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Faservlies-Material und Verfahren zur Herstellung desselben Die Erfindung
geht aus von einer trocken abgelegten Matrix aus thermoplastischen Mikrofasern mit
einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von weniger als etwa 10µm und sieht ein
Faservlies-Haterial vor, welches sich dadurch kennzeichnet, daß in der Mikrofaser-Matrix
individualisierte Zellulosefasern verteilt sind, welche mindestens einige der Mikrofasern
berühren und die Mikrofasern im Abstand voneinander halten, wobei lose Fasern durch
mechanische Verflechtung mit den Mikrofasern in der Mikrofaser-Matrix derart gebunden
und festgehalten sind, daß allein durch diese Verflechtung eine kohärente integrierte
Faserstruktur gebildet ist.
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Das erfindungsgemäße Vliesmaterial läßt sich in einem einzigen Verfahrensschritt
sehr wirtschaftlich, d.h. mit sehr geringen Kosten bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit
herstellen, und zwar vorzugsweise indem ein schmelzgeblasene Mikrofasern enthaltender
Primärgasstrom, der eine Temperatur von etwa 310 -3750C besitzt, und ein individualisierte
Zellulosefasern enthaltender Sekundirgasstrom unter turbulenten Bedingungen miteinander
gemischt werden und der sich dabei ergebende Gesamt-Gasstrom auf ein Ablage-Sieb
zur trockenen Faser-Ablage gerichtet wird.
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Als Trigergas wird vorsugweive Luft verwendet, die billig ist und
keine Umweltprobleme verursacht. Irgendwelche Bindemittel
brauchen
den Bestandteilen des Materials nicht beigegeben zu werden, und auch ein Prägen
oder eine andere Nachbehandlung im Anschluß an die Ablage des Materials ist nicht
zwingend. Allerdings kann in bestimmten Fällen ein zusätzlicher Prägevorgang zweckmäßig
oder wünschenswert sein.
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Die Zellulosefasern, vorzugsweise aus Holzzellulose bestehend, lassen
sich in einem nahezu beliebigen Verhältnis mit den Mikrofasern mischen, wodurch
sich die Eigenschaften des Vliesmaterials beeinflussen lassen.
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In jedem Fall vereint das erfindungsgemäße Vliesmaterial ausgesprochen
hervorstechende Werte für die Festigkeit, die Saugfähigkeit und den Griff. Es kann
eine hohe Saugfähigkeit z.B. für öl und Wasser aufweisen und dennoch eine Naßfestigkeit
besitzen, die seiner Trockenfestigkeit vergleichbar ist.
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Weiterhin kann es eine große Bauschigkeit pro Gewichtseinheit (d.h.
ein geringes Raumgewicht) mit einem hohen Ausmaß an Flexibilität und Federungsvermögen
verbinden, so daß es sich nach einer Deformation wieder "erholen" kann.
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Die Bindung der Zellulose fasern in der Mikrofaser-Matrix beruht
nicht nur im ursprünglichen Zustand, sondern auch nach Anfeuchtung und erneuter
Trocknung praktisch allein auf der innigen Verflechtung, d.h. es treten keine zusätzlichen
adhäsiven Bindungen, molekularen Bindungen oder Wasserstoff-Bindungen zwischen den
Zellulosefasern und den Mikrofasern auf. Dadurch bleiben auch nach dem Anfeuchten
und anschließenden Trocknen die ursprünglichen Eigenschaften des Materials sehr
weitgehend erhalten. Nach dem Anfeuchten und anschließenden Trocknen nimmt das Material
praktisch wieder seine ursprüngliche physikalische Struktur an.
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Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt darin, daß alle Vorteile
eines einstufigen Schmelzblas-Verfahrens zur Herstellung von Faservliesen aus Mikro
fasern nutzbar gemacht und das Zumischen der Zellulosefasern als integrierter Bestandteil
dieses einstufigen Schmelzblas-Verfahrens ausgebildet werden kann. Dabei lassen
sich mühelos unterschiedliche Mengen und auch unterschiedliche Typen von Zellulosefasern
einsetzen, so daß sich ein breites Variationsspektrum für die Eigenschaften des
Endprodukts ergibt. In jedem Fall hat das Endprodukt aber Eigenschaften, die durch
ein einfaches einstufiges Schmelzblas-Verfahren nicht erreicht werden können.
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Beispielsweise lassen sich Faservliese aus polymeren Mikro fasern
sehr gut im Schmelzblas-Verfahren mit hoher Produktionsgeschwindigkeit herstellen,
aber derartige Vliese sind z.B. nicht als Wischtücher geeignet, weil sie Flüssigkeiten
nur sehr schlecht aufsaugen und festhalten können. Das erfindungsgemäß Vliesmaterial
hingegen besitzt, bedingt durch den zusätzlichen Gehalt an Zellulosefasern, hinsichtlich
der Saugfähigkeit und auch des Haltevermögens für Flüssigkeiten so stark verbesserte
Eigenschaften, daß es perfekt als Wischtuch eingesetzt werden kann. In dem Zusammenhang
schlägt auch noch zu Buch, daß die Zellulosefasern im allgemeinen billiger sind
als das polymere Material für die Mikrofasern, so daß durch die Vereinigung der
beiden Fasertypen auch die Materialkosten entsprechend gesenkt werden.
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Da das erfindungsgemäße Vliesmaterial stets neben den Zellulosefasern
auch die polymeren Mikrofasern enthält, kann es bei Bedarf durch nachfolgende Operationen
wie Kalandern, Prägen oder punktweises Verbinden auch noch zur Veränderung seiner
Eigenschaften modifiziert werden und z.B. mit einem anderen
thermoplastischen
Vlies oder einem thermoplastischen Film flächig nach Art eines Laminats vereinigt
werden.
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Da das Zumischen der Zellulosefasern im turbulenten Zustand der die
verschiedenen Fasertypen tragenden Gasströme erfolgt, stellt sich im Endprodukt
eine gleichmäßige Verteilung der Zellulosefasern in der Mikrofaser-Matrix ein. Dabei
ist es von Bedeutung, daß die beiden Gasströme im Augenblick ihrer Vermischung eine
gröBere Differenz in der Strömungsgeschwindigkeit besitzen, wobei größere Differenzen
in der Strömungsgeschwindigkeit zu einer stärker homogenen Integration der Zellulosefasern
in die Mikrofaser-Matrix führen, wohingegen kleinere Geschwindigkeitsdifferenzen
die Ausbildung von Konzentrationsgradienten des Sekundär-Materials in der Matrix
des Primär-Materials begünstigen. Falls gewünscht, läßt sich ein Faservlies herstellen,
das in jeder Richtung (also in Maschinenrichtung und quer dazu) nahezu gleichförmige
Eigenschaften besitzt und das auch keine nennenswerten Dicke-Schwankungen infolge
des Anbringens von Prägungen oder dergleichen aufweist.
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Für die Herstellung der Mikrofasern ist eine große Vielzahl von thermoplastischen
Polymeren geeignet, so daß auch über die Auswahl des Mikrofaser-Werkstoffs eine
Beeinflussung der Eigenschaften des Endproduktes möglich ist. Als besonders günstig
für die Erfindung haben sich Polyolefine wie Polypropylen und Polyäthylen erwiesen,
aber auch Polyester wie Polyäthylenterephthalat und thermoplastische Elastomere
wie Polyurethane.
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Die Herstellung des die Zellulosefasern tragenden Sekundärluftstromes
geschieht zweckmäßig in einem Zerfaserungsgerät mit einer Reißwalze, der eine trockene
Bahn aus Holzzellstoff-Pappe
zugeführt wird. Ebenso können aber'
auch andere Geräte eingesetzt werden, sofern sie einen mit Zellulosefasern beladenen
Luftstrom zu erzeugen vermögen. Auch können noch weitere Sekundärluftströme vorgesehen
sein, die andere Fasern und/oder Feststoffe tragen, beispielsweise synthetische
Fasern wie Nylon-Stapelfasern und natürliche Fasern wie Baumwolle, Flachs, Jute
und Seide. In dem Fall können die die verschiedenen Fasern tragenden Sekundärluftströme
auch zu einem einzigen Sekundärluftstrom vereinigt sein.
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Um eine bestimmte bzw. gewünschte Kombination von Eigenschaften im
Endprodukt zu erreichen, stehen neben der Auswahl der Werkstoffe für die Mikrofasern
und die Zellulosefasern sowie der Auswahl des Mischungsverhältnisses und des Grundgewichtes
des Endproduktes auch noch zahlreiche Verfahrenparameter sowohl beim Primärluftstrom
als auch beim Sekundärluftstrom zur Verfügung. Beim Primärluftstrom sind diese Verfahrensparameter
die Gastemperatur (im Bereich von etwa 310 -3750C), die Gasgeschwindigkeit (vorzugsweise
Schallgeschwindigkeit innerhalb des Blaskopfes), die Extrusionsrate des Polymers
(vorzugsweise im Bereich von 0,25 g/min pro Düsenöffnung), die Polymer-Temperatur
und das Verhältnis der Massenströmung der Luft zur Massenströmung des Polymers (vorzugsweise
im Bereich von 10:1 zu 100:1). Die im Sekundärluftstrom zur Verfügung stehenden
Variablen sind die Gasströmungsrate (vorzugsweise Unterschall-Geschwindigkeit im
Bereich von 15 - 80 m/sec), die Geschwindigkeit der Reißwaloe und die Größe der
Zellulosefasern (typischerweise in der Größenordnung von 3 mm Länge).
