einer Länge von 28,6 mm (1 1/8 inch). Diese Verfahren sind jedoch nicht geeignet zur Herstellung von Vliesstoffen aus relativ langen und dünnen, flexiblen,synthetischen Fasern, wie Fasern mit einem Titer von 1,5 Denier und einer Länge von 25,4 mm (1 inch) und Fasern mit einem Titer von 3,0 Denier und einer Länge von 38,1 mm (1 1/2 inch). Die relativ langen und dünnen, flexiblen, synthetischen Fasern neigen dazu, sich zu verfilzen oder miteinander zu verschlingen, wenn sie in den wässrigen Dispersionen oder Schäumen suspendiert sind, die beim Ablegen der Fasern auf

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dem Papiermaschinensieb auf nassem Wege eingesetzt werden. Diese miteinander verfilzten oder verschlungenen Fasern bilden Knoten, Bündel und Stränge bzw. Schnüre in den sich ergebenden Vliesstoffen. Die Anwesenheit solcher Knoten, Bündel und Schnüre hat ganz allgemein solche Vliesstoffe kommerziell nicht konkurrenzfähig gemacht.

Es sind daher Wege gesucht worden, mit denen lange, dünne, flexible synthetische Fasern gleichmäßig dispergiert werden können, so daß sie sich nicht verfilzen oder miteinander verschlingen können. Für diesen Zweck haben sich gewisse Schaumdispersionen der Fasern als geeignet erwiesen. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise auf die GB-PS 1 129 757, die CA-PS 787 649, die US-Patentschriften 3 716 449, 3 837 999 und 3 007 840 verwiesen. Die Anwendung von Schaumdispersionen ist jedoch in gewisser Weise beschränkt. Dies beruht darauf, daß die Handhabung solcher Schäume schwierig und kostspielig ist und die erhaltenen Vliesstoffe eine geringe Festigkeit besitzen, so daß sie auch schlecht handzuhaben sind. Somit ist die Anwendung von Faserdispersionen in flüssiger Phase bevorzugt worden.

Bei der Anwendung solcher flüssiger Phasen, das heißt wässriger Dispersionen von langen, dünnen, flexiblen synthetischen Fasern, insbesondere hydrophoben Fasern, haben sich jedoch erhebliche Schwierigkeiten ergeben.

So sind relativ lange und dünne, flexible synthetische Fasern mit Stapellänge im allgemeinen sehr schwierig in Wasser zu dispergieren. Die erhaltenen Dispersionen können auch nur schwer in gleichmäßigem Zustand gehalten und zu dem Papiermaschinensieb transportiert werden. Wenn diese Fasern jedoch nicht vollständig in dem flüssigen Medium dispergiert sind und in vollständig dispergiertem Zustand gehalten werden, tritt in erheblichem Ausmaß ein Verfilzen bzw. Verschlingen

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und Ausflocken der Fasern auf, wodurch sich Faserknoten, -bündel und -stränge bilden.

Diese flexiblen Fasern neigen auch in besonderem Maße zum Ausflocken, wodurch sie Knoten und Bündel bilden, wenn sie in Wasser dispergiert werden. Die Fasern neigen dazu, sich in dem wässrigen Medium zu biegen, zu verdrehen und aufzurollen und andere benachbarte Fasern zu berühren, insbesondere wenn das wässrige Medium gerührt oder einer turbulenten Bewegung unterworfen wird. Wenn die Fasern sich frei biegen oder andere Fasern berühren können, ergibt sich als unvermeidbares Ergebnis die Bildung von Knoten, Bündeln und anderen unerwünschten Faserverfilzungen, wie Strängen, in den erhaltenen wässrigen Dispersionen und den damit bereiteten Vliesstoffen. Dieses Problem tritt in besonders starkem Ausmaße bei gekräuselten Fasern auf, bei denen die Kräuselung die verfilzenden Haken bildet und als Ergebnis davon zu Knoten und langen Strängen oder Strähnen führt.

Weiterhin ist es im allgemeinen schwierig, die erhaltenen Dispersionen gleichmäßig auf dem Papiermaschinensieb abzuscheiden. Dies beruht darauf, daß das in den Dispersionen verwendete wässrige Medium dazu neigt, zu schnell durch das Sieb abzulaufen. In der Tat ist die Abtropfgeschwindigkeit der wässrigen Dispersionen so groß, daß es nicht möglich ist, die bei der Herstellung von Papier üblichen Schüttelmechanismen anzuwenden, um die Fasern gleichmäßiger in den erhaltenen Geweben zu verteilen.

Es sind daher weitere Anstrengungen unternommen worden, eine gleichmäßige wässrige Dispersion von flexiblen Fasern zu bilden, die während der Lagerzeit und während des Transports zu dem Papiermaschinensieb stabil ist und die beim Auftragen auf das Papiermaschinensieb eine gleichmäßige Faserverteilung ergibt.

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Eine Methode zur Förderung der Dispersion der flexiblen Fasern in"Wasser und zur Aufrechterhaltung der Faserdispersionen besteht darin, die Fasern und/oder das Wasser mit einem oder mehreren chemischen Mitteln zu behandeln, die das Benetzen der einzelnen Fasern mit Wasser fördern. Bei hydrophilen₍synthetischen Fasern, wie Viskosereyon, Celluloseacetat und Polyvinylacetat,, stellt das Benetzen der Fasern kein Problem dar. Somit ist beim Dispergieren solcher Fasern nur eine geringe Menge eines Netzmittels oder kein Netzmittel erforderlich, um die Fasern zu Dispergieren. Andererseits stellt das Benetzen von hydrophoben _f synthetischen Fasern, die aus Polymerisaten, wie Polyamiden, Polyestern, Polyolefinen, Phenolharzen und dergleichen hergestellt worden sind, ein schwierigeres Problem dar, da solche Fasern nicht ohne weiteres benetzt werden können. Demzufolge sind relativ große Mengen, zum Beispiel etwa 0,1 Gew.-%, eines Netzmittels in dem flüssigen Medium erforderlich geworden, um solche Fasern zu dispergieren.

Da die meisten Netzmittel oder Dispergiermittel auch gute schaumbildende Mittel darstellen, insbesondere wenn sie in Mengen vorhanden sind, die dazu ausreichen, die hydrophoben Fasern weitgehend zu benetzen, führt die Anwendung der Dispergiermittel häufig zur Bildung erheblicher Mengen unerwünschten Schaums an der Oberfläche, selbst wenn nur mäßige Rührbedingungen angewandt werden. Der an der Oberfläche gebildete Schaum neigt im allgemeinen dazu, die Fasern aus der Dispersion an die Oberfläche mitzunehmen. Wenn andererseits Entschäumungsmittel zu den Faserdispersionen zugesetzt werden, neigen die Fasern zum Ausflocken, wodurch die Bildung eines gleichmäßigen Vliesstoffes noch schwieriger wird.

Es ist auch die Anwendung von Dispergiermitteln versucht worden, die keine guten schaumbildenden Mittel darstellen.

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Hierzu sei beispielsweise auf die US-PS 3 067 087 und die CA-PS 921 210 verwiesen. Unter Verwendung solcher Dispergiermittel sind relativ lange und dünne, flexible,synthetische Fasern unter heftigem Rühren in Wasser dispergiert worden. Die Anwendung solcher Dispergiermittel hat jedoch in keiner Weise die Neigung der flexiblen Fasern vermindert, sich beim Rühren in flüssigem Medium während ιmehr als nur einer kurzen Zeitdauer zu verfilzen oder miteinander zu verschlingen, noch das Bestreben solcher Fasern,auszuflocken,eingeschränkt, wenn sie aus dem Bereich entfernt werden, in dem das Rühren unter Anwendung hoher Scherkräfte erfolgt, beispielsweise wenn sie zu dem Papiermaschinensieb transportiert werden. Andererseits sind diese Dispergiermittel auch nicht dazu geeignet, die Abtropf- oder Abflxeßeigenschaften der wässrigen Dispersionen auf dem Papiermaschinensieb zu verbessern. Somit hat die alleinige Anwendung von Dispergiermitteln die Probleme nicht vollständig zu lösen vermocht, die bei der Herstellung und bei dem nassen Ablegen von Dispersionen von relativ langen und dünnen, flexiblen synthetischen Fasern in flüssiger Phase auftreten.

Es wurde beobachtet, daß, wenn beim Dispergieren der Fasern die Viskosität des flüssigen Mediums erhöht wird, die Ausfällung der Fasern vermindert wird. Aus diesen Gründen wurde entweder im Zusammenhang mit oder ohne die Anwendung von Dispergiermitteln die Zugabe von Verdickern, wie natürlichen und synthetischen Gummen bzw. Harzen, zu Mischungen aus Fasern und Wasser versucht. Es hat sich gezeigt, daß die Anwendung von Verdickern zur Steigerung der Viskosität des Wassers bei der Herstellung und der Aufrechterhaltung von Faserdispersionen nützlich ist. Hierzu sei beispielsweise auf die CA-PS 949 791 und die US-Patentschriften 2 810 644, 3 013 936, 3 098 786, 3 794 557, 3 808 095 und 3 834 983 verwiesen. Es hat sich auch gezeigt, daß die Verwendung von Verdickern oft zu einer Veränderung der

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Abtropf- bzw. Drainage-Eigenschaften der Wasser/Faser-Dispersionen auf dem Papiermaschinensieb führt (vgl. die ÜS-PS 3 391 057). Jedoch stellt selbst bei der Verwendung solcher Verdicker die Dispersion von relativ langen und dünnen, flexiblen synthetischen Fasern in flüssigen Medien, wie Wasser, und das Halten der Fasern in einer Dispersion ohne die Bildung von Faserknoten, -bündeln und -strängen ein bislang ungelöstes Problem dar.

Eine weitere wesentliche Schwierigkeit bei der Herstellung von Vliesstoffen aus Dispersionen in flüssiger Phase besteht darin, Vliesstoffe zu bilden, die ohne zu zerreißen oder ohne daß sie auseinandergehen, von dem Papiermaschinensieb abgenommen werden können.

Zur Steigerung der anfänglichen Festigkeit des Vliesstoffes in feuchtem Zustand wurden in gewissen Fällen hydratisierte (feinfaserige) Holzfasern oder andere natürliche Fasern und/oder feinfaserige,synthetische Fasern mit den nichtfeinfaserigen^ synthetischen Fasern kombiniert. Es hat sich gezeigt, daß solche Kombinationen die Vliesstoffe zusammenhalten, während diese von einem bewegten Papiermaschinensieb über nicht-unterstützte Zieh- bzw. Transporteinrichtungen zu Naßpressen oder anderen Behandlungseinrichtungen überführt werden, wo ein Bindemittel zugesetzt wird, um die Fasern permanenter miteinander zu verbinden. Vor der Zugabe irgendwelcher Klebstoffe werden solche Vliesstoffe teilweise durch ein mechanisches Zusammenhängen oder Verschlingen der feinfaserigen Fasern zusammengehalten. Die Anwendung der feinfaserigen natürlichen oder synthetischen Fasern als Teil des Ausgangsmaterials hat sich für Vliesstoffe nicht als geeignet erwiesen, die als Ersatzstoffe für Textilien verwendet werden sollen. Dies beruht auf dem steifen, "papierartigen" Griff, den diese feinfaserigen Fasern den gebildeten Vliesstoffen verleihen.

