DE2652789A1 - Dehnbare gespinnstartige bahn aus polyolefinen - Google Patents

Description

_. , Patentanwälte

Dip. ng. H. Weickmann. Dipl. F_ilys. Dr. K Fl
D₁PUn₃. F A. WcU_f HP. Di₁:,. cV^. B
München 80, MöhUraße 22

Anmelder: Reinhardt N. Sabee

728 South Summit Street

Appleton, Wisconsin 54911, V.St.A.

C. Craig Sabee

1619 E. Calumet

Appleton, Wisconsin 54911, V.St.A.

Dehnbare gespinnstartige Bahn aus Polyolefinen

Die Erfindung betrifft eine gespinnstartige Bahn aus Polypropylen, die eine Bruchdehnung von wenigstens 50 % besitzt.

Der größte Nachteil von zusammengesetzten polsterartigen Produkten besteht darin, daß sich die Fäden der Materialbahn bereits bei geringen Spannungen voneinander lösen, so daß die darunter

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- r-

liegenden Schichten absorbierenden Materials losgelöst werden und aus der Windel oder dem Polster rausfallen, was eine Reizung der Haut oder einen anderen Nachteil nach sich ziehen kann. Eine dehnbare Materialbahn vermeidet diese Nachteile.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung gespinnstartiger Produkte bekannt, wobei insbesondere Schmelz-Blasverfahren Verwendung finden, wie sie bereits in den US-PS 3 502 763 und 3 849 241 beschrieben sind. In diesen Patentschriften ist die Herstellung von schmelzgeblasenen Bahnen aus dünnen Fäden beschrieben, jedoch besitzen diese Bahnen mehr oder weniger nicht die notwendigen Eigenschaften, wie z.B. eine entsprechende Bindungsfestigkeit an den Kreuzungspunkten der Fäden, oder sie besitzen nicht die notwendige Festigkeit (Bruchfestigkeit). Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile durch die kombinierte Anwendung verschiedener Verfahrensparameter und Materialeigenschaften beseitigt, so daß die gewünschten Bahneigenschaften erzielt werden, welche die Bahn als Überzug für Windeln, Polster u.dergl. geeignet machen.

Die Dehnbarkeit wird im wesentlichen durch eine geringe molekulare Orientierung eines Fadens erzielt, die z.B. anhand seiner Doppelbrechung gemessen wird. Eine geringe Doppelbrechung setzt im allgemeinen eine relative Spinngeschwindigkeit voraus (siehe US-PS 3 502 763). Bei hohen Spinngeschwindigkeiten werden im allgemeinen eine hohe Doppelbrechung und Festigkeit erzielt, während die Dehnbarkeit der Fäden gering ist, was in vielen Anwendungsfällen bevorzugt wird. Um eine wirtschaftlich praktikable Spinngeschwindigkeit zu erzielen und gleichzeitig die gewünschte niedrige molekulare Orientierung zu erreichen, ist es notwendig, daß mit extrem niedrigen Schmelzviskositäten gesponnen wird, welche hohe Temperaturen und die Verwendung von

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— y —

Polymeren mit sehr niedrigen Molekulargewichten erfordern. Die hohen Spinngeschwindigkeiten und Fadengeschwindigkeiten sind außerdem deswegen erforderlich, damit feste Verbindungen an den Fadenkreuzungspunkten hergestellt werden, indem die Fäden auf eine Auffangoberfläche aufprallen, wobei die Fäden an der Oberfläche noch festkleben, wenn die Materialbahn geformt ist. Dieses Verfahren ergibt jedoch eine Materialbahn mit niedriger Brechung, aber hoher Kristallinität, welche ihrerseits bei Fasern mit niedrigem Molekulargewicht, wie sie z.B. in diesem Verfahren Verwendung finden, eine Brüchigkeit verursacht, so daß dadurch diese unerwünschte Trennung der Fasern hervorgerufen wird.

Gemäß der Erfindung wird eine gespinnstartige Bahn vorgeschlagen, bei welcher sich die Fäden an ihren Kreuzungsstellen nicht voneinander trennen, wenn die Bahn bis 50 % ihrer Ursprungslänge gedehnt wird, so daß eine geeignete Schicht erzielt wird, die in Verwendung mit unterschiedlichen Polstern, wie z.B. mit Windeln und Bandagen, benutzt werden kann. Die Materialbahn wird durch Schmelz-Blasen von Polypropylen mit einer Viskosität von weniger als 1,2 hergestellt, wobei die Fadengeschwindigkeit ein bestimmtes Minimum, wenigstens 15 m/sec übersteigt. Die Auffangsfläche für die Materialbahn ist glatt und besitzt eine Temperatur von weniger als 18,32° C (65° F). Das Trennen der Fäden wird durch ein schnelles Abkühlen verhindert, wodurch die Fäden amorph bleiben.