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Weiterhin lassen sich auch der Primär luftstrom und der Sekundärluftstrom
relativ zueinander steuern. Generell ist bevorzugt,
daß das Verhältnis
der Strömungsgeschwindigkeiten dieser beiden Luftströme im Bereich von 5:1 bis 10:1
liegt. Der relative Prozentsatz an Material, der durch den Primärgasstrom bzw. den
Sekundärgasstrom in das Endprodukt eingeführt wird, kann über einen weiten Bereich
variieren, aber typischerweise trägt das vom Primärgasstrom getragene Material zu
etwa 1 - 80% zum Gesamtgewicht des Endprodukts bei. Auch der Winkel zwischen dem
Primärgasstrom und dem Sekundärgasstrom im Augenblick der Vermischung beider Ströme
kann variable sein, wobei allerdings bevorzugt ist, daß sich die beiden Ströme rechtwinklig
zueinander treffen. Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung ergibt sich aus der
Auswahl der Vermischungsstelle selbst, die mehr stromaufwärts zum Blaskopf hin oder
mehr stromabwärts zum Ablage-Sieb hin liegen kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellen dar: Fig. 1 in schematischer Seitenansicht,
teilweise geschnitten, eine Produktionsanlage zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Vliesmaterials, Fig. 2 schematisch die perspektivische Ansicht eines mit der Anlage
gemäß Fig. 1 hergestellten Produkt-Beispiels,
Fig. 3 schematisch
die perspektivische Ansicht eines analogen, aber noch zusätzlich geprägten Produkt-Beispiels,
Fig. 4 ein Schnitt in der Ebene 4-4 der Fig. 3, Fig. 5 schematisch die Draufsicht
eines mit einer anderen Prägung versehenen Produkt-Beispiels, Fig. 6-11 mit einem
Abtast-Elektronenmikroskop aufgenommene Mikrofotografien, in unterschiedlichen Vergrößerungen,
zur Erläuterung der Struktur von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen
Materials und Fig. 12-15 graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Meßwerte
einiger Eigenschaften für unterschiedliche Ausfthrungsformen des erfindungsgemäßen
Vliesmaterials.
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Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Produktionsanlage ist
ein Blaskopf 11 vorgesehen, aus dem ein Primärgasstrom 10 austritt, der diskontinuierliche
Mikrofasern aus einem polymeren Material enthält. Die Herstellung der Mikrofasern
erfolgt dabei nach dem bekannten Schmelzblasverfahren, wie es z.B.
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in dem Artikel "Superfine Thermoplastic Fibers", Industrial and Engineering
Chemistry, Band 48, Seiten 1342 bis 1346 oder im Naval Research Laboratory Report
111437 vom 15. April 1954 oder aber auch in der US-PS 3 676 242 beschrieben ist.
Im Prinzip besteht dieses Verfahren darin, daß ein geschmolzenes polymeres Material
durch eine im Blaskopf 11 enthaltene Düseneinrichtung hindurch zu feinen Fäden extrudiert
wird und diese Fäden dann mit Hilfe von konvergierenden, sehr schnellen Strömen
eines erhitzten Gases (im allgemeinen Luft) noch dünner gemacht und schließlich
zu diskontinuierlichen Mikrofasern von sehr geringem Durchmesser aufgebrochen werden.
Das erhitzte Gas wird über zwei Blasdüsen 12 und 13 zugeführt, und die im Blaskopf
enthaltene Düseneinrichtung besitzt mindestens eine gerade Reihe von Extrusionsdüsen
mit bereits sehr kleinem Durchmesser.
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Im allgemeinen weisen die so erzeugten Mikrofasern einen durchschnittlichen
Durchmesser bis zu nur etwa 10m auf, wobei (wenn überhaupt) nur sehr wenige der
Fasern den Durchmesserwert von 10m überschreiten. Der durchschnittliche Durchmesser
der Mikrofasern ist aber meistens größer als etwa lttm und liegt vorzugsweise im
Bereich von etwa 2 bis 6 ßm, mit einem Mittelwert von etwa 5am. Die Mikrofasern
sind überwiegend diskontinuierlich (d.h. es sind keine kontinuierlichen Fäden mehr)
und besitzen eine Länge,die normalerweise die für Stapelfasern übliche Länge übersteigt.
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Der die Mikrofasern enthaltende Primärgasstrom 10 wird kurz nach
dem Verlassen des Blaskopfes 11 mit einem Sekundärgasstrom 14 gemischt, welcher
trockene individualisierte Holzzellulose-Fasern trägt. Auf diese Weise werden die
beiden verschiedenen Fasermaterialien in einem einzigen Schritt miteinander integriert.
Die Holzzellulose-Fasern besitzen dabei üblicherweise eine Länge von etwa 0,5 bis
1ûmm und ein Verhältnis von Länge zu maximaler Breite im Bereich von etwa 10:1 bis
400:1. Ein typischer Querschnitt dieser Holzzellulose-Fasern hat eine unregelmäßige
Breite von etwa 3011m und eine Dicke von etwa 5um.
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Der Sekundärgasstrom 14 wird in der in Fig. 1 gezeigten Anlage durch
ein Zerfaserungsgerät erzeugt, welches z.B. in der eigenen US-PS 3 793 678 beschrieben
ist. Dieses Gerät enthält eine übliche, mit Reißzähnen besetzte Reibwalze 20, mit
der eine aus reinem Holzzellstoff bestehende Bahn 21 in individualisierte Fasern
zerfasert wird. Die Holzzellstoff-Bahn 21 wird dabei mittels Walzen 22 in radialer
Richtung der Reißwalze 20 zugeführt, und die an den Reißzähnen gebildeten Fasern
werden mit einem Prozessluftstrom, der zugleich den Sekundärgasstrom 14 bildet,
durch einen Blaskanal 23 hindurch abwärts gefördert. Die Reibwalze 20 ist von einem
Gehäuse 24 umgeben, das zur Oberfläche der Reibwalze einen Spalt 25 freiläßt, und
der Prozessluftstrom wird über einen Kanal 26 diesem Spalt 25 in solcher Menge zugeführt,
daß die individualisierten Fasern mit einer der Geschwindigkeit der Reißzähne möglichst
nahe kommenden Geschwindigkeit durch den Blaskanal 23 hindurch gefördert werden.
Zur Erzeugung des Prozessluftstromes sind übliche Einrichtungen wie z.B. ein Gebläse
vorgesehen.
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Es wurde gefunden, daß sich bei den durch den Blaskanal 23 hindurchgeförderten
Fasern eine Bildung von Flocken oder ähnlichen
Zusammenballungen
weitgehend vermeiden läßt, wenn die Fasern ihre Geschwindigkeit, die sie im Augenblick
des Verlassens der Reißzähne besitzen, sowohl in der Richtung als auch im Betrag
möglichst weitgehend beibehalten. Vorzugsweise sollte die Geschwindigkeit der Fasern
sich entlang dem Blaskanal 23 um nicht mehr als 20% ändern. Dies steht im Gegensatz
zu den meisten anderen Zerfaserungsgeräten, bei denen sich die individualisierten
Fasern, infolge einer Strömungs-Separation, nicht in einer geordneten Weise von
der Reißwalze wegbewegen und demzufolge während der Förderung der Fasern Geschwindigkeitsänderungen
von mehr als 100% auftreten.
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Um die angestrebte Geschwindigkeit der Fasern zu erreichen, ist der
Blaskanal 23 so positioniert, daß seine Längsachse im wesentlichen parallel zu derjenigen
Ebene verläuft, die die Reißwalze an der Stelle, an der die Fasern den Einfluß der
Reißzähne verlassen, tangential berührt. Mit dieser Orientierung des Blaskanals
23 kann sich die Fasergeschwindigkeit nicht dadurch ändern, daß die Fasern gegen
die Wandungen des Blaskanals prallen. Da die Holzzellstoff-Bahn 21 der ReiBwalze
20 radial in einer Ebene zugeführt wird, die im wesentlichen parallel zum Primärgasstrom
10 liegt, verläuft die Tangentialebene an der Kontaktstelle der Holzzellstoff-Bahn
mit der Reißwalze senkrecht zum Primärgasstrom. Wenn dabei wie in der schematisierten
Darstellung der Fig. 1 unterstellt werden kann, daß die Kontaktstelle zwischen der
Holzzellstoff-Bahn 21 und der Reißwalze 20 zugleich auch im wesentlichen die Stelle
ist, an der die individualisierten Fasern den Einfluß der Reißzähne verlassen, folgt
daraus, daß auch die Längsachse des Blaskanals 23 senkrecht zum Primärgasstrom 10
verläuft. Wenn jedoch die Konstruktion des Zerfaserungsgerätes so beschaffen ist,
daß die individualisierten Fasern gezwungen werden, hinter der Kontaktstelle der
Holzzellstoff
-Bahn 21 mit der Reibwalze 20 noch über einen gewissen
Umfangsweg der Reibwalze unter dem Einfluß der Reißzähne zu verbleiben, muß die
Längsachse des Blaskanals 23 so anjustiert werden, daß sie in die Richtung weist,
welche die Fasergeschwindigkeit an der Stelle hat, an der der Zwang nicht länger
besteht.
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Die Breite des Blaskkanals 23 ist annähernd gleich der Höhe der Reißzähne
auf der Reibwalze 20 , und der Spalt 25 zwischen den Reißzähnen und dem Gehäuse
24 ist sehr eng. Dadurch behält der aus dem Kanal 26 austretende Prozessluftstrom
während des Umströmens der Reißwalze und auch danach im Blaskanal 23 eine im wesentlichen
konstante Geschwindigkeit. Außerdem wird dadurch auch sichergestellt, daß der Prozessluftstrom
keine nennenswerte Veränderung der Fasergeschwindigkeit im Blaskanal 23 hervorruft,
denn die Geschwindigkeit des Prozessluftstromes kommt der Geschwindigkeit der Reißzähne
sehr nahe und die Geschwindigkeit der Reißzähne wiederum ist etwa gleich der Geschwindigkeit
der individualisierten Fasern im Augenblick des Verlassens der Reißzähne.
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Wenn die Breite des Blaskanals 23 etwa der Höhe der Reißzähne gleich
ist und jedenfalls die Zahnhöhe nicht um mehr als das 1,5-fache übersteigt, haben
sich im Blaskanal 23 Luftgeschwindigkeiten von mindestens 701 der Geschwindigkeit
der Reißzähne als geeignet erwiesen.
