DE3437337A1

DE3437337A1 - Gasdurchlaessige zusammengesetzte struktur

Info

Publication number: DE3437337A1
Application number: DE19843437337
Authority: DE
Inventors: Joseph G. Dr. Thompson Conn. Adiletta
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1983-10-14
Filing date: 1984-10-11
Publication date: 1985-05-02
Also published as: GB8425855D0; GB2147849A; CA1268912A; GB2147849B; DE3437337C2; US4508775A

Description

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HOEGER, STBLLRECHX¹A^aSTNER 3437337

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c ■ D 7000 STUTTGART 1

A 46 343 b Anmelder: Pail Corporation

k - 176 30 Sea Cliff Avenue

9. Oktober 1984 Glen Cove, N.Y. 11542

U.S.A.

Gasdurchlässige zusammengesetzte Struktur

Die Erfindung befasst sich mit gasdurchlässigen, zusammengesetzten Strukturen und daraus hergestellten Artikeln, die zur Verwendung als Schutzbekleidung, Stoffe, Filter und dergleichen geeignet sind. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit flexiblen, mikroporösen, wasserabweisenden, ölabweisenden, anorganischen, mit Mikrofasern verstärkten Strukturen, die für derartige Anwendungen geeignet sind. Es gibt eine Reihe von Anwendungen, bei denen ein flexibles, gasdurchlässiges Material,welches außerdem wasser- und ölabweisend ist, nützlich ist. Beispielsweise bei der Säuberung von Deponien für chemische Abfälle, was heutzutage ein wichtiges Problem in unserem Lande darstellt, besteht ein Bedarf an Schutzbekleidung, welche erstens keine wasser- und ölhaltigen Stoffe bzw. Gemische hindurchtreten lässt und zweitens gasdurchlässig ist, so daß Luft und Wasserdampf passieren können, so daß vom Körper Luft und Feuchtigkeit (Schweiß) durch das Material in die Atmosphäre austreten kann. Bei dieser Art von Verwendung

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ist auch die Widerstandsfähigkeit gegen Detergenzien und Lösungsmittel wertvoll, da die Art der Stoffe, die bei den Aufräumungsarbeiten angetroffen werden, nicht immer bekannt ist. Außerdem sorgt der Bedarf an Schutzbekleidung und Zelten für Militärpersonal, welches im Felde schädlichen Aerosolen auf öl- und Wasserbasis ausgesetzt sein kann, für einen zusätzlichen Anreiz für die Entwicklung von leichten, flexiblen bzw. geschmeidigen, mikroporösen (und damit gasdurchlässigen) wasser- und ölabweisenden Strukturen, welche zugeschnitten werden können, um Schutzstoffe zu bilden, die in der Form von Abdeckungen im Felde verwendet werden können, beispielsweise als Zelte, als Abdeckplanen für Fahrzeuge und dergleichen.

Die vorliegende Erfindung ist auf zusammengesetzte Strukturen gerichtet, welche die gewünschten Eigenschaften für solche Anwendungen besitzen.

Gemäß der Erfindung wird eine flexible, mikroporöse, wasser- und ölabweisende, verstärkte, zusammengesetzte folienartige Struktur geschaffen, welche umfasst: erstens von etwa 25 bis etwa 75 Gewichtsteile anorganische, verstärkende Mikrofasern und zweitens von etwa 75 bis etwa 25 Gewichtsteile eines polymeren Bindemittels in Form einer kontinuierlichen Matrix, welche aus einer Emulsion bzw. einem Latex des Bindemittels abgeleitet wird, in der die Partikel des polymeren Bindemittels eine Größe von weniger als etwa 1 μπι besitzen, wobei das Bindemittel und die Mikrofasern in

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der zusammengesetzten Struktur in einer Gesamtmenge von 100 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht des Matrixmaterials und der Mikrofasern, vorhanden sind. Außerdem ist auch ein wasserabweisendes, ölabweisendes Behandlungsmittel in einer Menge vorhanden, die ausreicht, um die zusammengesetzte Struktur sowohl wasserabweisend als auch ölabweisend zu machen. Die zusammengesetzte Struktur ist mikroporös mit Porengrößen von etwa 30 um oder kleiner, vorzugsweise 10 um oder kleiner, und insbesondere in der Größenordnung von etwa 2 um, obwohl für einige Anwendungen so kleine Porengrößen wie Größen von 0,1 um wünschenswert sein können. Die Strukturen haben eine solche Porosität, daß sich eine Luftdurchlässigkeit von etwa 3,05 bis 30.500 l/m², vorzugsweise von etwa 30,5 bis 6093 l/m² pro Minute bei einem Druck von etwa 1,27 mbar und einer Temperatur von 20⁰C ergibt.