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Eine weitere Methode zur Steigerung der anfänglichen Festigkeit des Vliesstoffs aus nichtfeinfaserigen Fasern in feuchtem Zustand besteht darin, die Fasern mit Polymerisatlatexbindemitteln zu beschichten oder einzukapseln. Diese Bindemittel halten die Bahnen zusammen und erlauben deren kontinuierliche Ablösung von dem Papiermaschinensieb, ohne daß sie brechen oder zerreißen. Die Anwendung von Polymerisatlatexbeschichtungen ist jedoch relativ kostspielig, obwohl hierdurch den Vliesstoffen weichere und textilartigere Eigenschaften verliehen werden. Diese Beschichtungen besitzen den zusätzlichen Nachteil, daß sie klebrig sind, so daß es schwierig ist, die Maschine in sauberem und klebfreiem Zustand zu halten.

Eine weitere Methode zum Zusammenhalten der feuchten Vliesstoffe besteht in der genauen Steuerung der Wassermenge in dem Gewebe, wenn dieses von dem Papiermaschinensieb abgenommen wird. In diesem Zusammenhang sei auf die US-PS 3 223 581 verwiesen. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es nur für Fasern geeignet ist, die im wesentlichen glatte, flache Oberflächen aufweisen, so daß sich eine große Kontaktoberfläche zwischen den die Bahn bildenden Fasern ergibt. Für dieses Verfahren haben sich runde und andere Fasern mit nicht-flachen Oberflächen als nicht geeignet erwiesen. Zusätzlich ergeben diese Fasern relativ dichte, steife und "papierartige" Bahnen, die für Vliesstoffe für Textilzwecke ungeeignet sind.

Erfindungsgemäß wird nun eine stabile, viskose, gleichmäßige Luft/Faser/Wasser-Dispersion zur Herstellung von Vliesstoffen, die synthetische Fasern mit Stapellänge und einem Längen/ Durchmesser-Verhältnis von 400 bis 3000 enthalten, auf nassem Wege mit Hilfe einer Papiermaschine geschaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie dadurch erhältlich ist, daß die Fasern zu einer mit hoher Scherwirkung gerührten Mischung aus Wasser und einem Dispergiermittel zugesetzt werden, um die

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Fasern zu trennen und die einzelnen Fasern vollständig und gleichmäßig in der erhaltenen, mit hoher Scherwirkung gerührten Mischung aus Luft, Fasern und Wasser zu verteilen; und

daß dann langsam ein thixotroper Verdicker zu der mit hoher Scherwirkung gerührten Mischung unter Bildung einer viskosen Dispersion zugesetzt wird,

die eine bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden gemessene naszierende Viskosität (in naszierendem Zustand gemessene Viskosität) von etwa 10 bis 125 cP aufweist, wodurch die einzelnen Fasern in der viskosen Dispersion daran gehindert werden, sich zu verfilzen oder miteinander zu verschlingen und Knoten, Bündel und Stränge zu bilden.

Mit Hilfe dieses Verfahrens kann schnell eine viskose Dispersion bereitet werden, die verdünnt und gleichmäßig unter Bildung eines Vliesstoffs, der frei ist von Knoten, Bündeln und Strängen, auf einem Papiermaschinensieb abgelegt werden kann. Der erhaltene Vliesstoff kann auch ohne weiteres von dem Papiermaschinensieb abgenommen werden, ohne daß er zerreißt oder auseinandergezogen wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein neuer, gleichmäßiger Vliesstoff geschaffen, der mindestens 50 Gew.-% synthetische,hydrophobe Fasern mit Stapellänge und einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von etwa 1000 bis 3000 und einer Länge von mindestens 12,7 mm (0,5 inch)enthält, der eine MikroVariation des Flächengewichts (Basisgewichts) von nicht mehr als etwa 10% und eine Makrovariation des Flächengewichts von nicht mehr als etwa 5% aufweist und der im wesentlichen frei ist von Knoten, Bündeln und Strängen.

Weitere Ausführungsformen, Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der weiteren Beschreibung, den Beispielen und den beigefügten Zeichnungen.

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In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Fließdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen nicht-stapelnden Rührers (non-stapling agitator);

Fig. 3 eine Schnittansicht des Rührers längs der in der Fig. 2 gezeigten Linie 3-3; und

Fig. 4 eine Schnittansicht des Rührers längs der in der Fig. 2 gezeigten Linie 4-4, die das verdickte Profil eines jeden Rührerflügels verdeutlicht.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen, viskosen, gleichmäßigen Luft/Faser/ Wasser-Dispersion, die verdünnt und gleichmäßig auf einem Papiermaschinensieb, beispielsweise einem Fourdrinier-Drahtnetz, abgelegt werden kann und einen Vliesstoff ergibt, der frei ist von Knoten bzw. Schlingen, Bündeln und Strängen.

Erfindungsgemäß können zur Herstellung des Vliesstoffs irgendwelche üblichen Stapelfasern oder Fasern eingesetzt werden. Die zu verwendenden Stapelfasern umfassen feinfaserige fibrillierte und nichtfeinfaserige Fasern und synthetische und natürliche Fasern. Somit sind die zu verwendenden Fasermaterialien beispielsweise die Fasern, die ganz allgemein in der CA-PS 787 649, Seiten 2 bis 4, in der US-PS 3 391 O57_f Spalte 5, Zeilen 4 bis 44, in der US-PS 3 808 095, Spalte 5, Zeilen 3 bis 62, in der US-PS 3 837 999, Spalte 6, Zeilen bis 53 und in der US-PS 3 067 087, Spalte 2, Zeilen 26 bis 61 beschrieben sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut geeignet für synthetische, hydrophobe Fasern, beispielsweise Polyesterfasern, die sonst nur schwer in Wasser zu dispergieren und gleichmäßig auf nassem Wege auf einem Papiermaschinensieb abzulegen sind.

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Für die Durchführung der Erfindung sind die Dimensionen der Stapelfasern nicht kritisch, so daß irgendwelche üblichen Fasern verwendet werden können, beispielsweise Fasern mit einer Länge von 3,18 mm (1/8 inch) oder mehr und einem Titer von 1,25 Denier oder mehr. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für Faserbeschickungen geeignet, die mindestens etwa 10 Gew.-% irgendwelcher ,relativ langer und dünner, flexibler Fasern enthalten, die ein Längen/Durchmesser-Verhältnis von etwa 400 bis 3000 aufweisen, wie beispielsweise Polyesterfasern mit einer Länge von 12,7 mm (1/2 inch) und einem Titer..von 6 Denier, einer Länge von 19,1 mm (3/4 inch) und einem Titer von 1,25 Denier und einer Länge von 38,1 mm (1 1/2 inch) und einem Titer von 1,5 Denier. Für Faserausgangsmaterialxen, die Fasern mit einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von etwa 700 bis 2000 aufweisen, wie Polyesterfasern mit einem Titer von 3 Denier und einer Länge von 12,7 mm (1/2 inch) und einem Titer von 1,5 Denier und einer Länge von 25,4 mm (1 inch) und insbesondere Fasern mit einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von etwa 1500, beispielsweise Polyesterfasern mit einem Titer von 1,5 Denier und einer Länge von 19,1 mm (3/4 inch), ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet.

In der erfindungsgemäßen viskosen Luft/Faser/Wasser-Dispersion können Mischungen von verschiedenartigen Stapelfasern und unterschiedlichen Faserlängen und Fasergewichten ohne weiteres eingesetzt werden. Zu diesem Zweck kann man Mischungen aus zwei oder mehreren synthetischen Fasern und Mischungen aus synthetischen Fasern und natürlichen Fasern einsetzen. Beispielsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren für Mischungen geeignet, die hydrophobe, nichtfeinfaserige synthetische Fasern und bis zu 60% feinfaserige natürliche Fasern, zum Beispiel natürliche Holzfasern, enthalten.

Die erfindungsgemäße viskose Dispersion ist besonders geeignet für Faserausgangsmaterialien, die überwiegend (das heißt zu

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mindestens 50 Gew.-%, insbesondere zu mindestens 90 Gew.-%) oder ausschließlich (das heißt zu 100 %) relativ lange und dünne, flexible, hydrophobe synthetische Fasern enthalten. Überraschenderweise neigen die relativ langen und dünnen, flexiblen, hydrophoben, synthetischen Fasern in solchen Faserausgangsmaterialien, wenn sie in der erfindungsgemäßen viskosen Luft/Faser/Wasser-Misehung dispergiert sind, dazu, sich nicht zu verfilzen oder miteinander zu verschlingen und daher nicht zum Ausfällen unter Bildung von Knoten, Schlingen, Bündeln oder Strängen.

Die erfindungsgemäße viskose Luft/Faser/Wasser-Dispersion erhält man durch Zusetzen der Fasern zu einer unter Anwendung hoher Scherwirkung gerührten Mischung aus Wasser und einem Dispergiermittel. Bei der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die angewandten Mengen in Bezug auf Wasser, das Dispergiermittel und die Fasern nicht kritisch. In dieser ersten Stufe kann man ohne weiteres etwa 0,1 bis 3 Gew.-% Fasern mit Stapellänge einsetzen. Vorzugsweise benutzt man ein Faserausgangsmaterial, das überwiegend oder ausschließlich Fasern mit einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von etwa 400 bis 700 aufweist, wobei man 2 bis 3 Gew.-%, insbesondere etwa 2,5 Gew.-% der Fasern, verwendet. Für ein Faserausgangsmaterial, das überwiegend oder ausschließlich Fasern mit einem Längen/ Durchmesser-Verhältnis von etwa 700 bis 2000 enthält, verwendet man 1 bis 2 Gew.-%, insbesondere etwa 1,5 Gew.-% der Fasern, während man bei einem Faserausgangsmaterial, das überwiegend oder ausschließlich Fasern mit einem Längen/ Durchmesser-Verhältnis von etwa 2000 bis 3000 enthält, 0,25 bis 1 Gew.-%, insbesondere etwa 0,5 Gew.-%, der Fasern benutzt. In dieser ersten Stufe kann man das Dispergiermittel auch in geeigneter Weise in einer so geringen Menge von etwa 0,0001 Gew.-% einsetzen. Vorzugsweise verwendet man das Dispergiermittel in einer Menge von etwa 0,001 bis 0,2 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 0,005 bis 0,1 Gew.-%.

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Das Dispergiermittel muß in dem Wasser gelöst werden, bevor man die Fasern zusetzt. Die Mischung aus dem Dispergiermittel und dem Wasser wird so heftig gerührt, daß sich die Oberfläche heftig bewegt, wobei nur ein geringer oder kein Wirbel auftritt. Als Ergebnis des Rührens wird Luft in Form von kleinen Luftblasen in das Wasser eingearbeitet. Vorzugsweise rührt man die Dispergiermitte^/Wasser-MischungjOhne daß an der Oberfläche wesentliche Schaummengen gebildet werden. Anschließend setzt man die Fasern zu.

Bei dieser ersten Stufe des Verfahrens kann man irgendein übliches Dispergiermittel einsetzen, das

1. mit den verwendeten Fasern verträglich ist,

2. die einzelnen Fasern zu benetzen in der Lage ist, so daß die Wassermoleküle zwischen die der Dispergiermittel/ Wasser-Mischung zuzusetzenden Fasern dringen und diese trennen können und

3. die Oberflächenspannung des Wassers auf einen Wert zu reduzieren vermag, bei dem durch heftiges Rühren des Wassers unter Ausübung starker Scherwirkung kleine Luftblasen in das Wasser eingearbeitet und von diesem mitgenommen werden können.