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Die Länge und die Querbreite (d.h. die Breite in Richtung der Reißwalzen-Achse)
des Blaskanals 23 sind in Hinsicht auf die Erzielung einer optimalen Vliesbahn ebenfalls
wichtig. Vorzugsweise sollte die Länge des Blaskanals so gering sein wie dies die
Konstruktion des Zerfaserungsgerätes zuläßt. Im allgemeinen ist die kürzeste Länge
des Blaskanals bestimmt durch den Radius der Reibwalze 20. Um in Querrichtung der
zu bildenden Vliesbahn eine möglichst hohe Gleichförmigkeit zu erreichen, sollte
die Querbreite
des Blaskanals 23 möglichst nicht die Breite der
der Reißwalze 20 zugeführten Holzzellstoff-Bahn 21 übersteigen. Generell wird bevorzugt,
Reißwalzen mit relativ hohen Reißzähnen (von z.B.
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mehr als 6 mm Höhe) einzusetzen. Dadurch kann der Blaskanal 23 entsprechend
breiter werden, was dazu führt, daß sich die Möglichkeit eines Auftreffens der Fasern
auf die Wandungen des Blaskanals vermindert.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, bewegen sich der Primärgasstrom 10 und der
Sekundärgasstrom 14 an der Vermischungsstelle vorzugsweise senkrecht zueinander,
obgleich auch im Bedarfsfall andere Winkelstellungen zwischen diesen beiden Gasströmen
vorhanden sein können. Die Geschwindigkeit des Sekundärgasstromes 14 ist wesentlich
geringer als die Geschwindigkeit des Primärgasstromes 10, so daß der Gesamt-Gasstrom
15, der sich an der Vermischungsstelle ausbildet, praktisch in Richtung des Primärgasstromes
10 weiterströmt. Bei der Vermischung der beiden Gasströme tritt eine Art Saugeffekt
auf, indem die vom Sekundärgasstrom 14 getragenen Fasern in den Primärgasstrom 10
hineingezogen werden, wenn dieser am Auslaß des Blaskanals 23 vorbeiströmt. Dabei
ist es wichtig, daß die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den beiden Gasströmen
groß genug ist, um den Sekundärgasstrom in turbulenter Weise in den Primärgasstrom
zu integrieren. Auf diese Weise wird erreicht, daß die von dem Sekundärgasstrom
getragenen Fasern sich vollständig und gleichförmig mit den schmelz-geblasenen Mikrofasern
im Primärgasstrom mischen. Generell läßt sich sagen, daß zunehmende Geschwindigkeitsdifferenzen
zwischen dem Primärgasstrom und dem Sekundärgasstrom zu einer homogeneren Vermischung
der beiden Fasermaterialien führen, wohingegen bei geringeren Geschwindigkeiten
und kleineren Geschwindigkeitsdifferenzen in dem gemischten Material eine Tendenz
zur Bildung von Konzentrationsgradienten der einzelnen Bestandteile auftritt. Für
maximale
Produktionsraten wird es bevorzugt, dem Primärgasstrom
anfänglich (d.h. innerhalb der Blasdüsen 12 und 13) Schallgeschwindigkeit zu geben
und den Sekundärgasstrom auf einer Unterschall-Geschwindigkeit zu halten. Natürlich
expandiert der Primärgasstrom unmittelbar nach dem Austritt aus den Düsen 12 und
13, wodurch sich seine Geschwindigkeit entsprechend vermindert.
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Die Kapazität der konvergierenden heißen Gasströme, welche die polymeren
Mikrofasern dünner machen und zugleich forttransportieren, ist stets größer als
das Volumen der zum Einführen der Holzzellulose-Fasern dienenden Luft. Die Volumenströmung
des Primärgasstromes steigt, was typisch ist, um mehr als das 5-fache an, bevor
die maximale Geschwindigkeit des Primärgasstromes auf 20% ihres Anfangswertes abgefallen
ist. Die Holzzellulose-Fasern sollten jedoch möglichst frühzeitig in diese Diffusionszone
des Primärgasstromes eingeführt werden, um die Faser-Mischung der im frühen Bereich
der Diffusionszone noch sehr intensiven und feingrädigen Turbulenz auszusetzen und
um das Mischen der Fasern zu einem Zeitpunkt zu bewirken, in dem sich die polymeren
Mikrofasern noch in einem weichen, frischen Zustand bei erhöhter Temperatur befinden.
In den späteren Bereichen der Diffusion des Primärgasstromes sind die Turbulenzwirbel
groß im Vergleich zur Faser-Verflechtung, und die Energie der Turbulenz nimmt stetig
ab. Ein kombiniert hoch-intensives und sehr feingrädiges Turbulenz feld erzeugt
ein Maximum an mechanischer Verbindung der kleinen Holzzellulose-Fasern innerhalb
der Matrix aus Mikrofasern.
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Durch die Verzögerung des zunächst sehr schnellen Primärgasstromes
werden die darin enthaltenen Mikro fasern von den Zieh-Kräften befreit, mit denen
sie ursprünglich aus der polymeren Masse geformt worden sind. Dadurch können sich
die Mikrofasern entspannen, so daß sie besser inder Lage sind, den sehr kleinen
Turbulenzwirbeln
zu folgen, und auf diese Weise die relativ kurzen Holzzellulose-Fasern "einzufangen",
indem sie sich um die Holzzellulose-Fasern herum verflechten. Das Ergebnis ist eine
innige Mischung, in der die Holzzellulose-Fasern und die polymeren Mikrofasern durch
physikalische Verbindung und mechanische Verflechtung integriert sind. Bevorzugt
wird der Mischvorgang begonnen, so lange sich die Mikrofasern noch in einem weichen
Zustand bei erhöhter Temperatur befinden.
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Das Verdünnen der Mikrofasern geschieht sowohl vor als auch nach
ihrer Verflechtung mit den Holzzellulose-Fasern. Insgesamt werden die Mikrofasern
dabei von einem ursprünglichen Durchmesser von etwa 0,4 mm (der typisch ist für
die Düsenöffnungen im Blaskopf 11) auf den endgültigen Durchmesser von etwa 511m
oder weniger gebracht. Der größte Anteil an dieser Verdünnung tritt innerhalb eines
Bereiches von etwa 7 - 10 cm hinter der Düsenoberfläche auf, bevor die Geschwindigkeit
des Primärgasstromes auf weniger als etwa 75 m/sec abgefallen ist. Da die Holzzellulose-Fasern
am günstigsten in einer Entfernung von etwa 2 - 3 cm von der Düsenoberfläche in
den Primärgasstrom eingeführt werden, kann folglich das Verdünnen der Mikrofasern
auch noch nach der Zumischung der Holzzellulose-Fasern fortschreiten.
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Infolge ihres extrem geringen Querschnittes sind die Mikrofasern mindestens
50 bis 100 mal flexibler als konventionelle Textilfasern aus dem gleichen polymeren
Material. Die Flexibilität und Anpassfähigkeit der Mikrofasern ist entsprechend
noch größer, wenn die Mikrofasern frisch geformt und noch heiß sind.
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Während des Vermischens der Mikrofasern mit den Holzzellulose-Fasern
werden beide Faserarten von dem sie tragenden Gasstrom gewissermaßen schwebend gehalten.
Da die Mikrofasern viel länger, dünner, schlaffer und flexibler sind als die relativ
kurzen, dicken und steifen Holz zellulose-Fasern, können sich nach
dem
Vermischen die Mikrofasern um die Holzzellulose-Fasern herumschlängeln, wodurch
die Holzzellulose-Fasern in eine Matrix aus Mikrofasern eingeflochten werden. Diese
Verflechtung verbindet die beiden unterschiedlichen Faserarten mit einer starken,
ständigen Interfaser-Kopplung ohne nennenswerte Molekular-, Adhäsions-oder Wasserstoff-Bindungen.
In der so entstandenen Matrix behalten die Mikrofasern ein hohes Ausmaß an Flexibilität,
wobei viele der Mikrofasern durch Berührung mit den verhältnismäßig steifen Holzzellulose-Fasern
voneinander abliegen. Die eingeflochtenen Holzzellulose-Fasern können ihre Orientierung
frei ändern, wenn die Matrix verschiedenen Typen von Störkräften unterworfen wird,
aber die Elastizität und das Federungsvermögen des Mikrofaser-Netzes bringt die
Holzzellulose-Fasern wieder in ihre Ursprungs lage zurück, sobald die Störkräfte
aufhören. Zu betonen ist, daß allein durch mechanische Verflechtung und Verbindung
der beiden unterschiedlichen Faserarten eine kohärente integrierte Faserstrukur
gebildet ist.
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Durch die Mikro fasern und die Natur ihrer Verankerung mit den Holzzellulose-Fasern
ergeben sich in der Struktur der endgültigen Vliesbahn nachgiebige Gelenke" zwischen
den Fasern.
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Die Fasern sind nicht starr miteinander verbunden, sondern ihre Verbindung
erlaubt ein Verdrehen, Verdrallen und Verbiegen der einzelnen Fasern. Selbst bei
geringeren Gehalten an Mikrofasern ist die Struktur noch in der Lage, hinsichtlich
des Griffes und der Drapierfähigkeit textiiähnliche Eigenschaften zu zeigen. Sie
ist auch dann noch anpassungsfähig und besitzt Elastizität und Federungsvermögen.
Nach Befeuchtung mit Wasser (wodurch die Holzzellulose-Fasern erweichen) zeigt das
Material Biege-Elastizität sowie eine Naßfestigkeit, die seiner Trockenfestigkeit
vergleichbar ist.
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Selbst bei Gehalten an Mikrofasern von weniger als ein Gewichtsprozent
ist die Bindung der Holzzellulose-Fasern noch ausreichend, um ein deutlich verbessertes
Absorptionsmaterial zu ergeben, welches z.B. besser zusammenhält und weniger stark
fusselt als herkömmliches Material mit einem entsprechend hohen Gehalt an Holzzellulose-Fasern.
Besonders bedeutsam ist dabei, daß die Bildung der Holzzellulose-Fasern und die
weiter oben erwähnten positiven Eigenschaften der endgültigen Vliesbahn allein durch
trockenes Ablegen der Fasern erreicht werden, ohne daß eine Zugabe von Klebern oder
Bindemitteln nötig ist, und ohne daß das Material noch einem zusätzlichen Bearbeitungsgang
unterworfen zu werden braucht. Sehr stark kontrastiert die so erzeugte Vliesbahn
mit Materialien, in denen die Holzzellulose-Fasern durch ein Bindemittel gebunden
werden und die demzufolge sehr steif sind, sowie eine verminderte Absorptionskapazität
und -rate aufweisen.