Verschiedene Kombinationen von zusammengesetzten Strukturen gemäß der Erfindung mit verschiedenen anderen Materialien sind in Betracht zu ziehen. Beispielsweise umfasst eine bevorzugte Kombination 1 . eine äußere Schicht aus Stoff, die an einer Seite von 2. einer Zwischenschicht der erfindungsgemäßen zusammengesetzten Struktur festgelegt ist. während die andere Seite dieser Zwischenschicht an 3. einer Seite einer Aktivkohle-Auskleidung festgelegt ist, wobei die andere Seite der Aktivkohle-Auskleidung an viertens an einem inneren auskleidenden Stoff oder einer anderen Schicht einer

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zusammengesetzten Struktur gemäß der Erfindung festgelegt ist.

Die zusammengesetzte Struktur gemäß der Erfindung besteht aus einer Mischung anorganischer verstärkender Mikrofasern und eines polymeren Bindemittels in der Form einer kontinuierlichen Matrix des Bindemittels, welche durch die anorganischen Fasern verstärkt ist, wobei die so erhaltene Struktur sowohl porös als auch flexibel und anschmiegsam ist. Die zusammengesetzte Struktur hat insofern folienartige Eigenschaften, als sie eine kontinuierliche Matrix des Bindemittels in der Form einer dünnen porösen Membran darstellt, in die die anorganischen Mikrofasern eingebettet sind. Dies steht im Kontrast zu konventionellen Matten mit anorganischen Fasern, bei denen ein Kunstharz-Bindemittel dazu verwendet wird, die Fasern an ihren Kreuzungspunkten zu verkleben. Dieser Unterschied verleiht in Verbindung mit der Verwendung einer Emulsion bzw. eines Latex, welche bzw. welcher Bindemittel-Partikel mit einer Größe von weniger als etwa 1 μπι, vorzugsweise von weniger als etwa 0,3 μπι enthält, den zusammengesetzten Strukturen gemäß der Erfindung ihre erwünschte Eigenschaft.

Für gewisse Anwendungen, beispielsweise bei Verwendung als Schicht auf einer Schale bzw. einem Mantel oder auf einem äußeren Stoff und bei der Verwendung als Schutzbekleidung hat das Material vorzugsweise stoffartige

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Eigenschaften, indem es nicht nur flexibel bzw. anschmiegsam ist, sondern auch ähnlich wie Tuch drapiert werden kann, d.h. in losen Falten fällt. Die verstärkenden anorganischen Mikrofasern sind in der folien-' artigen zusammengesetzten Struktur in einer Menge in dem Bereich von etwa 25 bis etwa 75 Gewichtsteilen, vorzugsweise von etwa 40 bis etwa 70 Gewichtsteilen, und insbesondere von etwa 60 bis 67 Gewichtsteilen vorhanden, während das Bindemittel in einer Menge von etwa 75 bis etwa 25 Gewichtsteilen, vorzugsweise von etwa 60 bis etwa 30 Gewichtsteilen, und insbesondere in einer Menge von etwa 40 bis etwa 33 Gewichtsteilen vorhanden ist (wobei das Bindemittel und die anorganischen Mikrofasern in der zusammengesetzten Struktur in einer Gesamtmenge von 100 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels und der Mikrofasern vorhanden sind).

Die anorganischen Mikrofasern werden in Form von Mikrofaser-Stapelfasern verwendet. Glas-Mikrofasern, welche erfindungsgemäß verwendet werden, haben eine mittlere Länge in dem Bereich von etwa 50 bis etwa 3000 um und Durchmesser in dem Bereich von etwa 0,4 bis etwa 4,0 μΐη, vorzugsweise in dem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 2,0 μπι, und insbesondere in dem Bereich von etwa 0,4 bis etwa 1,2 um. Das Längen-(zu Durchmesser)Verhältnis der Glasfasern liegt im allgemeinen in dem Bereich von etwa 20:1 bis 1000:1 und vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 100:1. Glas-Mikrofasern dieser Art sind von

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der Firma Johns Manville Corporation in verschiedenen "Graden"· erhältlich. Beispielsweise entspricht der Grad 106 einem Nenndurchmesser von 0,6 μπι bei einer Toleranzbreite von 0,54 bis 0,68 μπι. Der Grad 104 entspricht einem Nenndurchmesser von 0,45 μπι bei einer Streuung von 0,40 bis 0,55 μπι. Der Grad 108A entspricht einem Nenndurchmesser von 0,9 μπι bei einem Streubereich von 0,69 bis 1,1 μπι,und der Grad 112 entspricht einem Durchmesser von 3 μπι bei einem Toleranzbereich von 2,6 bis 3,8 μπι. Mischungen von Glasfasern unterschiedlichen Grades können ebenfalls verwendet werden, um eine breitere Größen- bzw. Durchmesserverteilung zu erreichen als sie bei Fasern eines einzigen Grades möglich ist.

Andere anorganische Mikrofasern,beispielsweise aus Metall, Aluminiumoxid oder Kaliumtitanat können ebenfalls verwendet werden, werden jedoch weniger bevorzugt. Mischungen anorganischer Mikrofasern, beispielsweise aus Glas und Kaliumtitanat, können auch verwendet werden. Solche Mischungen sind bei Anwendungen wünschenswert, wo eine geringere Durchlässigkeit erwünscht ist, da Kaliumtitanat-Fasern im allgemeinen feiner als Glasfasern sind. Die Kaliumtitanat-Fasern haben vorzugsweise Durchmesser in dem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5 μπι bei einem bevorzugten Längenverhältnis von etwa 50:1. Vorzugsweise liegt die Länge dieser Fasern in dem Bereich von etwa 5 bis etwa 25 μπι. Eine bevorzugte Mischung besteht aus etwa 80 Gew.-% Glas-Mikrofasern und etwa 20 Gew.-% Kaliumtitanat-Mikrofasern.