Unter den zu verwendenden Dispergiermitteln finden sich Dispergiermittel, die beim Rühren nicht in merklichem Ausmaß schäumen, das heißt nicht-schäumende oder keinen Schaum bildende Dispergiermittel. Beispiele für solche nichtschäumenden Dispergiermittel sind Polyacrylsäuren und die Polyacrylate mit relativ niedrigem Molekulargewicht, die in der GB-PS 945 307, Seite 1, Zeilen 58 bis 67, und der CA-PS 787 649, Seite 5, Zeilen 1 bis 6, beschrieben sind. Andere nicht-schäumende Dispergiermittel, die verwendet werden können, sind die Polyacrylamide mit relativ niedrigem Molekulargewicht und die (auf einen pH-Wert von etwa 3 bis 4) angesäuerten Polyacrylamide und Polyacrylate mit relativ hohem Molekulargewicht. Man kann ferner die relativ wenig

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schäumenden und relativ stark schaumbildenden Dispergiermittel verwenden, beispielsweise die in der US-PS 3 007 840, Spalte 5, Zeilen 36 bis 47, der US-PS 3 837 999, Spalte 6, Zeilen 53 bis 64 und der US-PS 3 067 087, Spalte 4, Zeilen 4 bis 31, beschriebenen.

Von den nicht-schäumenden Dispergiermitteln sind zum Dispergieren von hydrophoben, nichtfeinfaserigen (non-fibrillated) synthetischen Fasern die Polyacrylsäure-Dispergiermittel, wie die im Handel unter der Bezeichnung "Acrysol" von der Firma Rohm Se Haas Corporation, Philadelphia, Pennsylvania, USA, und die Polyacrylatdispergxermittel mit relativ niedrigem Molekulargewicht, wie beispielsweise die Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und Ammonium-Polyacrylat-Dispergiermittel, die unter dem Handelsnamen "Collacral", beispielsweise "Collacral DS-2017" von der Firma BASF Corporation, Paramus, New Jersey, USA, erhältlich sind, bevorzugt.

Bevorzugte relativ stark schaumbildende Dispergiermittel sind die Alkylarylpolyätheralkohol-Dispergiermittel, wie die Kondensationsprodukte von Äthylenoxid an Alkylphenole, die unter der Handelsbezeichnung "Triton", beispielsweise unter der Bezeichnung "Triton X-100" und "Triton X-114" von der Firma Rohm & Haas Corporation, Philadelphia, Pennsylvania, USA, erhältlich sind.

Bevorzugte, relativ wenig schaumbildende Dispergiermittel sind die Alkyltaurine, die unter der Handelsbezeichnung "Igepon ", zum Beispiel unter der Bezeichnung "Igepon CN-42" von der Firma GAF Corporation, New York, New York, USA, erhältlich sind.

Die Art des eingesetzten Dispergiermittels (stark schaumbildend, wenig schaumbildend oder nicht schaumbildend), die besonderen verwendeten Dispergiermittelverbindungen, die

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Anwendung dieser Produkte als solche oder in Kombination und die eingesetzten Mengen variieren von einem System zum anderen.

Die Auswahl eines Dispergiermittels hängt unter anderem von dem Ausmaß, mit dem die Wasser/Dispergiermittel-Mischung gerührt wird, und der Art der Fasern und ihrem Verhalten bzw. dem Verhalten ihrer Appretur gegen das Benetzen ab. Beispielsweise kann beim Dispergieren bestimmter hydrophober Fasern, die eine hydrophile Appretur aufweisen, ein relativ geringes Maß der Rührwirkung angewandt werden. In einem solchen Fall sind stark schaumbildende Dispergiermittel, wenig schaumbildende Dispergiermittel und Kombinationen dieser Dispergiermittel bevorzugt. Im Fall anderer hydrophober Fasern kann es erforderlich sein, heftiger zu rühren, um die Fasern zu trennen. In solchen Fällen sind nicht-schäumende Dispergiermittel und Kombinationen bevorzugt, die nicht-schäumende und wenig schaumbildende Dispergiermittel enthalten.

Die zu verwendende Dispergiermittelmenge hängt ferner von dem Ausmaß des Rührens mit hoher Scherwirkung und der Art der zu dispergierenden Fasern ab.

Auch die erforderliche Dispergiermittelmenge hängt von der Art und der Menge der Oberflächenbeschichtung ab, falls eine solche auf den Fasern vorhanden ist. Natürlich muß der auf den Fasern vorhandene Überzug bei der Bestimmung der Menge des Dispergiermittels, die in der Dispergiermittel/Wasser-Mischung erforderlich ist, in Betracht gezogen werden. GewünschtenfalIs kann man die Fasern in üblicher Weise vorbehandeln, um die Überzüge oder Beschichtungen zu entfernen, die die Bildung der Luft/Faser/Wasser-Mischung bei der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens beeinträchtigen könnten. Beispielsweise kann man Fasern, die mit einer hydrophoben Appretur beschichtet sind, mit einer geringen Menge einer

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Säure, beispielsweise verdünnter Schwefelsäure, behandeln, wodurch die Appretur entfernt und das Benetzen solcher Fasern gefördert werden. Somit ermöglicht die Anwendung der Säure den Einsatz geringerer Dispergiermittelmengen.

Erfindungsgemäß vermindert man dadurch, daß man zunächst ein oder mehrere Dispergiermittel in Wasser löst, die Oberflächenspannung des Wassers auf einen Wert, bei dem durch heftiges Rühren des Wassers, so daß die Oberfläche im wesentlichen ohne die Bildung von Wirbeln umgewälzt wird, Luft in Form von kleinen Luftblasen von dem Wasser mitgerissen wird. Dann bereitet man durch Zugabe der Fasern zu der unter Anwendung hoher Scherwirkung gerührten Mischung aus Wasser und dem Dispergiermittel eine Luft/Faser/Wasser-Misehung, in der die Stapelfasern gleichmäßig und vollständig verteilt oder dispergiert sind.

Die in der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildete Luft/Faser/Wasser-Mischung ist eine milchige weiße Emulsion, die in einem stabilen Zustand gehalten werden muß (das heißt die aus der Mischung austretenden Luftbläschen müssen durch andere Luftbläschen ersetzt werden). Wenn man das Ausmaß des Rührens vermindert, steigen einige der Luftblasen in der Emulsion nach oben und nehmen Fasern mit sich. Wenn man stark schaumbildende oder wenig schaumbildende und insbesondere stark schaumbildende Dispergiermittel verwendet, ist es im allgemeinen bevorzugt, eine geringe Menge eines natürlichen oder synthetischen Verdickers zu der unter Anwendung starker Scherkräfte gerührten Wasser/Dispergiermittel-Mischung zuzusetzen, bevor man die Fasern zugibt. Die Zugabe des Verdickers führt zu einer Stabilisierung der Mischung, indem die Bewegung der Luftblasen verlangsamt wird. Durch Verlangsamen der Bewegung der kleinen Luftblasen ist die zur Bildung und zur Aufrechterhaltung der in der ersten Stufe gebildeten Luft/Faser/Wasser-Misehung in einem

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stabilen Zustand erforderliche Rührwirkung geringer als es sonst der Fall wäre. Wenn die Emulsion leichter aufrechterhalten werden kann, ist es auch leichter, sie handzuhaben.

Bei der ersten Stufe des Verfahrens ist die Auswahl eines Verdickers nicht kritisch, so daß man irgendeinen üblichen Verdicker einsetzen kann, der mit der Dispergiermittel/Wasser-Mischung und den Fasern verträglich ist. Als Verdicker kann man Saccharose, Gelatine, vernetzte Polyacrylamide oder, irgendeinen der thixotropen Verdicker einsetzen, der in der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens Anwendung findet. Vorzugsweise setzt man einen thixotropen Verdicker der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein, beispielsweise ein natürliches oder synthetisches, im wesentlichen anionisches, langkettiges Polymeres mit seilartiger oder strangartiger Textur (das heißt mit einer schraubenförmigen Molekülstruktur). Beispielsweise kann man bevorzugt einen natürlichen Gummi, wie die in der US-PS 3 098 786 beschriebenen deacetylierten Karaya-Gummen oder einen synthetischen Verdicker, wie ein Polyäthylenoxid oder ein Polyacrylamid mit relativ hohem Molekulargewicht, benutzen.

Gewünschtenfalls kann man bei der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens die geringe Menge des Verdickers anfänglich mit dem Dispergiermittel oder später, nachdem das Rühren der Wasser/Dispergiermittel-Mischung begonnen worden ist, zusetzen. Die in dieser Stufe verwendete Menge des Verdickers ist nicht kritisch und liegt unter normalen Bedingungen zwischen etwa 1 bis 10 Gewichtsteilen, vorzugsweise 2 bis 5 Gewichtsteilen des Verdickers pro Gewichtsteil des Dispergiermittels. Wenn in dieser Stufe eine zu große Verdickermenge verwendet wird, wird es schwierig, die Emulsion herzustellen und aufrechtzuerhalten, während bei einer zu geringen Menge übermäßige Mengen von Oberflächenschaum gebildet werden können.

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Der genaue Mechanismus, nach dem die Fasern in der in der ersten Stufe des Verfahrens gebildeten Luft/Faser/Wasser-Mischung dispergiert werden, ist nicht vollständig klar. Es wird jedoch angenommen, daß die Fasern zunächst von Wassermolekülen benetzt werden, die zwischen die Fasern eindringen und ihre Oberflächen bedecken. Die benetzten Fasern werden dann durch das Rühren unter Anwendung hoher Scherkräfte voneinander getrennt und in dem wässrigen Medium verteilt.

Durch das heftige Rühren in der ersten Stufe wird auch Luft in Form von kleinen Blasen von der Mischung mitgenommen, ohne daß eine wesentliche Menge von Oberflächenschaum gebildet wird. Nach diesem Verfahren werden etwa 1 bis 4 Vol.-% Luft mit der Mischung mitgerissen. Die Anwendung von mehr als etwa 4% Luft ist bei dieser Stufe von keinem besonderen Wert. Dies beruht darauf, daß eine Luftmenge von mehr als 4 % normalerweise zur Bildung übermäßiger Mengen von Oberflächenschaum führt. Die 1 bis 4 Vol.-% der kleinen Luftblasen in der Mischung scheinen als Puffer zu dienen, die die einzelnen Fasern auseinanderhalten und eine Berührung der Fasern verhindern. Die Luftblasen bzw. -bläschen scheinen auch das Zusammenrollen oder das Zusammenfalten der längeren Fasern zu unterbinden. Als Ergebnis davon wird die Bildung von Faserknoten, -schlingen und -bündeln verhindert. Es wird angenommen, daß die Luftblasen diese Wirkung ausüben, solange die Mischung in einem relativ stabilen Zustand gehalten wird.

Die Bedingungen der Turbulenz und der hohen Scherwirkung, die in einem üblichen Papierherstellungs-Pulper bzw. einer Breimühle vorherrschen, der bzw. die mit vertikalen Leitblechen an den Wandungen ausgerüstet ist, um die Bildung eines Wirbels in der Flüssigkeit zu inhibieren und zu vermindern, sind im allgemeinen zur Herstellung der Luft/

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Wasser/Faser-Mischungen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.