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Die'Raumwirkung" der Holzzellulose-Fasern besteht bis zu einem relativ
hohen Gehalt aus Mikrofasern. Da die Holzzellulose-Fasern ihre Form beibehalten
und unter den Temperaturen und Kräften des Mikrofaser-Stromes weder schmelzen noch
sonstigen nennenswerten morphologischen Veränderungen unterliegen, stören sie physikalisch
die Polymer-zu-Polymer-Wechselwirkung. Das läßt sich zeigen, wenn die Reißlänge
oder die Zugfestigkeit gegen den Gehalt an Mikrofasern in einer Kurve aufgetragen
wird. Von Null ausgehend, ergibt sich schon bei sehr geringen Gehalten an Mikrofasern
eine unerwartet starke Zunahme der Reißlänge bzw. der Zugfestigkeit, was eine unerwartete
Modifikation in der Festigkeit des Mikrofaser-Netzwerkes ausweist. Die Holzzellulose-Fasern
sind vorzugsweise gleichförmig in der Mikrofaser-Matrix verteilt, damit sich ein
möglichst homogenes Material entwickelt.
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Bei den meisten Mikrofaser-Verfahren tritt die unvermeidliche Nebenwirkung
auf, daß sich ein Teil des polymeren Materials klumpenartig aggregatisiert. Solche
Aggregate verschmelzen leicht in sich selbst und auch mit benachbarten Mikrofasern,
was bei 1008 aus Mikrofasern bestehenden Vliesbahnen eine erhöhte Härte und Steifheit
sowie insgesamt ein schlechteres Erscheinungsbild gibt. Es wurde gefunden, daß durch
die Zumischung der Holzzellulose-Fasern die nachteiligen Effekte solcher Aggregate
wirksam beseitigt werden. Offenbar stören die Holzzellulose-Fasern das Verschmelzen
der Aggregate in sich selbst und mit benachbarten Mikrofasern, und offenbar verbergen
die Holzzellulose-Fasern auch die Aggregate hinsichtlich ihrer Sichtbarkeit und
Fühlbarkeit.
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Um die im Gesamt-Gasstrom 15 enthaltene Fasermischung in eine Vliesbahn
zu überführen, wird der Gesamt-Gasstrom 15 in den Spalt eines Paares von Vakuum-Walzen
30 und 31 geleitet. Diese Vakuum-Walzen haben jeweils eine siebartige Oberfläche,
die stetig über einer feststehenden Vakuum-Düse 32 bzw. 33 rotiert. Sobald der Gesamt-Gasstrom
15 in den Spalt zwischen den Vakuum-Walzen 30 und 31 eintritt, wird das Trägergas
in die beiden Vakuum-Düsen 32 und 33 eingesaugt, während die Fasermischung zur Ablage
gelangt und an der Rückseite des Walzenspaltes in Form einer leicht komprimierten
Vliesbahn 34 austritt. Diese Vliesbahn 34 ist bereits selbsttragend, und ihr Zusammenhalt
reicht aus, um sie aus dem Walzenspalt abzuziehen und zu einer Rolle 35 aufzuwickeln.
In Fig. 2 ist schematisch das Aussehen der Vliesbahn 34 illustriert.
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Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß sich die Bindung der Holzzellulose-Fasern
in der integrierten Faser-Matrix und die damit einhergehenden positiven Eigenschaften
der Vliesbahn 34 nur durch trockenes Ablegen der Fasern ohne Notwendigkeit
einer
weiteren Behandlung oder Bearbeitung erreichen lassen. Falls es jedoch erwünscht
ist, die Festigkeit der Vliesbahn 34 zu erhöhen, kann diese auch noch zusätzlich
geprägt werden, was entweder mit Ultraschall oder bei einer erhöhten Temperatur
geschehen kann, um die thermoplastischen Mikrofasern in den Prägebereichen in eine
flache, filmartige Struktur zu überführen. Diese flache, filmartige Struktur, die
weiter unten noch genauer in Verbindung mit Fig. 11 erläutert wird, wirkt sich dahin
aus, daß die Holzzellulose-Fasern in den Prägebereichen starrer festgehalten werden.
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In der Fig. 1 ist die Möglichkeit des Prägens angedeutet, indem dort
eine Ultraschall-Prägestation 42 gezeigt ist, deren Prägekopf 40 gegen eine mit
einem Muster versehene Amboss-Walze 41 vibriert. Die Prägebedingungen,(z.B. Druck,
Geschwindigkeit und Eingangsleistung) sowie auch das Prägemuster lassen sich leicht
so auswählen, daß das Endprodukt die gewünschten Eigenschaften bekommt. Bevorzugt
ist dabei ein unterbrochenes Muster, bei dem die einzelnen Prägebereiche insgesamt
etwa 5 - 50% der Oberfläche der Vliesbahn einnehmen und eine Flächendichte von etwa
50-100 pro 6,45 cm2 besitzen.
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Die günstigsten Prägebedingungen werden auch durch die für die Vliesbahn
34 verwendeten Werkstoffe mitbestimmt. Wenn Polypropylen als thermoplastisches Polymer
für die Mikrofasern eingesetzt wird, läßt sich eine beträchtliche Verbesserung der
Festigkeit der Vliesbahn erzielen mit einem Branson-Ultraschallsystem Modell 460
mit kontinuierlichem Schallmodul, bei dem das Ultraschallhorn mit einem Druck von
etwa 3,5 kp/cm' gegen eine gemusterte Amboss-Walze arbeitet, bei dem die Eingangsleistung
700 W beträgt und bei dem die Kontaktfläche des Horns etwa 25 x 1,3 cm beträgt.
Geeignete Muster für die Amboss-Walze sind in den Figuren 3 bis 5 dargestellt, und
geeignete Bahngeschwindigkeiten an der Prägestation liegen im Bereich von etwa 7,5
bis 45 m/min.
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Nachfolgend werden spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung näher
erläutert. Dabei werden zugleich die Ergebnisse der Messung einzelner physikalischer
Eigenschaften der hergestellten Vliesbahnen berichtet. Sofern nichts anderes vermerkt
ist, wurden die Messungen der betreffenden Eigenschaften dabei in folgender Weise
vorgenommen: Unkomprimierte Schichtdicke Zur Messung wurde ein Schichtdicken-Messgerät
der Firma Custom Scientific Instruments benutzt, und zwar bei den Beispielen 1 -
10 mit einem Fuß von 6,45 cm2 Fläche, mit dem auf das Material ein Druck von 2,2
p/cm2 ausgeübt wurde, und bei den übrigen Beispielen mit einem Fuß von 45,60 Qn'
Fläche, mit dem auf das Material ein Druck von 0,28 p/cm' ausgeübt wurde.
-
Raumgewicht Das Raumgewicht in g/cm³ wurde nach der Formel Raumgewicht
= Grundgewicht Schichtdicke berechnet, wobei für die Schichtdicke der unkomprimierte
Wert verwendet wurde.
-
Öl-Saugfähigkeit Eine Materialprobe von etwa 25 cm2 wurde gewogen,
dann 30 sec lang bei Zimmertemperatur in ein Bad aus Mineralöl eingetaucht, danach
wieder herausgenommen und schließlich 45 sec lang an einem Glasstab zum Abtropfen
aufgehängt.
-
Die Probe wurde danach erneut gewogen, wobei die -Gewichtszunahme
die Menge an absorbiertem Öl angab. Diese Gewichtszunahme wurde durch die Dichte
des Öles (0,831 g/ml) dividiert, um das volumetrische Äquivalent zu erhalten, und
dieses wurde dann noch durch das Trockengewicht der Probe dividiert. Der sich so
ergebende Wert ist die Öl-Saugfähigkeit.
-
Wasser-Saugfähigkeit Die Wasser-Saugfähigkeit wurde in der gleichen
Weise wie die Öl-Saugfähigkeit gemessen, nur unter Verwendung von Wasser als Flüssigkeit.
Die in den Tabellen I und II niedergelegten Werte wurden unter Verwendung einer
0,5%gen wässrigen Lösung eines Netzmittels ermittelt, um eine gleichförmige Benetzung
aller Proben sicherzustellen.
-
Reißlänge Mit einem Instron-Festigkeitsprüfer (Modell A 70) wurde
die Zugfestigkeit gemessen, und zwar an einer Materialprobe von 2,5 cm Breite und
7,6 cm Länge (wobei eine längere Probe benutzt wurde, aber nur eine Länge von 7,6
cm sich zwischen den Spannbacken des Gerätes erstreckte). Die Probe wurde mit einer
Rate von etwa 4,5 kp/ min bei etwa 220 C und einer relativen Luftfeuchte von 40
- 50 % belastet. Die so ermittelte Zugfestigkeit wurde dann durch das Grundgewicht
der Probe dividiert, was die Reißlänge ergibt. Zur Messung der Nass-Reißlänge wurde
die
Probe 0,5 min lang in Wasser eingetaucht und dann auf einem Fließpapier abgelegt,
um vor der Messung überschüssiges Wasser zu entfernen. Zur Messung der Reißlänge
im wieder getrockneten Zustand wurde die Probe nach dem Anfeuchten und vor der Messung
noch luftgetrocknet.
-
Streckdehnung Während der Messung der Zugfestigkeit wurde die zunehmende
Länge der Probe gemessen, und die prozentuale Längenzunahme gerade vor dem ReiBen
der Probe ist die Streckdehnung.
-
Fussel-Zahl Eine Materialprobe von knapp 40 cm2 wurde an dem Umfang
von zwei kreisförmigen Platten befestigt, die im Abstand von rund 10cm auf einer
gemeinsamen vertikalen Achse befestigt waren. Die Probe wurde dann verbogen, verdreht
und zerknittert, indem eine der beiden Platten zyklisch aufeinanderfolgend 50 mal
mit der anderen Platte zum Kontakt gebracht und bei jedem Zyklus zugleich um 1800
relativ zur anderen Platte gedreht wurde. Ein Millipore-Filter Nr. HAWP-047-00 von
47 mm Durchmesser und 0,45 llm Porengröße wurde neben der Platte angebracht, wobei
sich das Zentrum des Filters gerade etwas außerhalb des Umfanges der beiden Platten
befand. Die von dem Filter aufgefangenen Partikel wurden anschließend mittels eines
Mikroskopes über' eine Fernsehkamera mit Monitor bei 40-facher
Vergrößerung
beobachtet. Dabei wurden alle Partikel mit einer Größe oberhalb von 13m in neun
unterschiedlichen Feldern (Feldgröße 1,64 x 2,43 mm) auf dem Filter gezählt.