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Das Bindemittel muß die folgenden Eigenschaften haben. Es muß (a) die Mikrofasern an ihrer Stelle halten bzw. einbinden, d.h. für eine strukturelle Integrität des thermischen Isolationsteils der zusammengesetzten Struktur gemäß der Erfindung sorgen. Außerdem muß das Bindemittel (b) bei Kombination mit den Mikrofasern eine Struktur bilden, welche porös und anschmiegsam bzw. flexibel ist, so daß die zusammengesetzte Struktur für solche Zwecke wie die Herstellung von Bekleidungsstücken verwendet werden kann, wo die Biegsamkeit bzw. Flexibilität im Gebrauch wichtig ist und wo eine Atmungsaktivität des Materials gefordert! wird. Damit sich die erforderliche Porosität bzw. Gasdurchlässigkeit des Materials ergibt, die einen Luftaustausch zwischen dem Körper eines Benutzers und der Atmosphäre ermöglicht, wird das Bindemittel mit den Mikrofasern in der Weise gemischt, daß man eine Schlämme oder Dispersion des Bindemittels herstellt, in dem das Bindemittel in Form von Partikeln vorhanden ist (vorzugsweise wird eine Emulsion bzw. ein Latex verwendet), wobei die Größe der Bindemittelpartikel kleiner als etwa 1 μπι und vorzugsweise kleiner als etwa 0,5 μπι ist. In dieser Form wird das Bindemittel mit den Mikrofasern gemischt. Das Bindemittel sollte in vielen Anwendungsfällen schwer entflammbar und bei den im Feld angetroffenen Temperaturen stabil sein, d.h. bei Temperaturen, die von Minus-Temperaturen überdie gewöhnlichen Umgebungstemperaturen bis zu Temperaturen von etwa 5O⁰C reichen.

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Ein bevorzugtes Bindemittel ist insbesondere dann, wenn ein schwer entflammbares Material gefordert wird, ein Hetero-Polymer aus einem Vinylchlorid-Monomer und Ethylen, vorzugsweise ein Ethylenvinylchloridacrylamidtherpolymer. Materialien dieser Art werden unter dem Warenzeichen AIR-FLEX von der Firma Air Products and Chemicals, Inc. in den Handel gebracht. Besonders bevorzugt wird dabei AIRFLEX 4500, ein Ethylenvinylchloridterpolymer mit Amiden als funktionellen Gruppen als Form einer Emulsion. Der Feststoffgehalt dieser Emulsion beträgt mindestens etwa 50 Gew.-%, und die mittlere Partikelgröße beträgt etwa 0,12 μπι.

Andere bevorzugte Bindemittel, insbesondere zur Herstellung von zusammengesetzten Strukturen für Kleidungsstücke - bei denen ein hohes Nivea an Temperaturbeständigkeit und schwerer Entflammbarkeit nicht kritisch ist - sind Ethylenvinylacetatcopolymer-Emulsionen. Derartige Materialien sind einigermaßen ausführlich in einem Artikel der Zeitschrift "Paint Manufacture", September 1968, mit dem Titel "Vinyl Acetate/Ethylene Emulsion Copolymers" beschrieben. Ein bevorzugtes Copolymer dieses Typs ist das Produkt 100 HS/EVA, welches von der Firma Air Products and Chemicals, Inc. in den Handel gebracht wird. Dieses Produkt ist ein Ethylenvinylacetatcopolymer in Form einer Emulsion mit einer mittleren Partikelgröße von weniger als 1 um und einer niedrigen/Aushärttemperatur.

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Die zusammengesetzte Struktur gemäß der Erfindung wird vorzugsweise nach dem nachfolgend allgemein beschriebenen Verfahren hergestellt.

Die Fasern werden unter Umgebungsbedingungen mit Wasser gemischt, um eine Dispersion oder Schlämme herzustellen. (Wenn Glas-Mikrofasern verwendet werden, dann wird der pH-Wert des Wassers vor der Zugabe der Mikrofasern auf einen sauren pH-Wert von vorzugsweise etwa 5 eingestellt, obwohl auch pH-Werte in dem Bereich zwischen etwa 3 und etwa 11 benutzt werden können.)