Ein zufriedenstellender Pulper bzw. Zerfaserer zur Ausübung der erforderlichen Rührwirkung mit hohen Scherkräften ist ein Hydropulper mit einem Volkes-Rotor, der vier vertikale Gefäßleitschaufeln aufweist und von der Firma Black-Clawson, Incorporated, Middletown, Ohio, USA, erhältlich ist. Der Behälter des Pulpers sollte mit drei oder mehreren, glatten, dreieckigen, vertikalen Wandleitblechen ausgerüstet sein, deren Spitzen sich radial in einem ausreichenden Abstand nach innen erstrecken, um die Wirbelbildung in dem Wasser zu vermindern, wenn der Rotor angeschaltet wird. Die Energiezufuhr für den Rotor ist zufriedenstellend, wenn pro Kilowatt (horsepower) zugeführter Leistung zwischen etwa 0,0034 bis 0,019 kg Fasern pro Liter (0,16 bis 0,9 pounds per cubic foot) der Luft/Faser/Wasser-Mischung vorhanden sind.

Es können auch andere Mischeinrichtungen dazu verwendet werden, das Rühren mit hoher Scherwirkung auszuüben, beispielsweise ein Stoffherstellungstank mit geneigtem Boden und seitlich eingeführtem Rührflügel. Beispielsweise kann man einen Stoffherstellungsbehälter mit einem Fassungsvermögen von 5678 1 (1500 Gallonen), einem Durchmesser von 203,2 cm (80 inch) und einer Tiefe von 1,52 m (5 foot), der mit einem dreiflügeligen offenen Rührflügel mit einem Durchmesser von 44,5 cm (17 1/2 inch), der mit einer Neigung von etwa 45 bis 60° angeordnet ist und sich etwa 55,9 cm (22 inches) in den Behälter erstreckt, wobei die Rührerwelle etwa 46 cm (1,5 feet) von dem umlaufenden unteren Rand des Behälters angeordnet ist, verwenden, wenn der Rührer so ausgelegt ist, daß er in Abhängigkeit von dem Stoffniveau in dem Behälter und den zu dispergierenden Stapelfasern mit einer Drehzahl zwischen etwa 20 bis 718 U/Min rotiert werden kann. Da eine Mischeinrichtung dieser Art im allgemeinen

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eine weniger durchgreifende Rührwirkung entfaltet als ein Pulper, ist sie im allgemeinen nur für das Dispergieren von hydrophilen Fasern und leicht dispergierbaren hydrophoben Fasern geeignet.

Von unten und von oben zu beschickende Flügelrührermischeinrichtungen sind für dieses Verfahren nicht geeignet, da sie in dem Wasser einen Wirbel ausbilden.

Bei der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Fasern zu der Wasser/Dispergiermittel-Mischung zugesetzt, nachdem die kleinen Luftblasen unter der Wirkung der Rührwirkung mit hohen Scherkräften in die Mischung eingearbeitet worden sind, üblicherweise verwendet man als Fasermenge die maximale Menge, die in der wässrigen Mischung dispergxert werden kann, ohne daß eine wesentliche Verfilzung der Fasern erfolgt. Die Fasern werden in üblicher Weise zu der Wasser/Dispergiermittel-Mischung zugegeben. Dann rührt man die Mischung, bis die Fasern sich vollständig und gleichmäßig in der Mischung verteilt haben, wobei man die Luft/Faser/Wasser-Emulsionsmischung der ersten Stufe der Verfahrens der Erfindung erhält.

Sobald die Fasern in der das Dispergiermittel enthaltenden, unter Anwendung hoher Scherwirkung gerührten Mischung aus Luft, Wasser und den Fasern dispergxert ist, wird als zweite Stufe des Verfahrens ein thixotroper Verdicker langsam zu der Mischung zugesetzt. Während der langsamen Zugabe des thixotropen Verdickers wird das Rühren der Mischung unter Ein wirkung hoher Scherkräfte fortgesetzt.

Der genaue Zeitpunkt für den Beginn der Zugabe des thixotropen Verdickers hängt von den besonderen Fasern, dem Dispergiermittel und den angewandten Rührmaßnahmen unter Einwirkung hoher Scherkräfte ab. Beispielsweise ist es bei einem stark schaumbildenden oder wenig schaumbildenden Dispergiermittel

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oder bei einem stark schaumbildenden Dispergiermittel, das mit entweder einem wenig schaumbildenden Dispergiermittel oder einer geringen Menge eines Verdickers modifiziert worden ist, bevorzugt, daß die Zugabe des thixotropen Verdickers zu der unter Einwirkung hoher Scherkräfte gerührten Mischung unmittelbar nach der Zugabe der Fasern beginnt. Dies beruht darauf, daß die Fasern sich sehr schnell vollständig und gleichmäßig in der unter Einwirkung hoher Scherkräfte gerührten Mischung, die ein stark schaumbildendes oder wenig schaumbildendes Dispergiermittel enthält, verteilen und nach dem Verteilen dazu neigen, sich schnell zu verfilzen oder miteinander zu verschlingen, wenn der Verdicker nicht zugegeben wird. Andererseits ist es bei einem nichtschäumenden Dispergiermittel, wie einer Polyacrylsäure oder einem Ammoniumsalz, einem Natriumsalz oder einem Kaliumsalz einer Polyacrylsäure mit relativ niedrigem Molekulargewicht bevorzugt, vor der Zugabe des thixotropen Verdickers eine gewisse Zeit abzuwarten. Dies beruht darauf, daß die vollständige und gleichmäßige Verteilung der Fasern in der unter Einwirkung hoher Scherkräfte gerührten, ein nicht-schäumendes Dispergiermittel enthaltenden Mischung relativ langsam erfolgt.

Bei besonderen Bedingungen hinsichtlich des Rührens unter Einwirkung starker Scherkräfte und bei besonderen Wasser/ Dispergiermittel-Mischungen hängt der Zeitraum vor Beginn der Zugabe des thixotropen Verdickers von der Art der Fasern ab. Vorzugsweise gibt man den thixotropen Verdicker zu, nachdem die Fasern vollständig und gleichmäßig in der wässrigen Mischung verteilt sind und bevor die Fasern sich unter Bildung von Knoten, Bündeln und Strängen zu verfilzen und zu verschlingen beginnen. Im allgemeinen erfolgt dies etwa 5 bis 15 Minuten, vorzugsweise etwa 10 Minuten nach der Zugabe der Fasern zu der unter Einwirkung hoher Scherkräfte gerührten Mischung. Die Wartezeit vor der Zugabe

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des thixotropen Verdickers hängt auch von dem Wirkungsgrad des Mischers, mit dem die Bewegung unter Ausübung hoher Scherkräfte erfolgt, ab. Vorzugsweise wählt man das Dispergiermittel und das die hohen Scherkräfte ausübende Mischsystem für die erste Stufe des Verfahrens derart aus, daß man den Verdicker in geeigneter Weise etwa 5 bis 10 Minuten nach der Zugabe der Fasern zu der Luft/Faser/Wasser-Mischung zugeben kann.

Bei der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann irgendein üblicher, hydrophiler, thixotroper Verdicker verwendet werden. Unter den Verdickungsmitteln, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sind die Verdickungsmittel mit relativ hohem Molekulargewicht zu nennen, beispielsweise die Polyvinylalkohol-, Polyäthylenoxid- und Methylcellulose-Verdickungsmittel der CA-PS 787 649; die Polyäthylenoxid-, Polyacrylamid- und Acrylamid/Acrylsäure-Mischpolymerisat-Verdickungsmittel der US-Patentschriften 3 808 095 und 3 794 557; und die Polyacrylamid-Verdicker der US-PS 3 391 057. Als Verdicker kann man auch die Polyacrylate und (auf einen pH-Wert von etwa 7) neutralisierten Polyacrylsäuren mit relativ hohem Molekulargewicht verwenden. Die erfindungsgemäß bevorzugten thixotropen Verdicker sind die Polyacrylamide mit relativ hohem Molekulargewicht,die unter der Handelsbezeichnung "Separan AP-30" der Firma Dow Chemical Corporation, Midland, Michigan, USA, und unter der Handelsbezeichnung "Polyhall 295" der Firma Stein, Hall & Co., Incorporated, 605 Third Avenue, New York, N.Y., USA, erhältlich sind.

Die Menge, in der der thixotrope Verdicker in der zweiten Stufe zu der Luft/Faser/Wasser-Misehung zugesetzt wird, ist nicht kritisch, so daß irgendeine Menge verwendet werden kann, die eine viskose Luft/Faser/Wasser-Dispersion mit

_1 einer bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden bei

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25⁰C gemessenen naszierenden Viskosität von etwa 10 bis '125 cP, vorzugsweise von etwa 10 bis 50 cP, ergibt. Eine geeignete Menge des thixotropen Verdickers, die dazu ausreicht, der viskosen Dispersion eine bei 30,5 Sekunden bestimmte naszierende Viskosität von 10 bis 125 cP zu verleihen, sollte der viskosen Dispersion auch eine naszierende Viskosität im Bereich von etwa 2 bis 5 cP in den Bereichen hoher Scherkräfte des verwendeten, hohe Scherkräfte ausübenden Mischers verleihen. Beispielsweise verwendet man bevorzugt etwa 0,01 bis 0,1 Gew.-%, vorzugsweise 0,03 bis 0,07 Gew.-%, eines Polyacrylamidverdickers (Separan AP-30), der den erfindungsgemäßen viskosen Dispersionen eine bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden g< Viskosität von 10 bis 50 cP verleiht.

geschwindigkeit von 30,5 Sekunden gemessene naszierende

Der hierin verwendete Ausdruck "naszierende Viskosität" steht sowohl für die Viskosität des wässrigen Mediums, in dem. die Stapelfasern und die Luft unter Anwendung einer Rührwirkung mit starken Scherkräften unter Bildung der erfindungsgemäßen stabilen, viskosen Luft/Faser/Wasser-Dispersion dispergiert werden, als auch für die Viskosität der wässrigen Medien, mit denen die viskose Dispersion verdünnt wird. Diese erfindungsgemäß definierte naszierende Viskosität kann mit Hilfe eines Viskosimeters mit konzentrischen Zylindern, beispielsweise einem Haake-Viskosimeter, das von der Firma Haake Instrument Company, Saddle Brook, New Jersey, USA, erhältlich ist oder mit Hilfe eines Fann-Viskosimeters, das von der Fann Instrument Corporation, Houston, Texas, USA, hergestellt wird, gemessen werden. Die naszierende Viskosität wird bei etwa 25⁰C bestimmt, wozu man eine Probe der wässrigen Medien verwendet, die ein Dispergiermittel und einen Verdicker, jedoch nicht die mitgerissenen kleinen Luftblasen oder suspendierte Fasern enthalten.

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In der erfindungsgemäßen viskosen Dispersion sind etwa 1 bis 50 Vol.-% Luft in Form von kleinen Blasen oder Bläschen dispergiert. Vorzugsweise enthält die viskose Dispersion etwa 1 bis 10 Vol.-%, insbesondere 2 bis 4 Vol.-%, der kleinen Luftbläschen. Es ist ferner bevorzugt, daß die bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden bestimmte naszierende Viskosität der viskosen Dispersion 10 bis 50 cP und insbesondere 15 bis 30 cP beträgt, wenn etwa 1 bis 10 Vol.-% der kleinen Luftbläschen in der viskosen Dispersion dispergiert sind.