-
Acht dieser neun Felder waren gleichmäßig längs dem Umfang des Filters
verteilt, und das neunte Feld befand sich in der Mitte des Filters. Die neun Zählungen
wurden dann gemittelt, und der sich dabei ergebende Mittelwert ist die Fussel-Zahl.
-
Spezifisches Volumen Das ursprüngliche spezifische Volumen wurde bestimmt
durch Dividieren der unkomprimierten Schichtdicke ( mit einem Fuß von 45,60 cm2
und einer Flächenbelastung von 0,28p/cm2i durch das Grundgewicht der Probe. Die
Probe wurde dann gleichförmig auf ihrer gesamten Fläche mit einem Druck von 34,5
p/cm2 belastet. Nach einer Minute wurde die "komprimierte Schichtdicke" unter dieser
Belastung in gleicher Weise gemessen wie die unkomprimierte Schichtdicke, woraus
dann durch Division durch das Grundgewicht das belastete spezifische Volumen" ermittelt
wurde.
-
Abschließend wurde die Probe wieder entlastet, und nach einer Minute
wurde die Schichtdicke der entlasteten Probe (wiederum in der gleichen Weise wie
die unkomprimierte Schichtdicke) gemessen. Daraus wurde dann durch Division durch
das Grundgewicht das "entlastete spezifische Volumen" ermittelt.
-
Beispiel 1 Nach dem weiter vorn und anhand der Fig. 1 erläuterten
Verfahrens-Prinzip wurde eine Vliesbahn hergestellt, die 53,5% Fasern aus'gebleichter
Sulfit-Holzzellulose und 46,5% schmelzgeblasene Mikrofasern aus Polypropylen enthielt.
Das Polypropylen (Exxon-Harz CD-523) wurde mit einer Rate von etwa 10 kg/h (entspricht
0,42 g/min pro Düsenöffnung) bei einer Endtemperatur von 3160C extrudiert. Die dabei
gebildeten Fäden wurden mittels Primärluftströmen von Schallgeschwindigkeiten verdünnt,
welche eine kombinierte Rate von 680 kg/h und eine Temperatur von 3700C aufwiesen.
Der die Holzzellulose-Fasern enthaltende Sekundärluftstrom wurde erzeugt durch Zerfaserung
von Zellstoffpappe-Rollen (Rayfluff XQ, das ist Western Hemlock-Zellstoff mit einer
durchschnittlichen Faserlänge von 2,1 mm) unter Verwendung einer Luft-Strömungsrate
von 680 kg/h. Dieser Sekundärluftstrom wurde senkrecht in den die Mikorfasern tragenden
Primärluftstrom eingeführt, und zwar in einem Abstand von etwa 2,5 cm hinter der
Düsenoberfläche. Die Geschwindigkeit des Primärluftstromes wurde an dieser Stelle
auf etwa das Fünf- bis Zehnfache der Geschwindigkeit des Sekundärluftstromes geschätzt.
Der Walzenspalt der beiden Vakuum-Walzen, zwischen denen sich die Vliesbahn ausbildete,
hatte eine Spaltbreite von 0,32 mm und war etwa 56 cm von der Zwischenoberfläche
entfernt.
-
Die folgenden Eigenschaften der so gebildeten Vliesbahn wurden gemessen:
Grundgewicht:
99 g/m' Unkomprimierte Schichtdicke: 1,55 mm Raumgewicht: 0,064 g/cm3 Öl-Saugfähigkeit
18,8 ml/g Reißlänge in Masschinenrichtung: 196 m Streckdehnung in Maschinenrichtung:
20% Reißlänge in Querrichtung: 358 m Streckdehnung in Querrichtung: 34% Die Vliesbahn
kann weiterhin als filz-ähnlich oder stoff-ähnlich charakterisiert werden, sie war
kompressibel und federnd, anpassungsfähig und nicht papierartig. Diese Eigenschaften
machen es möglich, die Vliesbahn für Windeln und Monatsbinden, für Papiertücher,
für kleine Bandagen, für die Verpackung von Fleisch und Geflügel, für Tupfer zum
Entfernen von Make-Up sowie für zahlreiche andere Frisier- und Kosmetikprodukte
zu verwenden. Darüber hinaus kann das Material sehr wirksam kleine Teilchen wie
Staub aufsaugen und halten, so daß es ausgezeichnet auch als Filtertuch geeignet
ist. Obgleich das Material einen verhältnismäßig großen Anteil an den hydrophilen
Holzzellulose-Fasern besitzt, ist es nicht leicht durch Wasser benetzbar. Diese
Eigenschaft ist sehr vorteilhaft, wenn das Material als Applikator-Bausch für Kosmetika
eingesetzt werden soll oder für ähnliche Zwecke, bei denen es erwünscht ist, eine
aufzutragende Paste oder Flüssigkeit weitgehend auf der Oberfläche des Vliesmaterials
zu halten.
-
Beispiel 2: Ein Teil des gemäß Beispiel 1 hergestellten Vliesmaterials
wurde mit Hilfe einer Ultraschall-Prägeeinrichtung geprägt, und
zwar
unter Verwendung einer Amboss-Walze, die das in Fig. 5 gezeigte Prägemuster ergab.
Die folgenden Eigenschaften wurden gemessen: Grundgewicht: 91 g/m2 Unkomprimierte
Schichtdicke: 0,81 mm Raumgewicht: 0,112 g/cm3 t)l-Saugfähigkeit: 8,8 ml/g Reißlänge
in Maschinenrichtung: 822 m Streckdehnung in Maschinenrichtung: 36% Reißlänge in
Querrichtung: 444 m Streckdehnung in Querrichtung: 26% Die solcherart behandelte
Vliesbahn ist fester und steifer als das ungeprägte Material gemäß Beispiel 1, aber
noch stoffähnlich.
-
Durch das Prägen wird im übrigen ein Abfusseln der Oberfläche vermindert,
indem die individuellen Holzzellstoff-Fasern innerhalb der Prägebereiche fester
fixiert werden. Das geprägte Material kann beispielsweise für wegwerfbare Aufwaschtücher,
für industrielle und im Haushalt zu verwendende Wischtücher, für Servietten und,
wenn mit Reinigern, Adstringenz und dergleichen getränkt, für Naßwischzwecke verwendet
werden.
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Beispiel 3: Analog Beispiel 1, aber mit der Ausnahme, daß der Abstand
zwischen dem Walzenspalt und der Düsenoberfläche nur 24,75 cm betrug, wurde ein
Vliesmaterial hergestellt, das 52% Holzzellulose-Fasern (Rayfluff XQ) und 48%.Polypropylen-Mikrofasern
(Exxon-Harz
CD-523) enthielt. Dieses Material hatte die folgenden
Eigenschaften: Grundgewicht: 92,3 g/m' Unkomprimierte Schichtdicke: 0,74 mm Raumgewicht:
0,125 g/cm3 Öl-Saugfähigkeit: 9,7 ml/g Reißlänge in Maschinenrichtung: 693 m Streckdehnung
in Maschinenrichtung: 10% Reißlänge in Querrichtung: 590 m Streckdehnung in Querrichtung:
18% Im Vergleich zu dem Material gemäß Beispiel 1 ist dieses Material steifer, dichter
und weniger anpassungsfähig. Es fühlt sich mehr papierähnlich als stoffähnlich an
und besitzt eine etwas schmirgelartige Oberflächen-Textur, und zwar infolge einer
Einprägung des Drahtsiebes, welches die Mantelflächen des Paares von Vakuum-Walzen
bildet. Im übrigen ist das Material nicht leicht benetzbar. Es kann verwendet werden
z.B. für Bekleidungs-Einlagen sowie für nicht-dauerhafte Platzdeckchen und Tischtücher.
-
Beispiel 4: Ein Teil des Materials gemäß Beispiel 3 wurde mittels
einer Ultraschall-Prägeeinrichtung geprägt, und zwar'hunter Verwendung einer Amboss-Walze,
die das in Fig. 5 dargestellte Prägemuster ergab. Die folgenden Eigenschaften wurden
daraufhin gemessen:
Grundgewicht: 92,5 g/m2 Unkomprimierte Schichtdicke:
0,71 mm Raumgewicht: 0,130 g/cm3 t Saugfähigkeit: 7,2 ml/g Reißlänge in Maschinenrichtung:
694 m Streckdehnung in Maschinenrichtung: 22% Reißlänge in Querrichtung: 644 m Streckdehnung
in Querrichtung: 27% Das so erhaltene Material ist ausreichend fest und dauerhaft
zur Verwendung als Wasch- und Scheuertuch. Es ist auch nicht leicht benetzbar. Im
übrigen kann das Material aber auch z.B. für nicht-dauerhafte Platzdeckchen und
Tischtücher verwendet werden.
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Beispiel 5: Nach dem bereits beschriebenen Verfahrens-Prinzip wurde
ein Vliesmaterial hergestellt, das 47,6% Holzzellulose-Fasern (Rayfluff XQ) und
52,3% Polypropylen-Mikrofasern (Exxon-Harz CD-523) enthielt. Das Polypropylen wurde
dabei durch Zugabe von 6,5 Gew.% eines Netzmittels während des Extrusions-Vorganges
modifiziert. Das so modifizierte Polypropylen wurde mit einer Rate von etwa 10 kg/h
und bei einer End-Temperatur von knapp oberhalb 3000C extrudiert. Das Verdünnen
der bei der Extrusion gebildeten Fäden erfolgte mittels eines Primärluftstromes
von Schallgeschwindigkeit, der eine kombinierte Strömungsrate von 680 kg/h und eine
Temperatur von etwa 3700C besaß. Die Herstellung und das Zumischen der Holzzellulose-Fasern
erfolgte wie im Beispiel 1.