Nach dem Umrühren zum Herstellen einer Schlämme oder Dispersion der Fasern wird das Bindemittel als Emulsion oder Latex zugesetzt. Die dabei erhaltene Mischung hat (a) einen Feststoffgehalt von etwa 0,5 bis etwa 20 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,5 bis etwa 10 Gew.-%, und insbesondere von etwa 2 Gew.-%, und Cb) eine Viskosität in dem Bereich von etwa 1 bis etwa 100 cP - bei Umgebungsbedingungen - vorzugsweise weniger als etwa 30 cP und wird dann für einen längeren Zeitraum durchmischt, vorzugsweise für etwa 20 bis etwa 60 Minuten, um eine gleichmäßige Schlämme zu bilden. Die Schlämme wird dann zu einem Flachmaterial bzw. einem blattförmigen Material ausgegossen bzw. ausgebreitet, wobei sie auf eine offenzellige Unterlage aufgebracht wird, so das Wasser entfernt wird. Jede brauchbare Vorrichtung, insbesondere eine Vorrichtung, wie sie bei der Papierherstellung verwendet wird, wie z.B. eine Kopfbox, um die Dispersion der Fasern und des polymeren Bindemittels auf den

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porösen Träger aufzugießen bzw. auf diesem auszubreiten, kann verwendet werden. Nach dem Entfernen des Wasser, was typischerweise durch Abtropfen und anschließende Anwendung eines Unterdrucks erfolgt, wird die so gebildete Struktur getrocknet, und das Bindemittels wird ausgehärtet. Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann die zusammengesetzte Struktur gemäß der Erfindung hergestellt werden, indem man die Schlämme direkt auf eine Lage Tuch oder dergleichen gießt, die (später) einen Teil der fertigen Struktur bildet, beispielsweise auf einen schweren Baumwollstoff oder auf einen grob gewebten, der Verstärkung dienenden Stoff, beispielsweise aus verwebten Glasfilamenten.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der zusammengesetzten Struktur mit den erfindungsgemäß bevorzugten Fasern, d.h. mit Glas-Mikrofasern, umfasst die folgenden Schritte:

1. Es werden etwa 1000 Teile Wasser in einen Tank eingefüllt, und der pH-Wert des Wassers wird mit einer organischen oder anorganischen Säure,beispielsweise mit Schwefelsäure auf etwa 5 eingestellt.

2. Eine Mischung aus (a) Glas-Mikrofasern mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,1 und 1,2 μια und mit einem Längenverhältnis von etwa 100:1 und (b) Kaliumtitanatfasern mit Durchmessern zwischen etwa 0,1 und 0,5 μΐη und Längenverhältnissen in der Größenordnung von etwa 50:1 werden in einem Gewichtsverhältnis von Glasfasern

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zu Kaliumtitanat-Fasern von etwa 4:1 in dem Wassertank dispergiert, und zwar in einer solchen Menge, daß etwa 1 Teil der anorganischen Mikrofasern auf etwa 1000 Gewichtsteile des Wassers vorhanden ist. Die anorganischen Mikrofasern werden in dem Wasser durch Umrühren bei Umgebungsbedingungen dispergiert.

3. Dieser Dispersion wird ein Bindemittel in Form einer wässrigen Emulsion zugesetzt, welche 15 Gew.-% von Feststoffen des Kunstharz-Binders enthält. Die Kunstharzbinder-Emulsion wird in einer solchen Menge zugesetzt, daß der Feststoffgehalt der Emulsion, d.h. das Gewicht des Bindemittels, in einer Menge von etwa

1 Gewichtsteil Feststoffe auf 2 Gewichtsteile der anorganischen Mikrofasern vorhanden ist. Das Verhältnis von Feststoffanteil des Kunstharz-Bindemittels zu anorganischen Mikrofasern beträgt also etwa 1:2.

4. Nach dem Umrühren für eine längere Zeit von beispielsweise etwa 40 Minuten zur Erzielung einer gleichmäßigen Dispersion der Bestandteile wird die Dispersion auf eine offenzellige Fläche gegossen bzw. ausgebreitet, wobei man das Wasser zunächst für etwa 2 Sekunden frei abtropfen lässt und dann einen Unterdruck erzeugt. Die dabei erhaltene flache Struktur wird dann bei einer Temperatur von etwa 104 bis 177⁰C, vorzugsweise etwa 149°C, und für ein Zeitintervall von etwa

2 Minuten durch einen Trockner hindurchgeführt. Das dabei erhaltene flexible mikroporöse Folienmaterial,

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d.h. die zusammengesetzte Struktur gemäß der Erfindung, besteht aus einer kontinuierlichen, folienartigen Matrix des Polymer-Bindemittels, welche durch die anorganischen Mikrofasern verstärkt ist. Die Folie kann nunmehr in dieser Form oder in Form eines Laminats aus mehreren Lagen,gegebenenfalls nach einer Behandlung zur Herbeiführung wasserabweisender und ölabweisender Eigenschaften, verwendet werden. Die zusammengesetzte Struktur kann durch eine Nachbehandlung der zunächst hergestellten Folie mit einem geeigneten Behandlungsmittel wasserabweisend und ölabweisend sowie widerstandsfähig gegen Lösungsmittel und Detergenzien gemacht werden. Es besteht auch die Möglichkeit, das Behandlungsmittel den Mikrofasern und dem Bindemittel in der Schlämme zuzusetzen, ehe diese ausgebreitet wird und ehe die Folie fertiggestellt wird. Obwohl hierdurch das Herstellungsverfahren vereinfacht wird, hat es sich gezeigt, daß die Nachbehandlung der fertigen zusammengesetzten Struktur mit einem die Oberflächenspannung modifizierenden Behandlungsmittel zu günstigeren Ergebnissen hinsichtlich der ölabweisung, der Wasserabweisung und der Widerstandsfähigkeit gegen Detergenzien und Lösungsmittel führt. Folglich wird die nachstehend noch näher beschriebene Nachbehandlung bevorzugt.