Die einzelnen Fasern sind in der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten viskosen Dispersion gleichmäßig verteilt oder dispergiert. Die kleinen mitgerissenen Luftbläschen sind ebenfalls gleichmäßig in der viskosen Dispersion und zwischen den einzelnen Stapelfasern verteilt oder dispergiert. Die Fasern sind durch das viskose wässrige Medium der Dispersion und durch die kleinen Luftbläschen, die von dem verdickten wässrigen Medium eingekapselt sind, voneinander getrennt. Die Menge des verwendeten Verdickers und der durch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeübte Rührwirkung mit hohen Scherkräften gebildeten kleinen Luftblasen sollte dazu ausreichen, jeglichen wesentlichen Kontakt zwischen den einzelnen Fasern und jedes wesentliche Verdrehen oder Verbiegen der einzelnen Fasern zu unterbinden. In dieser Weise verhindern der thixotrope Verdicker und die kleinen Luftbläschen die Bildung von Knoten, Schleifen, Bündeln und Strängen, wenn die Luft/Faser/Wasser-Dispersion verdünnt und auf das Papiermaschinensieb überführt wird. Durch die Anwendung der in den erfindungsgemäßen Mengen eingesetzten Dispergiermittel und Verdicker wird jedoch das Abtropfen des Wassers aus der wässrigen Aufschlämmung, in der die Fasern vorhanden sind, bevor sie auf nassem Wege auf dem Papiermaschinensieb abgelegt werden, nicht übermäßig verzögert.

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Vorzugsweise setzt man den thixotropen Verdicker in Form einer verdünnten wässrigen Lösung, beispielsweise einer 1 gewichtsprozentigen wässrigen Lösung zu der Luft/Faser/ Wasser-Mischung zu. Es ist ferner bevorzugt, daß man den thixotropen Verdicker im Verlaufe von etwa 10 bis 20 Minuten, insbesondere 10 bis 15 Minuten, zugibt. Gewünschtenfalls kann die Zugabe des thixotropen Verdickers auf mehr als etwa 20 Minuten erstreckt werden, obwohl dies im allgemeinen eine Verschwendung der Energie darstellt, die dazu erforderlich ist, die Luft/Faser/Wasser-Mischung kontinuierlich zu rühren. Andererseits kann der Verdicker gewünschtenfalls in weniger als 10 Minuten zugesetzt werden. Im allgemeinen ergibt sich hierdurch jedoch das erhebliche Risiko, daß die einzelnen Fasern nicht vollständig und gleichmäßig in der erhaltenen viskosen Dispersion dispergiert werden.

Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Zweistufenverfahrens erhaltene stabile, viskose, gleichmäßige bzw. einheitliche Luft/Faser/Wasser-Dispersion besitzt eine bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden gemessene naszierende Viskosität von 10 bis 125 cP, vorzugsweise von 10 bis 50 cP und noch bevorzugter von 15 bis 30 cP. Die viskose Dispersion enthält 1 bis 50 VoI.-%,vorzugsweise 1 bis 10 Vol.-% und insbesondere 2 bis 4 Vol.-% kleiner Luftbläschen sowie etwa 0,1 bis 3 Gew.-% Fasern.

Sobald die viskose Dispersion in dem Pulper hergestellt ist, kann sie verwendet werden. Alternativ kann man die Dispersion wähend einer beschränkten Zeitdauer, beispielsweise bis zu 12 Stunden, in dem Stoffkasten lagern. Während der Lagerung sollte die Dispersion langsam gerührt werden, vorzugsweise mit einem keine Stapelwirkung ausübenden Rührer (non-stapling agitator).

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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann irgendein üblicher, keine Stapelwirkung ausübender Rührer eingesetzt werden. Der keine Stapelwirkung ausübende Rührer muß so ausgelegt sein, daß die relativ langen und dünnen, flexiblen Fasern in der erfindungsgemäßen viskosen Dispersion sich nicht an der Vorderkante der sich bewegenden Rührerflügel ansammeln oder um diese herumlegen, da hierdurch¹ verdichtete Fasermassen gebildet werden, die sich in der viskosen Dispersion ansammeln könnten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet man bevorzugt einen keine Stapelwirkung ausübenden Rührer 10, der in den Fig. 2 bis 4 wiedergegeben ist. An jedem der verdickten und geneigten Flügel 12 des Rührers 10 sind abgerundete Vorderkanten 11 vorgesehen. Die runden Kanten besitzen einen Durchmesser, der mindestens gleich ist der Länge der längsten Stapelfaser in der viskosen Dispersion. Vorzugsweise ist der Durchmesser der abgerundeten Vorderkante eines jeden Flügels etwa 1,5 mal so groß wie die Länge der längsten Faser in der viskosen Dispersion. Wie aus den Fig. 2 bis 4 zu erkennen ist, weist der keine Stapelwirkung ausübende Rührer 10 drei Flügel 12 auf und besitzt die allgemeine Gestalt eines verdickten Schiffspropellers. Erfindungsgemäß kann der keine Stapelwirkung ausübende Rührer jedoch irgendeine Anzahl von Flügeln, beispielsweise 2, 3 oder 4 Flügel aufweisen und eine in anderer Weise verdickte Gestalt besitzen, beispielsweise die Gestalt eines verdickten Propellers, der "sich nicht in Pflanzen verfängt". Bei sämtlichen erfindungsgemäß verwendeten Rührern, die keine Stapelwirkung ausfalten, ist es jedoch kritisch, daß die abgerundete Vorderkante eines jeden Flügels des Rührers einen Durchmesser aufweist, der mindestens der Länge der längsten Faser in der viskosen Dispersion entspricht.

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Vorzugsweise wird die viskose Dispersion einer primären Verdünnungsstufe unterzogen, bevor sie aus dem Pulper in den Stoffkasten gepumpt wird. Bei dieser ersten Verdünnungsstufe wird die viskose Dispersion gleichmäßig mit einem viskosen Verdünnungsmittel vermischt und darin verteilt, ohne daß ein übermäßiges Verfilzen oder Verschlingen der Fasern erfolgt. ■

Zum Pumpen der viskosen Dispersion aus dem Pulper bzw. der Breimischeinrichtung verwendet man vorzugsweise eine Schneckenförderpumpe. Pumpen dieser Art sind unter der Handelsbezeichnung "Moyno-Pumpe" von der Firma Roberts & Meyers, Incorporated, Philadelphia, Pennsylvania, USA, erhältlich. Durch die Anwendung einer solchen Pumpe wird sichergestellt, daß durch das Pumpen der viskosen Dispersion aus dem Pulper kein Verfilzen oder Verschlingen der Fasern in der viskosen Dispersion verursacht wird.

Bei der Durchführung der primären Verdünnungsstufe wird die viskose Dispersion vorzugsweise in einen mit einem Rührer ausgerüsteten Mischtank gepumpt, der ein viskoses Verdünnungsmedium enthält. Vorzugsweise wird der Inhalt des Mischtanks mit einem keine Stapelwirkung ausübenden Rührer bewegt. Es ist ferner bevorzugt, daß man die viskose Dispersion unterhalb der Oberfläche des viskosen Verdünnungsmediums in den mit dem Rührer ausgerüsteten Mischtank einführt. Bei dieser Verdünnungsstufe verwendet man als viskoses Verdünnungsmedium eine wässrige Lösung, die einen thixotropen Verdicker enthält. Das viskose Dispergiermedium kann auch ein Dispergiermittel enthalten. Als thixotrope Verdicker und Dispergiermittel, die man in dem Verdünnungsmedium verwenden kann, sind die thixotropen Verdicker und Dispergiermittel zu nennen, die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen viskosen Dispersion verwendet werden können. Vorzugsweise verwendet man als viskoses Verdünnungs-

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medium in dieser Stufe ein Weißwasser (white water), das zusätzlichen thixotropen Verdicker enthält. Erfindungsgemäß besitzt das in der primären Verdünnungsstufe angewandte Verdünnungsmedium etwa die gleiche naszierende Viskosität wie die viskose Dispersion. Dies ist notwendig, damit die Zugabe der viskosen Dispersion zu dem Verdünnungsmedium kein Ausflocken der Fasern in der Dispersion unter Bildung von Knoten, Schlingen, Bündeln und Strängen verursacht. Das in dieser Stufe verwendete Verdünnungsmedium kann auch mitgerissene Luftblasen enthalten.

Bei dieser primären Verdünnungsstufe kann irgendeine übliche Mischtankeinrichtung angewandt werden. Vorzugsweise verwendet man einen Mischtank mit geneigtem Boden und einem seitlich eingeführten Rührer. Es ist ferner bevorzugt, daß man einen keine Stapelwirkung ausübenden Rührer verwendet, wie er in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist.

Im allgemeinen ist die Konzentration der mitgerissenen kleinen Luftblasen in der gebildeten gerührten Mischung aus der viskosen Dispersion und dem viskosen Verdünnungsmedium geringer als die Konzentration der mitgerissenen Luft in der viskosen Dispersion. Es hat sich gezeigt, daß, wenn eine viskose Dispersion, die etwa 1 bis 10 Vol.-% Luft enthält, erfindungsgemäß zu einem viskosen Verdünnungsmedium zugesetzt wird, man eine Menge der mitgerissenen Luft von etwa 1 bis 10 Vol.-% in der erhaltenen Mischung erreichen kann, indem man die Mischung vorsichtig in dem Mischtank rührt.

Statt das primäre Verdünnen der viskosen Dispersion in einem mit einem Rührer ausgerüsteten Mischtank durchzuführen, kann man auch andere Methoden verwenden. Beispielsweise kann man die viskose Dispersion auch in einem Strahlmischer mit dem viskosen Verdünnungsmedium vermischen. Der für diese

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Verdünnungsmaßnahme bevorzugte Strahlmischer ist ein "Vanductor", der von der Firma Bolton Emerson Corporation, Lawrence, Massachusetts, USA, hergestellt wird. Bei der Durchführung dieser Verdünnungsstufe in einem Strahlmischer führt man die viskose Dispersion vorzugsweise durch die ringförmige Leitung in den Strahlmischer ein, während man das viskose Verdünnungsmedium durch 'die mittlere Beschickungsöffnung des Strahlmischers zusetzt. Auch bei der Durchführung dieser Verdünnungsmaßnahme befindet sich der Auslaß der mittleren Beschickungsöffnung des Strahlmischers vorzugsweise unmittelbar stromaufwärts der Verjüngungsstelle. Beim primären Verdünnen der viskosen Dispersion verwendet man pro Volumen der viskosen Dispersion 2 bis 5 Volumen, vorzugsweise 3 Volumen des viskosen Verdünnungsmediums. Als Ergebnis davon erhält man eine einmal verdünnte, viskose Dispersion aus Luft, Fasern und Wasser. Die einmal verdünnte viskose Dispersion enthält etwa 0,03 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,5 Gew.-% Fasern. Die naszierende Viskosität der einmal verdünnten viskosen Dispersion ist etwa die gleiche wie diejenige der in dem Pulper bereiteten viskosen Dispersion.