-
Das so erhaltene Vliesmaterial war leicht durch Wasser benetzbar
und hatte die folgenden Eigenschaften:
Grundgewicht: 94,5 g/m Unkomprimierte
Schichtdicke: 1,42 mm Raumgewicht: 0,066 g/cm Öl-Saugfähigkeit: 17,9 ml/g Wasser-Saugfähigkeit:
14,2 ml/g Reißlänge in Maschinenrichtung: 159 m Streckdehnung in Maschinenrichtung:
39% Reißlänge in Querrichtung: 168 m Streckdehnung in Querrichtung: 63% Mit der
Ausnahme der leichten Benetzbarkeit durch wässrige Medien war das Material sehr
ähnlich dem Material gemäß Beispiel 1.
-
Es war auch für die gleichen Verwendungszwecke geeignet.
-
Beispiel 6: Ein Teil des Materials gemäß Beispiel 5 wurde mittels
einer Ultraschall-Prägeeinrichtung geprägt, und zwar unter Verwendung einer Amboss-Walze,
die das in Fig. 5 dargestellte Prägemuster ergab. Die folgenden Eigenschaften wurden
daraufhin gemessen: Grundgewicht: 94 g/m' Unkomprimierte Schichtdicke: 0,71 mm Raumgewicht:
0,132 g/cm3 Öl-Saugfähigkeit: 8,0 ml/g Wasser-Saugfähigkeit: 6,2 ml/g Reißlänge
in Maschinenrichtung, ursprünglich: 801 m Streckdehnung in Maschinenrichtung, ursprünglich:
39% Reißlänge in Querrichtung, ursprünglich: 680 m
Streckdehnung
in Querrichtung, ursprünglich: 45% Reißlänge in Maschinenrichtung, naß: 754 m Streckdehnung
in Maschinenrichtung, naß: 43% EBlänge in Querrichtung, naß: 572 m Streckdehnung
in Querrichtung, naß: 48% Reißlänge in Maschinenrichtung, wieder getrocknet: 778
m Streckdehnung in Maschinenrichtung, wieder getrocknet: 50% Reißlänge in Querrichtung,
wieder getrocknet: 649 m Streckdehnung in Querrichtung, wieder getrocknet: 61% Das
so erhaltene Material ist geeignet als nicht-dauerhaftes oder auch als dauerhaftes
Allzweck-Wischtuch sowohl zur trockenen als auch zur nassen Anwendung, da es seine
physikalischen und mechanischen Eigenschaften auch im nassen Zustand oder nach erneuter
Trocknung beibehält.
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Beispiel 7: Analog Beispiel 1, jedoch mit der Ausnahme, daß der Abstand
des Walzenspaltes von der Düsenoberfläche 76,8 cm betrug und der Walzenspalt selbst
2,667 mm breit war, wurde ein Vliesmaterial hergestellt, das aus 74% .Holzzellulose-Fasern
(Rayfluff XQ) und 26% Polypropylen-Mikrofasern (Exxon-Harz,CD-523) bestand.
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Folgende Eigenschaften wurden gemessen:
Grundgewicht:
181 g/m' Unkomprimierte Schichtdicke: 4,06 mm Raumgewicht: 0,045 g/cm t Saugfähigkeit:
26,8 ml/g Reißlänge in Maschinenrichtung: 59 m Streckdehnung in Maschinenrichtung:
24% Reißlänge in Querrichtung: 139 m Streckdehnung in Querrichtung: 40% Dieses Material
läßt sich als weich, bauschig, kompressibel und federnd bezeichnen. Es ähnelt etwas
einer Baumwollwatte. Seine hohe Absorptions-Kapazität macht es besonders geeignet
für Monatsbinden und Tampons, Windeln und Wundverbände. Weitere Anwendungsmöglichkeiten
bestehen in Tupfern zum Entfernen von Make-Up, Applikator-Tupfern, Verpackungsmaterialien,
kosmetischen Polstern (z.B. für Büstenhalter), Hilfsprodukten für Friseure und Schönheitssalons,
Produkten zur Pflege von Babies und Kleinkindern, Produkten für dekorative Zwecke
und dergleichen.
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Beispiel 8: Dieses Beispiel betrifft ein Vliesmaterial aus 35,6% hochgekräuselten
Nylon-Stapelfasern (2,5 den pro Faser und etwa 3,5 cm lang) und 64,6% Polypropylen-Mikrofasern.
Das Material wurde dadurch hergestellt, daß ein Sekundärluftstrom, der die Stapelfasern
trug, im Abstand von etwas mehr als 5 cm von der Düsenoberfläche in den heißen,
die schmelzgeblasenen Mikrofasern tragenden Primärluftstrom eingeführt wurde. Die
Mikorfasern wurden hergestellt durch Extrudieren von Polypropylen mit einer Rate
von 0,5 g/min pro Düsenöffnung bei einer End-Temperatur von 3320C. Das Verdünnen
des extrudierten Polymers erfolgte mit einem
Primärluftstrom, dessen
Massenströmungsrate das 81-fache der Strömungsrate der gesamten Polymer-Strömung
betrug und dessen Temperatur bei 3660C lag.
-
Der Sekundärluftstrom wurde dadurch hergestellt, daß eine kardierte
Bahn aus Nylon-Stapelfasern mittels eines Paares von Zufuhrwalzen in eine RFaser-Kanone"
eingeführt wurde, die aus zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Bahn angeordneten
Blasdüsen bestand. Durch aus diesen Blasdüsen austretende Luftströme von hoher Geschwindigkeit
wurde die kardierte Bahn in einzelne Fasern und Faser-Bündel aufgebrochen, die in
einem Gasstrom von hoher Geschwindigkeit getragen waren. Dieser Gasstrom wurde in
einen Blaskanal geleitet, der in den die Mikrofasern enthaltenden Primärluftstrom
einmündete. Der sich dabei ausbildende Gesamt-Luftstrom wurde auf die Oberfläche
einer mit einem Drahtsieb bedeckten Vakuum-Walze gerichtet, die 14 cm von der Düsenoberfläche
entfernt war.
-
Für das solcherart hergestellte Vliesmaterial wurden folgende Eigenschaften
gemessen: Grundgewicht: 56 g/m2 Reißlänge in Maschinenrichtung, ursprünglich: 518
m Streckdehnung in Maschinenrichtung, ursprünglich: 77% Reißlänge in Maschinenrichtung,
naß: 573 m Streckdehnung in Maschinenrichtung, naß: 87% Reißlänge in Querrtchtung,
ursprünglich: 330 m Streckdehnung in-Querrichtung, ursprünglich: 92%
Reißlänge
in Querrichtung, naß: 323 m Streckdehnung in Querrichtung, naß: 78% Dieses Material
besitzt eine erheblich verbesserte Zähigkeit, Zugfestigkeit und Streckdehnung. Daher
liegt der Gedanke nahe, daß die Stapelfasern als dritte Komponente verwendet werden
können, um diese verbesserten Eigenschaften den aus den Mikrofasern und den Holzzellulose-Fasern
bestehenden Zweikomponenten-Produkten gemäß den vorangehenden Beispielen mitzugeben.
Mögliche Verwendungen für entweder das die Stapelfasern enthaltende Zweikomponenten-Produkt
oder aber für ein auch noch Holzzellulose-Fasern neben den Stapelfasern und den
Mikrofasern enthaltendes Dreikomponenten-Produkt liegen auf dem Gebiet von Stoffeinlagen,
dauerhaften Wischtüchern für industrielle oder Haushaltszwecke, Naß-Wischtüchern
(die mit Reinigungsmitteln und dergleichen getränkt sein können), nicht-dauerhaften
Platzdeckchen oder Tischtüchern und dergleichen.
-
Beispiel 9: Entsprechend dem eingangs anhand der Fig. 1 erläuterten
Verfahrens-Prinzip wurde ein Vliesmaterial hergestellt, das aus 50% Hartholzzellulose-Fasern
und 50% Polypropylen-Mikrofasern bestand. Das Polypropylen (Exxon-Harz, CD-523,
enthaltend 10 Gew.% Netzmittel) wurde bei einer End-Temperatur von 3350C mit einer
Rate von 0,33 g/min pro Düsenöffnung extrudiert. Die Verdünnung erfolgte mit Hilfe
eines Primärluftstromes, dessen Massenströmungsrate das 58-fache der Strömungsrate
der gesamten Polymer-Strömung betrug und dessen Temperatur bei 3660C lag.
-
Der die Holzzellulose-Fasern enthaltende Sekundärluftstrom wurde in
einem Zerfaserungsgerät ohne Abstreif-Strömung erzeugt, dem Zellstoff-Pappe (Hartholz
mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 1,5 mm) zugeführt wurde. Der Sekundärluftstrom
wurde
im Abstand von etwa 5 cm von der Düsenoberfläche in den Primärluftstrom
eingeführt. Der sich dabei ausbildende Gesamt-Luftstrom wurde auf die Oberfläche
einer mit einem Drahtsieb ummantelten Vakuum-Walze gerichtet, die 14 cm von der
Düsenoberfläche entfernt war.
-
Für das solcherart hergestellte Vliesmaterial wurden folgende Eigenschaften
gemessen: Grundgewicht: 85 g/m' Schichtdicke: 1,57 mm Raumgewicht: 0,054 g/cm3 Wasser-Saugfähigkeit:
15,8 ml/g Reißlänge in Maschinenrichtung, ursprünglich: 137 m Streckdehnung in Maschinenrichtung,
ursprünglich: 33% Reißlänge in Querrichtung, ursprünglich: 83 m Streckdehnung in
Querrichtung, ursprünglich: 59% Das Material war leicht mit Wasser benetzbar und
hatte einen außerordentlich weichen Griff. Es war in gleicher Weise drapierfähig
wie die Materialien gemäß den vorangehenden Beispielen, wies jedoch eine weichere
Oberflächen-Textur auf.