In der vorliegenden Anmeldung haben die nachfolgend aufgeführten Begriffe die folgende Bedeutung:

Wasserabweisend: Mit wasserabweisend wird ein Material bezeichnet, welches von Wasser nicht benetzt

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wird und in welches das Wasser auch nicht eindringt. Es wurde nach folgendem Prüfverfahren gearbeitet: ein quadratisches Materialstück mit einer Seitenlänge von etwa 12,7 cm wird unter einem Winkel von 45° angeordnet. Man lässt 5 Tropfen Wasser mit einer Pipette aus einer Höhe von etwa 15,2 cm auf die Oberfläche des Materials fallen. Wenn die Wassertropfen von der Oberfläche abrollen und nicht in das Material eindringen oder dieses benetzen, dann wird das Material bzw. die Struktur als wasserabweisend eingestuft.

ölabweisend: Mit diesem Begriff wird die Eigenschaft des Materials bezeichnet, daß es für öl bzw. ölhaltige Flüssigkeiten nicht durchlässig ist und von diesen auch nicht benetzt wird. Die Prüfung erfolgt in derselben Weise wie bei der Prüfung der Wasserabweisung, mit dem Unterschied, daß man anstelle von Wassertropfen 5 Mineralöltropfen auf das Material fallen lässt. Das Material wird als ölabweisend eingestuft, wenn sich die Mineralöltropfen sammeln und die Oberfläche des Materials bzw. der Struktur nicht benetzen und nicht in dieses eindringen.

Widerstandsfähig gegen Detergenzien: Ein Material wird widerstandsfähig gegen Detergenzien bzw. detergenzienfest genannt,wenn es von einem Detergenz bzw. einer Detergenzienlosung nicht benetzt und nicht durchdrungen wird. Man arbeitet wieder mit derselben Prüfanordnung, wobei man 5 Tropfen einer wässrigen

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Detergenz-Zusammensetzung auf den Stoff fallen lässt, beispielsweise ein im Handel von der Firma Atlas Powder Company unter der Handelsbezeichnung "Tween 20" erhältliches Polyoxyethylensorbitanmonolaurat (mit einer Konzentration von 20 Gew.-% in Wasser). Wenn sich das Detergenz sammelt, die Oberfläche der Struktur aber weder benetzt noch durchdringt, dann wird das Material als widerstandsfähig gegen Detergenzien bezeichnet.

Widerstandsfähig gegen Lösungsmittel; Zur Prüfung dieser Eigenschaft lässt man bei der betrachteten Versuchsanordnung 5 Tropfen einer 20-prozentigen Lösung von Isopropylalkohol in Wasser auf das Material tropfen. Wenn sich das Lösungsmittel sammelt und die Oberfläche der Struktur weder benetzt noch durchdringt, dann wird das Material als widerstandsfähig gegen Lösungsmittel bzw. als lösungsmittelfest bezeichnet.

Ein weiterer Test,der üblicherweise ausgeführt wird, um die Widerstandsfähigkeit einer Struktur, wie z.B. eines Stoffes gegenüber einem Testmaterial wie z.B. Wasser, öl einer Detergenz-Komposition oder einem Lösungsmittel festzustellen, ist der sogenannte "Flecken"-Test. Bei diesem Test wird eine kleine Menge der Probe, beispielsweise ein oder zwei Tropfen auf die zu untersuchende Struktur aufgebracht, wobei diese in einer horizontalen Lage gehalten wird. Die Fleckengröße wird dann nach einer vorgegebenen Zeit, beispielsweise nach 30 Sekunden, gemessen. Je größer der Fleck ist, desto

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weniger widerstandsfähig bzw. abweisend ist der untersuchte Stoff für das zu prüfende Testmaterial. Bei den zusammengesetzten Strukturen gemäß der Erfindung breiten sich Tropfen von Wasser, Mineralöl, Detergenz-Gemischen oder Lösungsmitteln während eines Zeitraums von 30 Sekunden nicht aus. Die Tropfen können vielmehr vollständig aufgesaugt werden, beispielsweise mit einem Papierhandtuch, ohne einen Fleck zu hinterlassen. Bei vielen anderen luftdurchlässigen Strukturen, welche behandelt wurden, um sie ölabweisend zu machen, bildet sich dagegen ein Mineralölfleck (oder ein Fleck eines anderen Testmaterials, welches benutzt wird, um die abweisende Wirkung zu untersuchen), welcher nicht vollständig abgetupft werden kann.