Die einmal verdünnte viskose Dispersion oder die viskose Dispersion aus dem Pulper, wenn keine Verdünnungsstufe durchgeführt wird, wird dann in den Stoffkasten gepumpt. Der zu verwendende Stoffkasten kann ein üblicher Mischtank sein, der vorzugsweise einen geneigten Boden und einen seitlich eingeführten Rührer aufweist. Es ist ferner bevorzugt, daß der Stoffkasten einen keine Stapelwirkung ausübenden Rührer der oben beschriebenen Art aufweist und daß die viskose Dispersion aus dem Pulper oder die einmal verdünnte viskose Dispersion unterhalb des Niveaus der sich bereits in dem Stoffkasten befindenden viskosen Dispersion in den Stoffkasten eingeführt wird.

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Nach dem Einführen in den Stoffkasten wird die viskose Dispersion, bei der es sich vorzugsweise um die einmal verdünnte viskose Dispersion handelt, erneut verdünnt. Bei dieser sekundären Verdünnung oder zweiten Verdünnung wird die viskose Faserdispersion vorzugsweise unter Verwendung einer Moyno-Pumpe aus dem Stoffkasten gepumpt und mit Weißwasser (white water) vermischt. Beim Durchführen dieses zweiten Verdünnungsvorganges werden auf die einmal verdünnte viskose Dispersion durch Einwirkung des Weißwassers hohe Scherkräfte ausgeübt.

Das verwendete Weißwasser enthält einen Verdicker und ein Dispergiermittel und weist eine bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden bestimmte naszierende Viskosität von etwa 5 bis 30 cP, vorzugsweise von etwa 10 bis 15 cP, auf. Das Weißwasser enthält ferner etwa 1 bis 10 Vol.-%, vorzugsweise etwa 2 bis 4 Vol.-%, Luft. Die Luft ist in dem Wasser in Form von kleinen Blasen oder Bläschen enthalten.. Wegen der Neigung der in dem Weißwassersystem enthaltenen kleinen Luftblasen, aus der Suspension zu entweichen, ist es von Bedeutung, bei diesem Verfahren das Weißwasser kontinuierlich zu rühren.

Vorzugsweise erfolgt das Vermischen des Weißwassers mit der einmal verdünnten viskosen Dispersion aus dem Stoffkasten in einem Strahlmischer, beispielsweise einem Vanductor. Bei dieser Verfahrensstufe wird die einmal verdünnte viskose Dispersion vorzugsweise der ringförmigen Zuführung des Strahlmischers zugeführt, während das Weißwasser vorzugsweise in die mittlere Beschickungsöffnung des Strahlmischers eingebracht wird. Es ist ferner bevorzugt, daß der Auslaß der mittleren Beschickungsöffnung sich unmittelbar stromaufwärts der Verjüngungsstelle des Strahlmischers befindet« Bei dieser sekundären Verdünnung verdünnt man 1 Volumen der einmal verdünnten viskosen Dispersion mit etwa 2 bis 12 Volumen, vorzugsweise etwa 7 Volumen, Weißwasser. Als Ergebnis des Ver-

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mischens der einmal verdünnten viskosen Dispersion aus dem Stoffkasten mit dem Weißwasser wird, während das Weißwasser hohe Scherkräfte auf die viskose Dispersion ausübt, die einmal verdünnte viskose Dispersion gleichmäßig mit dem Weißwasser vermischt und darin verteilt, ohne daß eine übermäßige Verfilzung oder Verschlingung der Fasern verursacht wird. In dieser Stufe erhält man ein'e zweimal verdünnte viskose Luft/Wasser/Wasser-Dispersion, die eine bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden bestimmte naszierende Viskosität von etwa 10 bis 30 cP, vorzugsweise von etwa 15 bis 20 cP, aufweist und die etwa 1 bis 10 Vol.-%, vorzugsweise etwa 2 bis 4 Vol.-%, mitgerissener kleiner Luftblasen enthält.

Das Vermischen der einmal verdünnten viskosen Faserdispersion aus dem Stoffkasten mit dem Weißwasser unter Ausübung hoher Scherkräfte ist ein sehr wichtiger Schritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Bei diesem Vermischen unter Einwirkung hoher Scherkräfte erfolgt das Verdünnen der viskosen Luft/ Faser/Wasser-Dispersion aus dem Stoffkasten ohne ein Verfilzen oder Verschlingen der Fasern. Es wird angenommen, daß die Anwesenheit der kleinen Luftblasen sowohl in der einmal verdünnten viskosen Dispersion als auch dem Weißwasser den unerwünschten Kontakt der Fasern verhindert, so daß das Risiko der Bildung von Faserknoten, -schlingen, -bündeln und -strängen auf ein Minimum gebracht wird.

Nach dem zweiten Verdünnen mit dem Weißwasser kann die faserhaltige, zweimal verdünnte viskose Dispersion weiterhin ein- oder mehrfach verdünnt werden. Die tertiäre und gewünschtenfalls die sich daran anschließenden Verdünnungsstufen werden ebenfalls unter Anwendung von Weißwasser (white water) durchgeführt. Die tertiäre und die sich daran anschließenden Verdünnungsmaßnahmen können ein Verdünnen des Volumens der zweifach verdünnten, faserhaltigen viskosen

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Dispersion mit 1 bis 20 Volumen verdünnenden Weißwassers, vorzugsweise etwa 10 Volumen verdünnenden Weißwassers, erfolgen. Die tertiäre Verdünnungsstufe und die sich anschliessenden Verdünnungsstufen können in einem Strahlmischer oder einer anderen Mischeinrichtung durchgeführt werden, in der das Weißwasser hohe Scherkräfte auf die faserhaltigen verdünnten Dispersionen ausübt. Dies ist jedoch nicht notwendig. Die viskose Luft/Faser/Wasser-Dispersion kann nach der zweiten Verdünnung in geeigneter Weise dadurch weiter verdünnt werden, daß man sie, wie üblich, in dem Stoffauflauf verdünnt.

Nach der tertiären und den sich daran anschließenden Verdünnungen der Faser/Wasser-Dispersionen erhält man eine gleichmäßige, verdünnte Dispersion mit einem Fasergehalt von etwa 0,001 bis 0,1 Gew.-%, vorzugsweise 0,001 bis 0,010 Gew.-? und noch bevorzugter von 0,005 bis 0,010 Gew.-%. Die verdünnte Dispersion besitzt eine bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden gemessene naszierende Viskosität von etwa 5 bis 30 cP, vorzugsweise von etwa 10 bis 15 cP, und enthält mitgerissene kleine Luftblasen in einer Menge von etwa 1 bis 10 Volumen-%, vorzugsweise etwa 2 bis 4 Gew.-%. Die verdünnte Dispersion kann einer üblichen Papiermaschine zugeführt und auf nassem Wege zu einem erfindungsgemäßen Vliesstoff verarbeitet werden. Beispielsweise kann man durch Ablegen der verdünnten Dispersion auf nassem Wege unter Anwendung der in der US-PS 3 764 465 beschriebenen Anordnung des Stoffauflaufs, des geneigten Papiermaschinensiebes und des Saugkastens einen Vliesstoff mit einem Flächengewicht von etwa 15 bis 150 g/m², vorzugsweise etwa 25 bis 100 g/m², herstellen.

Natürlich kann man, statt die ursprüngliche viskose Luft/ Faser/Wasser-Dispersion nach der Erfindung mit frischem Wasser herzustellen, Weißwasser zur Herstellung verwenden, das

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bereits mit dem Dispergiermittel und dem Verdicker modifiziert worden ist. Bei der Durchführung des Verfahrens in dieser Weise sollte die Menge, in der diese Mittel bei dem erfindungsgemäßen Zweistufenverfahren zur Herstellung der viskosen Luft/Faser/Wasser-Dispersion in den Pulper eingebracht werden, entsprechend der Art und den Eigenschaften der Fasern in dem Ausgangsmaterial eingestellt werden.

Das gesamte Verfahren der Herstellung und der Aufrechterhaltung der viskosen Dispersionen aus Luft und Fasern wird dadurch unterstützt, daß man Wasser mit einer Temperatur von mehr als 21,1⁰C anwendet. Wenn man bei Temperaturen von weniger als etwa 21,1⁰C arbeitet, verläuft die Bildung und die Aufrechterhaltung der Luft/Faser-Dispersionen länger und schwieriger. Der genaue pH-Wert des Wassers ist nicht kritisch, wobei ein pH-Wert von mehr als 6, vorzugsweise von etwa 7, geeignet ist.

Es hat sich gezeigt, daß der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Vliesstoff eine gesteigerte Anfangsfestigkeit in feuchtem Zustand besitzt. Es wird angenommen, daß die Länge der verwendeten Stapelfasern und ihre gleichmäßige, statistische Verteilung in dem Vliesstoff überwiegend für die verbesserte Festigkeit in feuchtem Zustand verantwortlich sind. Bei den bei diesem Verfahren angewandten Mengen wirken die Dispergiermittel und Verdicker nicht in merklichem Ausmaß als Bindemittel oder Klebstoffe für die Fasern in dem fertiggestellten Vliesstoff, obwohl diese Materialien in gewissem Ausmaß zur Festigkeit des feuchten Vliesstoffs beitragen können, wenn dieser von dem Papiermaschinensieb abgenommen und einer weiteren Station zur weiteren Behandlung zugeführt wird. Natürlich werden Fasern, die große, flache Oberflächenbereiche zum Kontakt mit anderen Fasern aufweisen, fester zusammengehalten als Fasern mit runden oder nicht-flachen Oberflächen. Dennoch ist das

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erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres auf Fasern mit
sowohl runder als auch anderen nicht-flachen Oberflächen geeignet.

Da der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Vliesstoff in im wesentlichen binderfreiem Zustand hergestellt wird, ist er weich und ^relativ leicht auseinanderzuziehen. Demzufolge wird ein primäres Bindemittelmaterial in Form eines Latexschaums mit hohem Feststoffgehalt als primäres Bindemittel auf den Vliesstoff aufgetragen, nachdem dieser von dem Papiermaschinensieb abgetrennt worden ist und bevor er vollständig getrocknet ist. Die genauen Eigenschaften des Bindemittels werden unter
Berücksichtigung der angestrebten Eigenschaften des fertiggestellten Vliesstoffs ausgewählt. In gewissen Fällen kann es auch erwünscht sein, das fertiggestellte Material mit zusätzlichen Bindemitteln zu behandeln, um die gewünschten Eigenschaften zu errreichen.

Vorzugsweise arbeitet man das primäre Bindemittel in Form eines Latexschaums mit einem hohen Feststoffgehalt
(das heißt einem Feststoffgehalt von mindestens 6 %) in
den gesamten Vliesstoff ein. Für das Bindemittel scheint eine Schaumdichte im Bereich von etwa 25 bis 150 g/l zufriedenstellend zu sein, wobei man dieses Material unter Anwendung bekannter Vorrichtungen auftragen kann, beispielsweise unter Anwendung der Schaumauftrageeinrichtung, die in der US-PS 3 722 4 69 beschrieben ist.

Die bestimmte Latexformulierung, die auf einem gegebenen Vliesstoff verwendet wird, hängt im wesentlichen von den Falleigenschaften, den Griffeigenschaften und anderen gewünschten Eigenschaften des Endmaterials ab. Einige Formulierungen sind weicher als andere Formulierungen, während weitere zu steiferen Geweben führen. Die allgemeinen Eigen-

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schäften der für Vliesstoffe zur Verfügung stehenden schäumbaren Latices sind bekannt und es können ohne weiteres die Latices mit den gewünschten Eigenschaften ausgewählt werden. Gewünschtenfalls kann der Vliestoff nach dem Trocknen einer zusätzlichen Bindungsbehandlung unterzogen oder in anderer Weise behandelt werden, um seine Eigenschaften weiterhin zu verändern. '

Der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Vliesstoff, der mindestens etwa 10 Gew.-% relativ langer und dünner, flexibler, synthetischer Fasern enthält, die ein Längen/Durchmesser-Verhältnis von 400 bis 3000 aufweisen, stellt einen kommerziell überlegenen Vliesstoff dar.