Die Abkühlgeschwindigkeiten für die vorbeschriebene gespinnstartige Materialbahn sind extrem schnell und in vorbekannten Druckschriften bisher noch nicht angegeben worden. Es wurde ermittelt, daß das effektive Abkühlen ebenso zur Erzielung einer Dehnbarkeit und von festen Verbindungen an den Kreuzungspunkten beiträgt wie die Kombination folgender Parameter, nämlich der

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Fadengeschwindigkeit beim Auftreffen auf die Auffangsflache, der Temperatur der Auffangsflache, der Fadeηabmessungen und des Gesamtflächengewichtes der Materialbahn.

Gemäß der Erfindung wird also eine dehnbare gespinnstartige Materialbahn vorgeschlagen, die als Deckschicht für eine Windel, Polster, Binden u.dgl. verwendbar ist, und es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung dieser Deckschicht beschrieben. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Polyolefin-Bahn, bei welcher die Kreuzungsstellen der Fäden nicht reißen, wenn die Materialbahn bis 50 % ihrer ursprünglichen Länge gedehnt wird, sondern annähernd ihre ursprüngliche Lage beibehalten, so daß die Materialbahn für die vorbeschriebenen Anwendungsfälle besonders geeignet ist. Die Bahn wird durch Schmelz-Blasen von Polypropylen mit einer Viskosität von weniger als 1,2 und einer Fadengeschwindigkeit von wenigstens 15 m/sec hergestellt, wobei die Fäden auf eine glatte Auffangsflache auftreffen, die eine Temperatur von weniger als 18,32° C (65° F) besitzt.

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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Spinndüsenkopf mit einer bestimmten Extruderdüsenanordnung, wobei dieser Spinndüsenkopf zur Ausführung der Erfindung Verwendung finden kann;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht einer Extruderdüse;

Fig. 3 eine Teilansicht eines Spinndüsenkopfes von unten, der mit den in der Fig. 2 dargestellten Extruderdüsen ausgestattet ist;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Extruderdüse, welche zur Ausführung der Erfindung Verwendung finden kann;

Fig. 5 eine Ansicht der in der Fig. 4 gezeigten Düse von unten;

Fig. 6 eine schematische Ansicht des Extruders und der Auffangfläche und

Fig. 7 ein Diagramm, in welchem die Bahnverlängerung über dem Basisgewicht oder Flächengewicht (Gramm/Meterquadrat) und der Gewichtseinheit pro Faden (denier) aufgetragen ist.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen zwei Ausführungsbeispiele für Extruderdüsen, wie sie in der US-Patentanmeldung Serial-No. 573 237 (P ) beschrieben sind. Bei der vorliegenden Erfin-

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dung kommt es nicht auf eine präzise Geometrie und genaue Anordnung dieser Düsen an, und es können auch andere Extruderdüsen zur Ausführung der Erfindung Verwendung finden. Jedoch beruhen die angegebenen Beispiele auf der Verwendung dieser Düsen, so daß diese Düsen nachfolgend als Beispiele für verwendbare Düsen angegeben werden sollen.

Die in der Fig. 2 dargestellte Düse 10 bildet einen Teil einer Spinndüsenplatte 12, die mit einem in der Fig. 6 dargestellten Extruder 19 verbunden ist. In die Kapillare 14 wird ein fasernbildendes thermoplastisches Polymer mit einer bestimmten Geschwindigkeit eingespritzt. In die Leitung 18 wird heiße Druckluft eingeleitet und durch die Luftkapillaren 20 hindurchgeleitet. Die Fäden werden auf der glatten Oberfläche einer gekühlten Trommel 21 (siehe Fig. 6) aufgefangen. Der in der Fig. 2 dargestellte Winkel A und der in der Fig. 4 dargestellte Abstand D bilden wesentliche Merkmale der vorgenannten US-Patentanmeldung Serial Nr. 573 237.

Die wesentlichsten Merkmale der vorliegenden Erfindung sollen anhand der nachfolgend beschriebenen Beispiele angegeben werden.