Das Behandlungsmittel, welches erfindungsgemäß verwendet wird, um die zusammengesetzten Strukturen öl- und wasser abweisend sowie vorzugsweise detergenz- und lösungsmittelfest zu machen, kann jedes Behandlungsmittel sein, welches dem Material die gemäß dem obigen Test zu überprüfenden gewünschten Eigenschaften verleiht. Die dabei bevorzugten Fluor-Chemikalien können unterschiedliche chemische Strukturen haben. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die US-PS 3,489,148 und die dort in Spalte 4 zitierten weiteren Patentschriften verwiesen. Besonders bevorzugte Behandlungsmittel enthalten perfluorierte Fluor-Chemikalien. Derartige Materialien werden von der Firma Minnesota Mining and Manufacturing Company unter den Handelsbezeichnungen FC-807, FC-809 und FC-824 in den Handel gebracht. Die aktiven Bestand-

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teile in FC-807 und FC-809 sind detailliert im "Federal Register", Band 37, Nr. 96, Seiten 9762 und 9763 beschrieben. Speziell handelt es sich hierbei um Zusammensetzungen auf Flüssigkeitsbasis, welche als aktiven Feststoff mindestens 40% Ammonium-bis-(N-Ethyl-2-Per-Fluoralkylsulfonamidethyl)-Phosphate enthalten, bei denen die Alkylgruppe in mehr als 95% der Fälle 8 Kohlenstoffatome aufweist und bei denen der Fluorgehalt zwischen 50,1 und 52,8 Gew.-% liegt. FC-824 ist ein Perfluoracrylatcopolymer. Diese Behandlungsmaterialien werden vorzugsweise in Form einer verdünnten Mischung aufgebracht, welche beispielsweise 7 Volumenteile Wasser, 0,5 Volumenteile Diethylenglycolmonobutyläther als flüchtiges Netzmittel (dieses Material ist unter dem Warenzeichen BUTYL CARBITOL von der Firma Union Carbide Corporation erhältlich) und 2,5 Volumenteile des fluorchemischen Behandlungsmittels enthält (welches seinerseits typischerweise 40 Gew.-% oder mehr an Feststoffen enthält). Die vorstehend angegebenen 2,5 Volumenteile beziehen sich dabei auf das Gesamtvolumen des fluorchemischen Behandlungsmittels, beispielsweise des FC-824, wie es vom Hersteller erhalten wird. Zur Herstellung der verdünnten Mischung sollten Wasser und n-Butylalkohol vorgemischt werden, wobei dem Gemisch dann das fluorchemische Behandlungsmittel unter Fortsetzung des Mischvorganges langsam zugesetzt wird.

Nachdem die zusammengesetzte Struktur behandelt ist, beispielsweise durch Aufsprühen oder Aufwalzen des ver-

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dünnten Behandlungsmittels auf die Struktur, wird es, vorzugsweise bei etwa 121⁰C, getrocknet.

Die folienartige zusammengesetzte Struktur gemäß vorliegender Erfindung hat eine Dicke zwischen etwa 76 und 508 μπι, vorzugsweise von etwa 127 μπι. Das Material besitzt eine Porosität oder Luftdurchlässigkeit von etwa 3,05 bis etwa 30.500 l/m² pro Minute bei einem Druck von etwa 1,27 mbar und einer Temperatur von 20⁰C. Die erfindungsgemäßen, zusammengesetzten Strukturen bzw. Materialien sind ölabweisend (gemäß der vorstehend gegebenen Definition) und widerstehen Aerosolen auf ölbasis bis zu einem Druck von mindestens etwa 152 mbar. Außerdem sind sie wasserabweisend (im Sinne der obigen Definition) und nehmen beim Eintauchen oder Besprühen bis zu einem Druck von mindestens 352 mbar kein Wasser auf.

Eine zusammengesetzte Struktur gemäß der Erfindung kann als Basismaterial in Verbindung mit verschiedenen anderen Materialien verwendet werden, welche die Eigenschaften weiter verbessern, wenn das erfindungsgemäße Material zur Herstellung von Schutzbekleidung, Stoffen, Filtern und dergleichen verwendet wird. Beispielsweise können mehrere Lagen des erfindungsgemäßen Materials mit einer kohlenstoffhaltigen Schicht, beispielsweise einer Aktivkohle-Auskleidung zu einem Laminat verbunden werden, welches die Fähigkeit hat, schädliche Gase zu absorbieren. Die Kohleschicht für die Absorption der

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schädlichen Gase kann unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann sie aus einem karbonisierten bzw. verkohlten Stoff, aus Kunstharz-gebundenen Kohlenstoffpartikeln, auf einem Tuchträger, aus Kunststoff-gebundenen Kohlenstoffpartikeln, auf einem porösen Schaum, wie z.B. einem Polyurethanschaum oder dergleichen, bestehen. Typischerweise verliert ein Kohlematerial dieser Art seine Wirksamkeit, wenn es naß ist. Da die zusammengesetzte Struktur gemäß der Erfindung wasserabweisend ist,wird die Aktivkohle-Einlage bzw. das Aktivkohle-Futter in der erwünschten Weise gegen Feuchtigkeit geschützt, wie dies nachstehend noch näher erläutert wird.