-
Beispiel 10: Analog Beispiel 9 wurde ein Vliesmaterial hergestellt,
daß aus 50% Zedernholzzellulose-Fasern und 50% schmelzgeblasenen Polypropylen-Mikrofasern
bestand. Zur Herstellung des Sekundärluftstromes wurde dabei eine Zellstoffpappe
zerfasert, die aus
Zedernholzzellulose-Fasern mit einer durchschnittlichen
Faserlänge von 3,9 mm bestand. Folgende Eigenschaften des so hergestellten Vliesmaterials
wurden gemessen: Grundgewicht: 83 g/m' Schichtdicke: 1,77 mm Raumgewicht: 0,047
g/cm3 Wasser-Saugfähigkeit: 18,9 ml/g Reißlänge in Maschinenrichtung, ursprünglich
119 m Streckdehnung in Maschinenrichtung, ursprünglich: 26% Reißlänge in Querrichtung,
ursprünglich: 60 m Streckdehnung in Querrichtung, ursprünglich: 46% Das Material
war leicht durch Wasser benetzbar.
-
Weitere Diskussion der Beispiele 1 - 10 Sofern bei den vorangehend
erläuterten Beispielen 1 - 10 eine Ultraschall-Prägung angewendet wurde, wurde die
schon weiter vorn beschriebene Branson-Prägeeinrichtung verwendet mit etwa 3,5 kp/cm'
Andruck des Ultraschall-Horns und mit einer Bahn-Durchsatzrate von 8,2 m/min.
-
Die Figuren 6 - 8 zeigen mittels eines Abtast-Elektronenmikroskops
erhaltene Mikrofotografien eines Vliesmaterials, das analog dem Beispiel 8 hergestellt
wurde, aber 50,4% Weichholzzellulose-Fasern (Longlac-18, das ist Kiefernholz-Zellulose
mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 3,2 mm) und 49,6% schmelzgeblasene Polypropylen-Mikrofasern
(Exxon-Harz, CD-392) enthielt. Die Extrusion des Polypropylens erfolgte mit einer
Rate
von 0,31 glmin pro Düsenöffnung bei einem Verhältnis der Strömungsrate der Primärluft
zur Massenströmung des Polymers von 66,6:1. Aus Fig. 6 ist die Homogenität des integrierten
Fasersystems zu erkennen sowie die regellose Orientierung der einzelnen Fasern und
die Verflechtung der Holzzellulose-Fasern mit den Mikrofasern sowie die Unterschiede
in den jeweiligen Faser-Durchmessern. Fig. 7 zeigt in stärkerer Vergrößerung nochmals
die Verflechtung der Holzzellulose-Fasern mit Mikrofasern sowie die relativen Faser-Abmessungen
und die erheblichen Lufträume innerhalb des Materials. In noch stärkerer Vergrößerung
verdeutlicht Fig. 8 einen Teil einer Holzzellulose-Faser, die mit zahlreichen Mikrofasern
verflochten ist. Dabei ist für die Mikrofasern eine Durchmesser-Variation erkennbar,
die im Bereich von 3 - zum typisch ist. Eine Bindung zwischen den einzelnen Mikrofasern
innerhalb des Materials ist nicht extensiv, kann aber auftreten, wie dies am Beispiel
einer Faser von etwa 14m Durchmesser und einer Faser von etwa 5om Durchmesser erkennbar
ist. Ein solcher Typ einer Bindung ist in bauschigen Materialien von geringer Dichte
ziemlich selten, und tatsächlich dürfte der Zusammenhalt des Vliesmaterials vorwiegend
auf die außerordentlich starke physikalische Verflechtung der Holzzellulose-Fasern
mit den Mikrofasern zurückgehen. Ein Beweis für eine Bindung der Mikrofasern mit
den Holzzellulose-Fasern wurde nicht gefunden, und die Tatsache, da8 diese beiden
Faserarten nicht miteinander verbunden sind, trägt offensichtlich zu der großen
Weichheit, Flexibilität und Drapierfähigkeit des Vliesmaterials bei.
-
Infolge der homogenen Zusammensetzung sowohl der Oberflächenbereiche
als auch der innenliegenden Bereiche des Vliesmaterials treten die Eigenschaften
der synthetischen Mikro fasern und auch der darin verflochtenen Holzzellstoff-Fasern
zutage.
-
Beispielsweise wird selbst bei größeren Gehalten an Holzzellulose
-Fasern
durch die an der Oberfläche liegenden Mikrofasern, die eine geringe Oberflächenenergie
besitzen, die Benetzbarkeit des Vliesmaterials begrenzt. Die in dem Vliesmaterial
enthaltenen Mikro fasern machen es infolge ihrer thermoplastischen Natur auch möglich,
daß das Vliesmaterial durch Kalanderung, Punktbindung, Lamination oder entsprechende
Operationen mit anderen thermoplastischen Bahnen oder Filmen verbunden und modifiziert
werden kann.
-
In den Figuren 9 bis 11 sind Mikrofotografien gezeigt, die ebenso
wie die Mikrofotografien gemäß den Figuren 6 bis 8 mit einem Abtast-Elektronenmikroskop
hergestellt wurden. Das im Falle der Figuren 9 bis 11 zugrunde liegende Vliesmaterial
war wiederum in der im Beispiel 8 beschriebenen Weise hergestellt, enthielt jedoch
48,5% Weichholzzellulose-Fasern (Longlac-18) und 51,5% schmelzgeblasene Polypropylen-Mikrofasern
(Exxon-Harz CD-392). Die Herstellung der Mikrofasern erfolgte bei einer Lufttemperatur
von 3710C, einer Polymer-Temperatur von 3520C, einer Extrusionsrate von 0,28 g/min
pro Düsenöffnung und einem Verhältnis der Strömungsraten von Primärluft zur polymeren
Masse von 85:1. Das so hergestellte Vliesmaterial wurde noch zusätzlich durch Ultraschall-Prägung
verfestigt, und zwar unter Verwendung einer Amboss-Walze, die das in den Figuren
3 und 4 gezeigte Prägemuster ergab. Aus Figuren 9 und 10 ist die starke Verflechtung
der Mikrofasern mit den Holzzellstoff-Fasern in den etwas verdichteten, aber ungebundenen
Bereichen des Vliesmaterials zu erkennen. Die Fig. 11 zeigt einen "gebundenen" Bereich,
der durch intensivere Prägung entstanden ist und einem der Prägebereiche 43 in Fig.
4 entspricht. In diesem Prägebereich ist die Faserstruktur der Mikrofasern verloren
gegangen, und es ist ein mehr filmartiges Gebilde entstanden, welches die Holzzellstoff-Fasern
stärker festhält. Wenn das Vliesmaterial in dieser Weise geprägt wird, zeigt es
typischerweise eine erhöhte
Zugfestigkeit und Dichte. Zugleich
nimmt die Saugfähigkeit gegenüber Flüssigkeiten ab, aber es erhöht sich die Fähigkeit,
Flüssigkeiten nach Art eines Dochtes zu transportieren.
-
Da die Mikrofasern hydrophob und gegenüber Wasser unempfindlich sind,
geben sie dem Vliesmaterial eine gute Stabilität in Wasser und wässrigen Medien.
Weiterhin erhöhen die Mikrofasern, insbesondere wenn sie Polyolefine sind, die Saugfähigkeit
des Materials für o1 und Lösungsmittel. Der Einbau der Holzzellstoff Fasern in eine
Matrix aus Mikrofasern ergibt im übrigen eine offenere, bauschigere Struktur des
Vliesmaterials. Der Zusammenhalt des Vliesmaterials ist infolge der starken Verflechtung
der Holzzellstoff-Fasern mit den Mikrofasern in allen Fällen ausgesprochen gut,
und das gleiche gilt auch für die Abriebfestigkeit. Kein zusätzliches Bindemittel
ist nötig, um die Struktur des Vliesmaterials zu stabilisieren, aber natürlich können,
falls gewünscht, zusätzliche Bindemittel durchaus verwendet werden.
-
Beispiel ii Es wurden fünf Serien A - E aus jeweils sieben unterschiedlichen
Proben untersucht. Diese fünf mal sieben Proben sind im einzelnen in der beigefügten
Tabelle I identifiziert, und es ist zu erkennen, daß sie einen breiten Bereich für
den Gehalt des Vliesmaterials an Mikrofasern abdecken. Die Mikrofasern wurden aus
Polypropylen (Hercules PC 973) hergestellt, wobei die Extrusionsbedingungen in der
Tabelle I angegeben sind. In jedem Fall lag die Geschwindigkeit des Primärluftstromes
unterhalb der Schallgeschwindigkeit, nämlich im Bereich von etwa 250 - 425 m/sec.
Die Temperatur des Primärluftstromes betrug
konstant 3520C. Der
Sekundärluftstrom wurde erzeugt durch Zerfaserung von Zellstoff-Pappe (Rayfloc XJ,
das ist Kiefernholzzellstoff mit einer durchschnittlichen Faserlänge von etwa 3
mm) unter Verwendung einer Strömungsrate des Gases von etwa 655 kg/h und einer Anfangsgeschwindigkeit
von etwa 24 m/sec.
-
Das Vliesmaterial wurde auf der als Sieb ausgebildeten Oberfläche
einer einzigen Vakuum- Walze gesammelt, die 12 cm von der Düsenoberfläche entfernt
war.
-
Die Eigenschaften des so hergestellten Vliesmaterials sind in der
beigefügten Tabelle II zusammengefaßt. Zugleich sind in der Tabelle II noch die
Eigenschaften eines vollständig aus trocken abgelegten Rayfloc-Fasern bestehenden
Materials mit angegeben. Die Daten der Tabelle II lassen den starken Einfluß erkennen,
den die Mikrofasern im Bereich von 7-31% Mikrofaser-Gehalt auf die Reißlänge, die
Wasser-Saugfähigkeit sowie das entlastete spezifische Volumen ausüben. Beispielsweise
wird bei dem nur aus Holzzellstoff-Fasern bestehenden Material nach der Belastung
nur weniger als 50% des spezifischen Volumens zurückgewonnen, während selbst bei
dem schlechtesten der auch noch die Mikrofasern enthaltenden Misch-Materialien mehr
als 60% des spezifischen Volumens und bei den meisten Proben sogar mehr als 80%
des spezifischen Volumens nach Belastung wieder zurückgewonnen werden kann. Hinsichtlich
l.r Wasser-Saugfähigkeit ergibt sich schon bei einem Mikrofaer-Gehalt von 7% gegenüber
dem keine Mikrofasern enthaltenden Material eine außerordentlich ausgeprägte Steigerung.