Beispiel 1

Bei diesem Beispiel wurde Polypropylen mit einer Schmelzflußgeschwindigkeit 35 (ASTM Verfahren 1232-62T) und einer Viskosität von 1,6 in einen 1"Extruder 19 eingeleitet, dessen Schnecken-Längen/Durchmesser-Verhältnis 24/1 betrug.

Der Kunstharz wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 27 gram/min, durch ein Werkzeug extrudiert, das mit 18 Düsen ausgestattet war, die in der in Fig. 1 gezeigten Weise zueinan-

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der angeordnet waren. Die in der Fig. 1 dargestellte Düsenanordnung weist eine erste und eine zweite übereinander angeordnete Düsengruppe 40 bzw. 50 auf. Zur ersten Düsengruppe 40 gehören die Düsenreihen 42 und 44, deren Düsen in einem gleichen Abstand R entlang der Achsen 45 und 46 angeordnet sind. Zur zweiten Düsengruppe 50 gehören die Düsenreihen 52 und 54, deren Düsen in gleichen Abständen entlang der Reihenachsen 55, 56 angeordnet sind, wobei ihr Abstand größer als der Abstand R ist. Die Achsen 55 und 56 schneiden sich mit den Achsen 45 und 46 in der Mitte zwischen zwei benachbarten entlang der Reihen 42 und 44 angeordneten Düsen oder auf ein Halb R. Der Abstand zwischen der Düse 60 und den Düsen 62 und 64 entspricht R.

Bei dem Beispiel 1 betrug die Temperatur 370° C (700° F). Die konusförmigen Düsen besaßen einen Konuswinkel E (siehe Fig. 4) von 40°, besaßen einen Abstand voneinander von R = 4,35 mm (0,25 inch), während der Abstand D 9,53 mm (3/8 inch) betrug. Die innerhalb des Konus¹ gelegene Extruderkapillare 14 wies eine Länge von 9,53 mm (3/8 inch) und einen Durchmesser von 0,635 mm (0,025 inch) auf. Jede Düse besaß am unteren Ende des Konus¹ drei Luftbohrungen 20 von 0,48 mm Durchmesser (0,019 inch), die jeweils im Winkel von 120 zueinander angeordnet waren, einen Neigungswinkel A von 20° besaßen und parallel zur Konusfläche verliefen, wobei sie auf die Spitze 24 der Düse wiesen. Die Temperaturzonen des Extruders wurden verändert, um an den Extruderdüsen unterschiedliche Absinkgeschwindigkeiten und Schmelzviskositäten zu erzielen. Durch eine Einstellung des Luftdruckes an den Düsen wurde erreicht, daß die Gewichtseinheit denier pro Faden annähernd konstant auf 3 dpF gehalten werden konnte. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse für Materialbahnen, bei denen die Fäden in einem Abstand von 30,48 cm (12 inches) von den Düsen auf einer rotierenden hohlen Trommel 21 aufgefangen wurden,

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deren Temperatur 10° C betrug (50° F). Aus der Tabelle 1 ist zu entnehmen, daß die Doppelbrechung der Fäden mit der Zunahme der Viskosität der Bahnfäden zunimmt, während die Bruchdehnung abnimmt.

Tabelle 1

Versuch

Extruder
Zone

(⁰F)

Bahnviskosität

Doppelbrechung der Fäden

dpF

Fadengeschwindigkeit m/sec.

Luftdruck kp/cm (psi)

Bruchdehnung %

Grundgewicht/ Flächeneinheit g/m

204 204 204 204 204 204 204

(400) (400) (400) (400) (400) (400) (400)

260 260 260 287,5 287,5 287,5 287,5

(500) (500) (500) (550) (550) (550) (550)

287,5 287,5 287,5 315 315 315 315

(550) (550) (550) (600) (600) (600) (600)

315 343 370,7 343 370,7 398,5 426,2

(600) (650) (700) (650) (700) (750) (800)

1.4 1.3

1.1

1.0 0.8 0.6 0.5

0_o020 0.015 0.012 0.010 0.006 0.004 0.002 3.1 3.0 3.2 3.2 2.0 2.8 2.9

72	75	70	70	80	80	77
1.76	1.27	0.91	0.703	0.49	0.35	0.28
(25)	(18)	(13)	(10)	(7)	(5)	(4)
40	45	50	60	150	80	75

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Beispiel 2

Die Fadengeschwindigkeit bei einer Gewichtseinheit von 3 dpF wurde bei dem gleichen Schmelz-Blaswerkzeug dadurch verändert,

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λΑ

daß der Durchsatz des Polymers pro Düse und der Luftdruck geändert wurden. Obwohl die Doppelbrechung der Fäden bei niedrigeren Geschwindigkeiten sehr niedrig war, wurde die Fadenverbindung an den Kreuzungsstellen schlechter unterhalb von 15 m/ see, was unter einem Mikroskop nach einer Dehnung eines 1 "-Streifens auf 50 % beobachtet werden konnte.