Die zusammengesetzte Struktur gemäß der Erfindung kann auch mit einer äußeren Schutzschicht aus einem konventionellen Stoffmaterial zu einem Laminat verbunden werden, beispielsweise mit einem schweren Baumwollstoff, der für Abrieb- und Verschleißfestigkeit sorgt und die Unversehrtheit der zusammengesetzten Struktur schützt. Andere Stoffe, wie z.B. Nylon, Polyester oder Polypropylengewebe und Gewebe aus Nylon/Baumwoll-Gemischen können ebenfalls als weitere Schutzschicht verwendet werden. Wenn die zusammengesetzte Struktur bei Schutzbekleidung in Verbindung mit einer Einlage aus Kohlenstoff oder einer anderen Chemikalie verwendet wird, kann es wünschenswert sein, die Einlage gegen die Transpiration des Trägers des Kleidungsstückes zu schützen, indem man mit der Aktivkohle-Einlage auf der gegenüberliegenden Seite der zusammengesetzten Struktur eine

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abriebfeste Schicht als weitere Schicht des Laminats verbindet. Es kann auch eine weitere Schicht der wasser- und ölabweisenden zusammengesetzten Struktur als innere Schutzschicht gegen die Transpiration eingesetzt werden, um die Aktivkohlefüllung oder dergleichen gegen Feuchtigkeit zu schützen.

Verschiedene andere Kombinationen können ebenfalls verwendet werden. Weiter kann die zusammengesetzte Struktur, wie oben angemerkt, dadurch hergestellt werden, daß man eine Schlämme der Mikrofasern und des Bindemittels direkt auf eine Stofflage gießt, deren Oberfläche entsprechend, vorbehandelt, beispielsweise entfettet ist und die dann einstückiger Bestandteil der Struktur wird. Wenn dieses Verfahren angewandt wird, dann wird die Stofflage, auf der die zusammengesetzte Struktur gebildet wird, an ihrer Oberfläche vorzugsweise mit Isopropylalkohol behandelt, um eine Oberfläche zu gewährleisten, die frei von Fett und dergleichen ist, so daß eine starke integrierte Struktur erhalten wird.

Die folgenden Beispiele zeigen die Art, in der die folienartige zusammengesetzte Struktur hergestellt werden kann. Die Beispiele zeigen weiter kombinierte Strukturen, bei denen eine Komponente die zusammengesetzte Struktur gemäß der Erfindung ist. Dabei ist anzumerken, daß die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

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Eine Hülle bzw. Außenschicht aus einem gewebten Stoff mit einem Grundgewicht von etwa 254 g/m², welche aus einem Nylon/Baumwolle-Gemisch bestand, wurde mit einer Schlämme aus Glasfasern mit einem Durchmesser in dem Bereich von etwa 0,4 bis etwa 1,2 μπι. und mit demselben Gewicht an Kaliumtitanat-Fasern mit einem Durchmesser von etwa 0,2 bis 0,5 μπι beschichtet. Die Schlämme enthielt ferner etwa 50 Gew.-% eines Ethylen/Vinylacetat-Copolymers als Bindemittel-Feststoff (bezogen auf das Gewicht, der Fasern). Der Feststoffgehalt der Schlämme setzt sich also wie folgt zusammen: 50 Gewichtsteile Bindemittel-Feststoffe und 100 Gewichtsteile anorganische Fasern. Das Verfahren zur Herstellung der Schlämme war im wesentlichen.das oben beschriebene, bevorzugte Verfahren. Nach der Extraktion des Wassers aus der Schlämme betrug die verbleibende Gesamt-Feststoffmenge etwa 53,8 g/m², was zu einem Gesamtgewicht der beschichteten einstückigen Struktur von etwa 308 g/m² führte. Die auf diese Weise erhaltene zusammengesetzte Struktur hatte eine Dicke von etwa 100 μπι und eine Luftdurchlässigkeit von etwa 79,3 l/m² bei einem Druck von etwa 1,27 mbar bei 2O⁰C. Die mittlere Porengröße betrug 0,5 μπι.

Die so erhaltene zusammengesetzte Struktur wurde mit einer 4-prozentigen Lösung des bevorzugten, oben beschriebenen fluorchemischen Behandlungsmittel imprägniert und dann ausgehärtet, um die wasser- und ölabweisende Struktur gemäß der Erfindung zu erhalten. Die einstückige

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Struktur gemäß dem Ausführungsbeispiel besaß eine hydrostatische Wasserfestigkeit gegen ein Eindringen des Wassers von etwa 0,35 bar und war bei Messung gemäß den vorstehend angegebenen Versuchsbedingungen lösungsmittel- und detergenzienfest.

Industrielle Anwendbarkeit

Die folienartige zusammengesetzte Struktur gemäß der Erfindung kann für verschiedene Zwecke.Anwendung finden, bei denen gasdurchlässige Strukturen,die wasser- und ölabweisend sind, benötigt werden oder nütztlich sein können. Besonders findet das erfindungsgemäße Material Anwendung für Schutzbekleidung für Personen, die mit Aufräumungsarbeiten auf Chemiedeponien beschäftigt sind sowie für Schutzbekleidung und Feld-Schutzeinrichtungen für Militärpersonal, welches gefährlichen Aerosolen auf öl- und Wasserbasis ausgesetzt sein. kann. Das Material findet ferner Verwendung als Filtermaterial zum Entfernen von öl- und wasserhaltigen Substanzen aus Gasen.