Dadurch wird das die Mikrofasern enthaltende Material sehr attraktiv für die Herstellung
von Windeln, Monatsbinden und Tampons, wobei die geringen Herstellungskosten für
den auf diesem Gebiet sehr hart umkämpften Markt ein ganz besonders wichtiger Zusatz-Vorteil
sind.
-
Die vorangehenden Ausführungen hinsichtlich des günstigen Einflusses
schon von kleinen Gehalten an Mikrofasern gelten auch für Gehalte unterhalb von
7%, die in der Tabelle II mit erfaßt sind. Umgekehrt können, falls das Vliesmaterial
einen etwas stärkeren Zusammenhalt haben soll, Mikrofaser-Gehalte von 40 - 60% verwendet
werden. Die Saugfähigkeit-Werte bleiben in diesem Bereich noch ausreichend attraktiv
und hoch, obgleich die Mikrofasern hydrophob sind.
-
Wie erwartet werden konnte, nehmen die Werte für die Reißlänge mit
zunehmendem Gehalt an Mikrofasern zu. Es tritt jedoch ein unerwarteter und kommerziell
sehr wichtiger Sprung in den Werten für die Reißlänge bei Mikrofaser-Gehalten von
nur 3% und sogar hinunter zu nur 1% auf. Dies bedeutet, daß ein zu 99% aus Holzzellulose-Fasern
bestehendes Vliesmaterial ohne Anwendung komplizierter und anspruchsvoller Techniken
zusammengesetzt, befördert und mechanisch verarbeitet werden kann.
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Außerdem können auf diese Weise Absorptions-Polster mit wesentlich
verbessertem Zusammenhalt z.B. zur Verwendung in Windeln hergestellt werden, ohne
daß Bindemittel oder spezielle Stabilisierungs-Techniken nötig sind.
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Beispiel 12: Zwei Proben mit einem Gehalt von 1,5% bzw. 3% an Mikrofasern
wurden in der gleichen Weise hergestellt wie die Proben gemäß Beispiel 11, wobei
jedoch die Strömungsraten und die Temperaturen in der Stufe der Herstellung der
Mikro fasern etwas geringer war. Die entsprechenden Werte sind in der Zeile F mit
in die Tabelle I aufgenommen. Entsprechend finden sich die ermittelten Meßwerte
mit in der Tabelle II.
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Die Fig. 12 bis 15 veranschaulichen in Form graphischer Darstellungen
einige der Eigenschaften, die bei den Proben gemäß den Beispielen 11 und 12 ermittelt
wurden. In den Fig. 12 bis 14 gibt die Abszisse dabei den ansteigenden Gehalt an
Mikrofasern an, während in Fig. 15 die Abszisse den ansteigenden Gehalt an Holzzellstoff-Fasern
darstellt.
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In der Fig. 12, die sich auf das spezifische Volumen bezieht, stehen
die Kurve 100 für das ursprüngliche spezifische Volumen, die Kurve 101 für das belastete
spezifische Volumen und die Kurve 102 für das entlastete spezifische Volumen. Dabei
ist zu erkennen, daß das entlastete spezifische Volumen schon bei geringsten Gehalten
an Mikrofasern drastisch ansteigt und auch schon bei diesen geringsten Mikrofaser-Gehalten
stets oberhalb 25 cm3/g liegt. Dieser Effekt wird weiterhin demonstriert durch die
Daten des Beispiels 12, die in die Fig. 12 nicht mit aufgenommen sind.
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Die Fig. 13 gibt die Daten der Wasser-Saugfähigkeit für alle fünf
Serien gemäß Beispiel 11 sowie die beiden Proben gemäß Beispiel 12 wieder. Da alle
Meßwerte verhältnismäßig eng beieinander liegen,wurde nur eine einzige Kurve gezogen.
Es ist zu erkennen, daß schon bei dem geringsten Mikrofaser-Gehalt von nur 1,5%
eine drastische Zunahme der Saugfähigkeit eintritt, und daß bis zu einem Mikrofaser-Gehalt
von etwa 50% der Saugfähigkeits-Wert oberhalb des Wertes für das nur aus Holzzellulose-Fasern
bestehende Material bleibt. Bei Mikrofaser-Gehalten von 30% und darüber ist die
Saugfähigkeit größer als 30 minus dem 0,25-fachen des prozentualen Mikrofaser-Gehaltes.
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In Fig. 14 ist die Fussel-Zahl für die Proben der Serie A gemäß Beispiel
11 aufgetragen. Die Kurve veranschaulicht die durch die Mikrofasern bewirkte, außerordentlich
starke Verbesserung
im Zusammenhalt des Vliesmaterials, wobei
zu berücksichtigen ist, daß bei einem nur aus Holzzellulose-Fasern bestehenden Material
der Zusammenhalt so schlecht ist, daß die Fussel-Zahl mit der weiter vorn angegebenen
Meßmethode nicht ermittelt werden konnte. Praktisch geht die Kurve also an der Ordinate
gegen unendlich. Die Fussel-Zahl ist geringer als 600 minus dem 5,5-fachen des prozentualen
Mikrofaser-Gehaltes.
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In Fig. 15 ist für die Proben der Serie A gemäß Beispiel 11 die Reißlänge
graphisch veranschaulicht. Es ist zu erkennen, daß die Reißlänge sowohl in Maschinenrichtung
als auch quer zur Maschinenrichtung mit zunehmendem Gehalt an Mikrofasern stetig
ansteigt. Selbst bei Zellulosefaser-Gehalten von oberhalb 90% liegt die Reißlänge
noch bei mindestens 5 m, was bedeutet, daß eine aus dem Vliesmaterial bestehende
Bahn ohne Gefahr eines Reißens über eine freie Spanne von 5 m transportiert werden
kann.
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T A B E L L E I Extruder Primärluft Sekundärluft Proben Polymer Temp.
Mengen- Temp. Geschwin- Geschwin- Mengen- 1 2 3 4 5 6 7 SERIE kg/h °C strom °C digkeit
digkeit strom Mikrofaser-Gehalt in Gew.
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kg/h m/sec m/sec kg/h % A (1-7) 6,2 336 142 352 253 23,5 654 7 9
12 19 41 70 100 B (1-7) 6,2 336 198 352 343 23,5 654 7 9 12 19 41 70 100 C (1-7)
13,3 340 198 352 343 23,5 654 14 17 22 33 59 83 100 D (1-7) 20,4 336 198 352 343
23,5 654 19 24 31 42 69 88 100 E (1-7) 20,4 336 258 352 424 23,5 654 19 24 31 42
69 88 100 F (1+2) 1,3 288 198 301 343 23,5 654 1.5 3.0
T A B E
L L E II Proben (nach steigenden Gehalten an Mikrofasern geordnet) F 1 F 2 A 1 B
1 A 2 B 2 A 3 B 3 C 1 C 2 A 4 B 4 Mikrofaser-Gehalt in Gew.% 0 1,5 3,0 7 7 9 9 12
12 14 17 19 19 Spezifisches Volumen in cm³/g ursprünglich 47 49 54 41 38 34 34 43
35 45 36 36 33 belastet 12 18 17 11 16 13 14 14 15 16 16 13 13 entlastet 23 40 42
37 36 34 34 38 35 37 33 34 32 Saugfähigkeit in g/g 14¹) 21,1 21,0 21,51 21,57 20,46
22.09 21.80 21,30 -³) 20,20 21,70 21,13 Fussel-Zahl -²) -³) -³) 272 179 305 119
216 152 224 338 306 147 Reisslänge in m Maschinenrichtung Keine 6,5 13,2 15,9 19,5
15,2 23,4 25,8 26,7 26,6 29,7 53,3 37,5 Querrichtung Keine 10,2 28,8 12,9 16,0 14,7
37,4 25,1 52,3 44,5 32,5 47,6 69,2 1) Gemessen durch Auflage der Probe auf ein Tragsieb,
da das Material in sich keinen Zusammenhalt besaß 2) Wert war wegen des geringen
Zusammenhaltes des Materials nicht messbar 3) Wert wurde nicht ermittelt
T
A B E L L E II Proben (nach steigenden Gehalten an Mikrofasern geordnet) D 1 E 1
C 3 D 2 E 2 D 3 E 3 C 4 A 5 B 5 D 4 E 4 Mikrofaser-Gehalt in Gew. % 19 19 22 24
24 31 31 33 41 41 42 42 Spezifisches Volumen in cm³/g ursprünglich 34 29 44 31 30
30 34 39 30 32 27 26 belastet 18 16 15 16 16 12 17 15 13 14 14 15 entlastet 32 31
40 30 29 19 32 36 29 32 27 25 Saugfähigkeit in g/g 21,85 20,99 25,27 20,83 20,90
20,24 21,26 -³) 19,00 15,21 16,76 18,52 Fussel-Zahl 245 228 233 202 115 128 208
155 149 75 162 184 Reisslänge in m 3) Wert wurde nicht ermittelt
T
A B E L L E II Proben (nach steigenden Gehalten an Mikrofasern geordent) C 5 D 5
E 5 A 6 B 6 C 6 D 6 E 6 A 7 B 7 C 7 D 7 E 7 Mikrofaser-Gehalt in Gew. % 59 69 69
70 70 83 88 88 100 100 100 100 100 Spezifisches Volumen in cm²/g ursprünglich 26
17 18 24 25 15 9 10 16 16 8 6 6 belastet 13 11 11 11 12 9 6 7 9 8 5 3 3 entlastet
25 17 17 21 25 14 8 10 15 14 8 5 5 Saugfähigkeit in g/g 19,16 11,29 12,71 15,76
14,13 - ³) 5,37 5,25 6,29 3,94 4,60 2,16 2,45 Fussel-Zahl 110 82 54 182 52 29 23
42 24 17 23 22 69 Reiselänge in m Maschinenrichtung 185,2 413,5 417,6 250,5 266,3
527,2 896,2 856,5 573,4 602,1 929,5 1311 1102 Querrichtung 176,8 257,4 283,3 202,5
173,6 321,1 554,3 456,8 277,2 482,8 410,6 637,4 492,7 3) Wert wurde nicht ermittelt
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