	Tabelle 2	Versuche	2	3	4	7	5	7
		0.8	0.7	0.	8	0.	8
Extruderzonen wie bei Beispiel 1, 5 Versuche	1	2.9	2.9	2.	37	2.	28
Viskosität	0.8	1 .20	0.68	0.		0.
dpF	3.1	62	35	20		15
Durchsatz/Düse gram/min	1 .65
Fadengeschwindigkeit ra/sec.	80

Doppelbrechung 0.007 0.005 0.003 0.002 0.001

% Kreuzungspunkte gebrochen bei 50% Dehnung 0 0 10 10 50

Beispiel 3

Anhand der vorausgehenden Beispiele wurde gezeigt, daß die Fadengeschwindigkeit ein gewisses Minimum überschreiten muß und daß die Doppelbrechung unter einem gewissen Maximum liegt, damit eine Materialbahn erzielt wird, bei welcher die Verbindungen eine gute Festigkeit und eine minimale Dehnung von 50 % aufweisen,

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- ΚΓ-

Dieses Beispiel demonstriert, daß außer diesen Veränderlichen eine gegenseitige Abhängigkeit der Fadenabmessungen (dpF) und des Gesamtgewichtes erforderlich ist, um eine gute Verstreckbarkeit zu erzielen. Die Werte sind in der Tabelle 3 angegeben und im Diagramm 7 graphisch dargestellt.

Die Bahnen, die geeignete Eigenschaften aufweisen, befinden sich alle innerhalb der Kurve A gemäß Fig. 7 (minimale Bahnverlängerung von 50 %). Die Kurve A kann durch eine einfache Formel mathematisch angegeben werden:

Gesamtgewicht pro Flächeneinheit (g/m ) = 7 dpF + +

Es wurde festgestellt, daß die Wirkung und die Geschwindigkeit der Abkühlung einer Bahn, die dadurch hergestellt wurde, daß die Fäden auf eine kalte glatte Oberfläche auftrafen, sowohl von den Fadenabmessungen (dpF) und dem Grundgewicht abhängig sind und daß der Wärmeübergang sehr komplex erfolgt.

Gemäß dem in der Fig. 7 dargestellten Diagramm liegt das maxi-

male Gesamtgewicht pro Flächeneinheit bei 116 g/m und 16 dpF, und die maximal zulässige Gewichtseinheit pro Faden liegt bei etwa 20 dpF, da bei über 20 liegenden Werten die Abkühlung selbst in einem einzigen Faden zu langsam erfolgt, um zu verhindern, daß die Bahn brüchig wird.

Die denier pro Faden der in der Tabelle 3 und der Fig. 7 beschriebenen Bahnen wurden dadurch erzielt, daß der Durchsatz pro Düse und der Luftdruck im Spinnwerkzeug verändert wurden, während das Gesamtgewicht der Bahn dadurch eingestellt wurde, daß die Drehzahl der zylindrischen Auffangtrommel 21 verändert wurde. Die Trommel besaß eine glatte Metalloberfläche und eine Oberflächentemperatur von 7,2° C (45° F).

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- l/r -

Bestimmung der Bahndehnung beim Bruch:

Die Verlängerung beim Bruch wurde durch einen Dehnungsmesser festgestellt, wobei ein Bahnstreifen von 12,7 mm (1/2 inch) Breite Verwendung fand und der Klammerabstand 50,8 mm betrug und die' Zuggeschwindigkeit 254 mm/min. (10 inches pro Minute) war.