In diesem Vliesstoff sind die Fasern im wesentlichen gleichmäßig und statistisch verteilt. Dies ist ein direktes Ergebnis der gleichmäßigen und statistischen Verteilung der Fasern in der erfindungsgemäßen viskosen Dispersion und der verdünnten viskosen Dispersion. Wegen der gleichmäßigen, statistischen Verteilung der Fasern in dem Vliesstoff zeigt der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Vliesstoff eine Mikrovariation des Flächengewichts von nicht mehr als etwa 10% und eine Makrovariation des Flächengewichts von nicht mehr als etwa 5%. Aus diesen Gründen besitzt der Vliesstoff eine Zugfestigkeit, die im wesentlichen in allen Richtungen gleich ist, das heißt in der Richtung des Durchlaufs durch die Maschine als auch in der Richtung quer dazu. Zusätzlich ist der Vliesstoff im wesentlichen frei von Faserknoten, -schlingen, -bündeln und -strängen. Weiterhin zeigt der Vliesstoff wegen der verwendeten relativ langen und dünnen, flexiblen Fasern eine größere Zugfestigkeit, einen weicheren Griff und einen besseren Fall als Vliesstoffe, die aus kürzeren Fasern vergleichbaren Gewichts hergestellt worden sind.

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Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Vliesstoff, der mindestens 50 Gew.-%, insbesondere 90 bis 100 Gew.-% relativ langer und dünner, flexibler, hydrophober, synthetischer Fasern mit einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von etwa 1000 bis 3000 und einer Länge von mindestens 12,7 mm (0,5 inch) enthält, ist als einzigartig anzusehen. Dieser besondere Vliesstoff besitzt die oben erwähnte, im wesentlichen gleichmäßige, statistische Faseranordnung mit einer Mikrovariation des Flächengewichts von nicht mehr als etwa 10%, einer Makrovariation des Flächengewichts von nicht mehr als etwa 5%, eine Zugfestigkeit, die im wesentlichen in sämtlichen Richtungen gleich groß ist^ und ist im wesentlichen frei von Knoten, Schlingen, Bündeln und Strängen. Zusätzlich zeigt der Vliesstoff wegen der in diesem einzigartigen Material enthaltenen langen und dünnen, flexiblen Fasern größerer Länge mit einem größeren Längen/ Durchmesser-Verhältnis und wegen der Menge, in der diese langen und dünnen, flexiblen Fasern vorhanden sind, eine noch größere Zugfestigkeit, einen weicheren Griff und einen besseren Fall als Gewebe, die aus Fasern vergleichbaren Gewichts hergestellt sind, die jedoch kürzer sind und ein geringeres Längen/Durchmesser-Verhältnis aufweisen.

Der hierin verwendete Ausdruck "Mikrovariation des Flächengewichts" steht für die arithmetische mittlere Variation oder Schwankung des Gewichts einer gleichen Anzahl (mindestens 5) von Proben mit einem Durchmesser von 12,7 mm (0,5 inch), die aus Bereichen von (visuell) scheinbar hoher Dichte und Bereichen (visuell) scheinbar geringer Dichte des Vliesstoffs gewonnen worden sind. Die Bereiche scheinbar hoher Dichte erscheinen als Inseln mit hoher Undurchsichtigkeit, die von einem Bereich sonst gleichmäßiger, jedoch geringerer Undurchsichtigkeit umgeben sind. In einem solchen Fall sind die Bereiche der scheinbar geringen Dichte der umgebende Bereich geringerer Undurchsichtigkeit. Alternativ können die

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Bereiche von scheinbar hoher Dichte als ein Bereich einer gleichmäßigen Undurchsichtigkeit erscheinen, der Inseln geringerer Undurchsichtigkeit aufweist. In einem solchen Fall sind die Inseln mit scheinbar geringerer Undurchsichtigkeit die Bereiche der scheinbar geringen Dichte. Der Gesamteffekt oder die visuelle Wirkung von Bereichen mit offenbar hoher Dichte und offenbar geringer Dichte in einem Vliesstoff ist ein fleckiges oder wolkiges Aussehen des Vliesstoffs.

Der in dieser Anmeldung verwendete Ausdruck "Makrovariation des Flächengewichts" steht für den Koeffizienten der Variation bzw. Schwankung des Gewichts einer Anzahl (mindestens

5) von Proben mit einem Durchmesser von 2,54 cm (1 inch), die statistisch aus einer Vliesstoffprobe genommen wurden, die Abmessungen von etwa 1 m auf 2m (1 yard auf 2 yard) aufweist.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Man beschickt einen Hydropulper mit 8631 1 (2280 Gallonen) Weißwasser, das etwa 0,001 Gew,-% eines Alkylarylpolyätheralkohol-Dispergiermittels (Triton X-114) und etwa 0,02 Gew.-% eines Polyacrylamid-Verdickers (Separan AP-30) enthält. Dann gibt man zu dem in dem Pulper enthaltenen Weißwasser 1800 ml 2n-Schwefelsäure, um die Ablösung der hydrophoben Beschichtung auf den in den Pulper einzubringenden Fasern zu erleichtern. Dann gibt man 100 ml des Alkylarylpolyätheralkohol-Dispergiermittels (Triton X-114) zu dem Pulper und rührt den Inhalt unter Anwendung hoher Scherkräfte, Dann setzt man zu der gerührten Wasser/Dispergiermittel-Mischung 136 kg (300 lbs) Polyesterfasern mit einem Titer von 1,5 Denier und einer Länge von 19,1 mm zu. Unmittelbar

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nach der Zugabe der Fasern beginnt man mit der Zugabe von 454 1 (120 Gallonen) einer 1-gewichtsprozentigen wässrigen Lösung eines Polyacrylamidverdxckers (Separan AP-30) zu dem Pulper. Die vollständige Zugabe der 454 1 (120 Gallonen) erfordert etwa 15 Minuten. Man erhält eine stabile, viskose, gleichmäßige Dispersion aus Luft (etwa 4 Vol.-%), Fasern und Wasser. >

Gleichzeitig vermischt man in einem Mischtank, der mit einem keine Stapelwirkung ausübenden Rührer ausgerüstet ist, 15141 1 (4000 Gallonen) Wasser mit 823 1 (220 Gallonen) eines 1-gewichtsprozentigen, wässrigen Polyacrylamid-Verdickers (Separan AP-30) und rührt die wässrige Mischung in dem Mischtank gut unter Bildung eines viskosen Verdünnungsmediums.

Die in dem Pulper enthaltene viskose Luft/Faser/Wasser-Dispersion wird unter Verwendung einer Moyno-Pumpe in den Mischtank gepumpt, in dem sie mit dem viskosen Verdünnungsmedium vermischt wird. Dann versetzt man die Mischung in dem Mischtank mit einer Mischung aus 1893 1 (500 Gallonen) des Weißwassers und 76 1 (20 Gallonen) einer 1-gewichtsprozentigen wässrigen Lösung eines Polyacrylamid-Verdickers (Separan AP-30). Die in dem Mischtank erhaltene viskose Mischung wird dann in den Stoffkasten abgesenkt, der mit einem keine Stapelwirkung ausübenden Rührer ausgerüstet ist.

Die viskose Mischung wird dann unter Verwendung einer Moyno-Pumpe aus dem Stoffkasten in die ringförmige Zuführung eines Strahlmischers (Vanductor) eingeführt, in dem sie mit 7 Volumen des Weißwassers verdünnt wird, das dem Strahlmischer (Vanductor) über die mittlere Beschickung zugeführt wird. Die verdünnte Mischung wird dann weiter mit 10 Volumen des Weißwassers verdünnt und dann auf ein Papiermaschinensieb mit einer Maschenweite von 0,21 bis 0,25 mm (60 bis 70 mesh)

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aufgebracht. Man erhält auf dem Papiermaschinensieb einen Polyestervliesstoff, der im wesentlichen keine Knoten, Schlingen, Bündel oder Stränge aufweist.

Beispiel 2

Man bereitet Ansätze einer viskose^ Luft/Faser/Wasser-Dispersion (die etwa 4 Vol.-% Luft enthält) durch Rühren einer Mischung aus 606 1 (160 Gallonen) Wasser und 3,8 1 (1 Gallone) einer wässrigen, 25-gewichtsprozentigen Lösung eines Polyacrylat-Dispergiermittels (Collacral DS-2017) in einem Pulper, Zugeben von 4,5 kg (10 lbs) von Polyesterfasern mit einem Titer von 1,5 Denier und einer Länge von 19,1 mm (3/4 inch) zu der gerührten Mischung in dem Pulper, Rühren der faserhaltigen Mischung während 10 Minuten unter Ausübung hoher Scherkräfte und anschließendem langsamen Zugeben von 151 1 (40 Gallonen) einer 1-gewichtsprozentigen wässrigen Polyacrylamidverdxckerlosung (Separan AP-30) im Verlaufe von 10 Minuten.

Man vermischt 4 Ansätze der viskosen Dispersion aus dem Pulper in dem Stoffkasten, der mit einem keine Stapelwirkung ausübenden Rührer ausgerüstet ist. Unter Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweisen verdünnt man dann den Inhalt des Stoffkastens zunächst in einem Strahlmischer (Vanductor) mit 5 Volumen eines verträglichen Weißwassers, verdünnt erneut mit 4 Volumen eines verträglichen Weißwassers und bildet dann einen Polyestervliesstof auf nassem Wege auf dem Papiermaschinensieb, der im wesentlichen keine Knoten, Schlingen, Bündel oder Stränge aufweist.

Beispiel 3

Man bereitet Ansätze einer viskosen Luft/Faser/Wasser-Dispersion (die etwa 40 VoI,-% Luft enthält) wie folgt: In einem Pulper rührt man eine Mischung aus Wasser,

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0,6 Vol.-% einer wässrigen, 25-gewichtsprozentigen Lösung eines Polyacrylat-Dispergieritiittels (Collacral DS-2017) und 2,5 VoL-% einer wässrigen, 28-gewichtsprozentigen Lösung eines Polyacrylsäure-Dispergiermittels (Acrylyol ASE-60), das von der Firma Rohm & Haas Corporation, Philadelphia, Pennsylvania, USA, erhältlich ist) in einem Pulper unter Anwendung hoher Scherkräfte; setzt dann 4,5 kg (10 lbs) Polyesterfasern mit einem Titer von 1,5 Denier und einer Länge von 19,1 mm (3/4 inch) zu der gerührten Mischung in dem Pulper zu; rührt die faserhaltige Mischung während 10 Minuten unter Einwirkung hoher Scherkräfte; neutralisiert die gerührte Mischung mit einer 1n-Natriumhydroxidlösung (auf einen pH-Wert von 7) und gibt dann langsam im Verlaufe von 10 Minuten 0,6 Vol.-% einer wässrigen 10-gewichtsprozentigen Lösung eines Natriumpolyacrylat-Verdickers (Acrylsol HV-1, der von der Firma Rohm & Haas Corporation, Philadelphia, Pennsylvania, USA, erhältlich ist) zu.