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-κ-

Tabelle

Nach dem Schmelz-Blasverfahren hergestellte Bahnen mit unterschiedlichen dpF und Gesamtgewichten pro Flächeneinheit:

Durchsatz pro Luftdruck dpF Flachengewicht Bruchdehnung Düse g/min kp/cm (psi) g/m %

0.3 0.42 (6) 1.1 0.70 (10) 1.2 0.84 (12) 3.1 0.84 (12) 10 4.5 0.70 (10) 15

4.5 0.57 (8.1) 18

4.5 0.49 (7) 20

20	125
30	85
40	51
45	42
40	75
60	49
70	34
80	31
60	68
70	52
80	38
100	29
60	74
80	62
100	52
120	39
90	62
110	53
130	35
6O	58
80	50
100	41
25	48
4O	42
60	30
100	28

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Beispiel 4

Dieses Beispiel demonstriert die Wichtigkeit der Oberflächen-

temperatur der Auffangfläche: eine 30 g/m - Bahn mit Fadenabmessungen von etwa 3 dpF wurde unter den bei Versuch 5 in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen extrudiert. Die Tabelle zeigt die Bruchdehnung der Bahn in Abhängigkeit von der Trommel temperatur, woraus zu entnehmen ist, daß bei einer Temperatur über 12,21° C (60° :
Verstreckbarkeit besitzt.

ratur über 12,21° C (60° F) die Bahn nicht mehr die gewünschte

(Das Verhältnis zwischen dpF und dem Fadendurchmesser für rundes Polypropylen ist:

Durchmesser (in micron) = 12 ,5 ί/ dpF )

Tabelle 4

Oberflächentemperatur der Bruchdehnung in %

Trommel in °C (°F)

4,44 (40) 120

7,22 (45) 95

9,99 (50) 74

12,77 (55) 61

15,54 (60) 43

18,32 (65) 35

Die in die Fig. 7 eingetragene Kurve basiert auf Werten der Tabelle 3 und zeigt die Prozent-Bruchdehnung für Bahnen mit unterschiedlichen Gesamtgewichten pro Flächeneinheit und unterschiedlichen denier pro Faden. Nur eine Materialbahn, die auf die Kurve fällt oder sich innerhalb der Kurve befindet, besitzt die gewünschte Bruchdehnung von mehr als 50 %.

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In der Fig. 7 sind mit den Kreuzen Bahnen gekennzeichnet, die eine größere Bruchdehnung als 50 % besitzen, während mit den Kreisen Bahnen gekennzeichnet sind, deren Bruchdehnung unter 50 % liegt.

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Leerseite

Claims (4)

Patentansprüche

1. Gespinnstartige Bahn aus Polypropylen mit einer Bruchdehnung von wenigstens 50 %, dadurch gekennzeichnet, daß die Fadenabmessungen 20 oder weniger Denier pro Faden (dpF) betragen, daß das Gesamtflächengewicht in Gramm/ Quadratmeter kleiner ist als die Summe 7 dpF + ⁺ ^⁰ ist, wobei die dpF eine Angabe für die Fäden der entsprechenden Bahn bilden, daß die Fäden eine Doppelbrechung von weniger als 0,012o besitzen und daß mehr als 70 % der Fadenkreuzungen durch ein Verschmelzen zusammengehalten sind und sich nicht lösen, wenn die Bahn auf 50 % ihrer Ausgangslänge gestreckt wird.

2. Bahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bahn aus Polypropylen im Schinelzverfahren hergestellt ist, wobei das Polypropylen eine Viskosität von 1,2 besitzt und mit einer Fadengeschwindigkeit von wenigstens 15 m/sec auf eine Auffangeinrichtung (21) geblasen wird, welche eine schalenförmige, glatte Oberfläche aufweist, die eine Temperatur von weniger als 18,32° C (65° F) besitzt.

3. Bahn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Auffangeinrichtung (21) von einer Trommel (21) mit einer glatten Oberfläche gebildet ist.

4. Gespinnstartige Bahn aus Polypropylen mit einer Bruchdehnung von wenigstens 50 %, dadurch gekennzeich-

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ORIGINAL INSPECTED

n e t , daß die Fäden der Bahn mit einer Geschwindigkeit von über 15 m/sec auf die gekrümmte Oberfläche einer Auffangeinrichtung (21) extrudiert sind, die eine Temperatur von weniger als 18,32° C (65° F) aufweist, daß die Abmessungen 20 oder weniger Denier pro Faden (dpF) betragen, daß das Gesamtflächengewicht in Gramm/Quadratmeter kleiner ist als die Summe 7 dpF + + ^{50 ist}» ^{daß die} Fäden eine Doppelbrechung von weniger als 0,0120 besitzen und daß
mehr als 70 % der Fadenkreuzungen durch ein Verschmelzen
zusammengehalten sind und sich nicht lösen, wenn die Bahn auf 50 % ihrer Ausgangslänge gestreckt wird.

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