Dann vermischt man die in dem Pulper bereiteten Ansätze der viskosen Dispersion in einem Mischtank (der mit einem keine Stapelwirkung ausübenden Rührer ausgerüstet ist) mit 3 Volumen eines verträglichen, viskosen Verdünnungsmediums unter Bildung einer verdünnten, viskosen Dispersion, die etwa 10 Vol.-% mitgerissene Luft enthält. Die verdünnte, viskose Mischung wird dann in den (mit einem keine Stapelwirkung ausübenden Rührer ausgerüsteten) Stoffkasten eingebracht, verdünnt und auf nassem Wege auf einem Papiermaschinensieb abgelegt, wozu man das Verfahren des Beispiels 2 anwendet und wobei man einen Polyestervliesstof erhält, der im wesentlichen frei ist von Knoten, Schlingen, Bündeln und Strängen.

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Beispiel 4

Ein nach dem Verfahren des Beispiels 1 aus Polyesterfasern mit einem Titer von 1,5 Denier und einer Länge von
19,1 mm (3/4 inch) (und einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von 1524) bereiteter Vliesstoff aus 100% Polyester, der
mit einem geschäumten Acryllatex als primäres Bindemittel
in einer Menge von etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht
des Gewebes,behandelt worden ist, und der ein Flächengewicht von etwa 50 g/m² aufweist, wird in Bezug auf die Mikrovariation und die Makrovariation des Flächengewichts und
die Verteilung der Größe der Lücken untersucht. Die
Mikrovariation des Flächengewichts des Vliesstoffs bestimmt man dadurch, daß man 5 Proben mit einem Durchmesser von
12,7 mm (1/2 inch) aus Bereichen offenbar hoher Dichte und
5 Proben mit einem Durchmesser von 5,7 mm (1/2 inch) aus
Bereichen mit offensichtlich niedriger Dichte herausschneidet und wiegt. Sämtliche Proben werden aus einer statistisch ausgewählten Probe des Gewebes mit einer Fläche von
929 cm² (1 square foot) ausgeschnitten. Durch Bestimmen der mittleren arithmetischen Variation des Gewichts der 10 Proben ergibt sich die Mikrovariation des Flächengewichts
zu 10%.

Die Makrovariation des Flächengewichts des Gewebes bestimmt man dadurch, daß .man aus einer Probe mit den Abmessungen
91 χ 182 cm (1 yard χ 2 yard) 3 Proben mit einer Fläche von 929 cm² (1 square foot) auswählt und dann aus jeder dieser Proben statistisch 31 Proben mit einem Durchmesser von
25,4 mm (1 inch) herausschneidet und wiegt. Durch Bestimmen des Koeffizienten der Variation des Gewichts der 93 Proben
mit einem Durchmesser von 25,4 mm (1 inch) ergibt sich die
Makrovariation des Flächengewichts zu 5%.

Ein statistisch ausgewählter Bereich der Oberfläche des
Vliesstoffs wird elektronisch abgetastet und es wird der

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Durchmesser der Lücken in dem Gewebe mit einer Größe von mindestens 43 μπι bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind die folgenden:

Lückendurchmesser (mm) Frequenzverteilung (%)

O	- 0,09	15,6
0,09	- 0,18	51,2
0,17	- 0,26	25,9
0,26	- 0,34	5,3
0,34	- 0,43	1,4
0,43	- 0,52	0,4
0,52	- 0,60	0,2

Diese Ergebnisse zeigen,daß 90% der Lücken in dem Gewebe einen Durchmesser von 0,26 mm oder weniger besitzen.

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Claims (27)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen, die synthetische Fasern mit Stapellänge und einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von 400 bis 3000 enthalten, auf nassem Wege durch Ablegen der Fasern mit Hilfe einer Papiermaschine, wobei zur Herstellung einer wässrigen Dispersion ein Dispergiermittel zugesetzt und die Dispersion auf einem Papiermaschinensieb abgelegt werden, dadurch gekennz eichnet, daß die Fasern zu einer mit hoher Scherwirkung gerührten Mischung aus Wasser und einem Dispergiermittel zugesetzt werden, um die Fasern zu trennen und die einzelnen Fasern vollständig und gleichmäßig in der erhaltenen, mit hoher Scherwirkung gerührten Mischung aus Luft, Fasern und Wasser zu verteilen; und daß dann langsam ein thixotroper Verdicker zu der mit hoher Scherwirkung gerührten Mischung unter Bildung einer viskosen Dispersion zugesetzt wird, die etwa 1 bis 50 Vol.-% mitgerissene Luft enthält und eine bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden" gemessenen naszierende Viskosität von etwa 10 bis 125 cP aufweist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als synthetische Fasern hydrophobe Fasern verwendet werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 2 bis 3 Gew.-% des Faserausgangsmaterials verwendet werden, das überwiegend Fasern mit einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von 400 bis 700 enthält.

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4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Faserausgangsmaterial mindestens 50% hydrophobe synthetische Fasern mit Stapellänge und einem Längen/Durchmesser-Verhältnis zwischen 1000 und 3000 und einer Länge von mindestens 12,7 mm enthalten sind.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 2 Gew.-% eines Faserausgangsmaterials verwendet werden, das überwiegend Fasern mit einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von 700 bis 2000 enthält.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

   z ei c h η e t, daß 0,25 bis 1 Gew.-% eines Faserausgangsmaterials verwendet werden, das überwiegend Fasern mit einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von 2000 bis 3000 enthält.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 0,0001 bis 0,2 Gew.-% des Dispergiermittels eingesetzt werden.
8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht-schäumendes Dispergiermittel ein PoIyacrylsäure-Dispergiermittel oder ein Polyacrylat-Dispergiermittel mit relativ niedrigem Molekulargewicht eingesetzt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als stark schaumbildendes oder wenig schaumbildendes Dispergiermittel ein Alkylarylpolyätheralkohol oder ein Alkyltaurin eingesetzt wird.

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10. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 10 Gewichtsteile eines Verdickers pro Gewichtsteil des Dispergiermittels eingesetzt werden.
11. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 4 Vol.-% kleiner Gasblasen in der gerührten Mischung aus Wasser und dem Dispergiermittel eingearbeitet werden.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichne t,daß als thixotroper Verdicker ein Polyacrylamid mit relativ hohem Molekulargewicht eingesetzt wird.
13. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdicker im Verlaufe von etwa 10 bis 20 Minuten zu der unter Einwirkung hoher Scherkräfte gerührten Mischung aus Wasser und dem Dispergiermittel zugesetzt wird.
14. 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t,daß der Verdicker 5 bis 15 Minuten, nachdem die Fasern zu der unter Einwirkung hoher Scherkräfte gerührten Mischung aus Wasser und dem Dispergiermittel zugesetzt worden sind, zu der unter Einwirkung hoher Scherkräfte gerührten Mischung aus Wasser und dem Dispergiermittel zugesetzt wird.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die viskose Dispersion etwal bis 10 VoI,-% kleiner Luftblasen enthält und eine bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden"¹ bestimmte naszierende Viskosität von 10 bis 50 cP aufweist.

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16. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die viskose Dispersion mit einem viskosen Verdünnungsmedium verdünnt wird, das etwa die gleiche naszierende Viskosität wie die viskose Dispersion aufweist.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die viskose Dispersion anschließend erneut in einem Strahlmischer verdünnt wird, wobei die viskose Dispersion dem ringförmigen Teil des Strahlmischers zugeführt wird.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die viskose Dispersion in dem Strahlmischer mit Weißwasser mit einer bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden bestimmten naszierenden Viskosität von etwa 5 bis 30 cP verdünnt wird, das etwa 1 bis 10 Vol.-% mitgerissene Luft enthält.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die viskose Dispersion mit 2 bis 12 Volumen des Weißwassers verdünnt wird.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 18, dadur ch gekennzeichnet, daß die viskose Dispersion anschließend mit 1 bis 20 Volumen des Weißwassers verdünnt wird, so daß man eine verdünnte Dispersion erhält, die einen Fasergehalt von etwa 0,001 bis 0,1 Gew,-%, eine bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden bestimmte naszierende Viskosität von etwa 5 bis 30 cP und mitgerissene Luft in einer Menge von etwa 1 bis 10 VoI,-% aufweist.
21. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß 0,1 bis 3,0 Gew,-% des Faserausgangsmaterials eingesetzt werden; daß die unter Ein-

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    wirkung hoher Scherkräfte gerührte Mischung etwa 1 bis 4 Vol.-% mitgerissene Luft enthält; daß die unter Einwirkung hoher Scherkräfte gerührte Mischung heftig genug bewegt wird, daß die Oberfläche umgewälzt wird, ohne daß ein Wirbel oder merkliche Mengen Schaum an der Oberfläche gebildet werden^ daß die viskose Dispersion nach der Zugabe des Verdickers 1 bis 50 Vol.-% mitgerissene Luft enthält; daß die viskose Dispersion mit einem viskosen Verdünnungsmedium und anschließend erneut in einem Strahlmischer mit einem Weißwasser verdünnt wird; daß die viskose Dispersion nach dem ersten Verdünnen dem ringförmigen Teil des Strahlmischers unter Verwendung einer Schneckenförderpumpe zugeführt wird; und daß das Weißwasser bei einer Schergeschwindigkeit von 30,5 Sekunden eine naszierende Viskosität von 5 bis 30 cP aufweist und etwa 1 bis 10 Vol.-% mitgerissene Luft enthält.
22. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die viskose Dispersion und das Weißwasser 2 bis 4 Vol.-% mitgerissene Luft enthalten.
23. 23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die viskose Dispersion mit etwa 2 bis 5 Volumen des viskosen Verdünnungsmediums verdünnt wird; daß die einmal verdünnte viskose Dispersion mit etwa 2 bis 12 Volumen des Weißwassers und die zweimal verdünnte viskose Dispersion mit 1 bis 20 Volumen des Weißwassers unter Bildung einer verdünnten Dispersion verdünnt werden, die einen Fasergehalt von etwa 0,001 bis 0,10 Gew.-% aufweist,
24. 24. Vliesstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens 50 Gew,-% hydrophober, synthetischer Fasern mit einem Längen/Faser-Verhältnis von etwa 1000 bis

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    3000 und einer Länge von mindestens 12,7 mm enthält, daß er eine Mikrovariation des Flächengewichts von nicht mehr als etwa 10% und eine Makrovariation des Flächengewichts von nicht mehr als etwa 5% aufweist; und daß er im wesentlichen frei ist von Knoten, Schlingen, Bündeln und Strängen.
25. 25. Vliesstoff nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß er 100 Gew.-% hydrophobe^ synthetischer Polyesterfasern mit einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von etwa 1500, einen Titer von 1,5 Denier und einer Länge von 19,1 mm enthält.
26. 26. Keine Stapelwirkung ausübender Rührer zur Herstellung des Produkts nach Anspruch 24, dadurch g e kennz eichnet, daß er verdickte, geneigte Rührerflügel mit einer abgerundeten Vorderkante aufweist, wobei die abgerundete Vorderkante einen Durchmesser besitzt, der mindestens gleich ist der Länge der längsten Stapelfaser in der Dispersion.
27. 27. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichne t,daß der Durchmesser der abgerundeten Vorderkante etwa dem 1,5fachen der Länge der längsten Stapelfaser in der Dispersion entspricht.

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    Leerserte