Die folienartige zusammengesetzte Struktur gemäß der Erfindung kann beispielsweise mit einem sehr porösen, aus Polyester- oder Polypropylen-Material gewebten Stoff zu einem Laminat verbunden werden und zu schützender Fußbekleidung, wie z.B. Schuhen oder Stiefeln, verarbeitet werden. Das auf diese Weise erhaltene Material besitzt eine Dicke von etwa 1270 bis 1524 μΐη und kann mit einer kohlenstoffhaltigen Einlage- kombiniert werden, welche die Fähigkeit.besitzt, schädliche Gase

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zu adsorbieren. Daher kann es wünschenswert sein, auf die der zusammengesetzten Struktur gegenüberliegende Seite der kohlenstoffhaltigen Einlage als weitere Laminatschicht eine abriebfeste Schicht, beispielsweise einen flexiblen und geschmeidigen gestrickten Stoff auf Polyesterbasis aufzubringen. Auf diese Weise kann im Inneren des Schuhs eine weiche und bequeme Materialschicht vorgesehen werden, welche in Kontakt mit der Haut des Benutzers steht und.nicht scheuert. Ein aus dem genannten Material hergestellter Stiefel ist flexibel und passt sich der Fußform an, er ist .gasdurchlässig und gestattet somit die Transpiration, ist ferner wasser- und ölabweisend sowie lösungsmittelfest und kann beim Aufräumen von Chemiedeponien oder einfach zum Schutz gegen schlechtes Wetter verwendet werden.

Die zusammengesetzte Struktur gemäß der Erfindung kann auch in Kombination mit verschiedenen anderen Materialien als. Bezug für Flugzeugsitzkissen und als Matratzenbezug für .Anstalten und für den Privatgebrauch verwendet werden... Da das Material außerdem unempfindlich gegen Flecken und luftdurchlässig ist, kann es, wenn man ein schwer entflammbares Bindemittel verwendet, als feuerhemmendes Material eingesetzt werden, welches beispielsweise von einer brennenden Zigarette nicht verbrannt wird.

Claims

HOEGER, STE\iJrECRt^:&^: .PARTNER 3437337

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c · D 7OOO STUTTGART 1

A 46 343 b Anmelder: Pail Corporation

kr,176 30 Sea Cliff Avenue

9. Oktober 1984 Glen Cove, N.Y. 11542

Patentansprüche

1. Flexible, mikroporöse, wasser- und ölabweisende, folienartige, zusammengesetzte Struktur, welche umfasst:

1. Von etwa 25 bis etwa 75 Gewichtsteile anorganische, verstärkende Mikrofasern,

2. von etwa 75 bis etwa 25 Gewichtsteile eines polymeren Bindemittels in Form einer kontinuierlichen Matrix, wobei das Bindemittels aus einer Emulsion oder einem Latex aus Partikeln des Bindemittels mit einer Partikelgröße von weniger als etwa 1 μπι in einer Flüssigkeit abgeleitet ist, wobei das Bindemittel und die Mikrofasern in der zusammengesetzten Struktur in einer Gesamtmenge von 100 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels und der Mikrofasern, vorhanden sind, und

3. ein Behandlungsmittel, welches in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um die zusammengesetzte Struktur sowohl wasserabweisend als auch ölabweisend zu machen.

2. Die zusammengesetzte Struktur gemäß Anspruch 1, welche eine Porosität von etwa 3,05 bis etwa 30.500

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Luft pro m² Oberfläche pro Minute bei einem Druck von 1,27 mbar und einer Temperatur von 20⁰C aufweist.

3. Die zusammengesetzte Struktur gemäß Anspruch 2, bei der die anorganischen, verstärkenden Mikrofasern Glas-Mikrofasern umfassen.

4. Die zusammengesetzte Struktur gemäß Anspruch 2, bei der die anorganischen, verstärkenden Mikrofasern eine Mischung von Kaliumtitanat- und Glas-Mikrofasern umfassen.

5. Die zusammengesetzte Struktur gemäß Anspruch 2, bei der das polymere Bindemittel ein Copolymer von Ethylen und Vinylacetat ist.

6. Die zusammengesetzte Struktur gemäß Anspruch 2, bei der das polymere Bindemittel ein Copolymer von Ethylen und Vinylacetat ist und bei der das Copolymer chlorierte Seitenketten hat.

7. Die zusammengesetzte Struktur gemäß Anspruch 2, bei der das polymere Bindemittel von etwa 70 bis etwa 30 Gewichtsteile der zusammengesetzten Struktur umfasst.

8. Die zusammengesetzte Struktur gemäß Anspruch 2, bei der das Behandlungsmittel einen fluorierten Kohlenwasserstoff umfasst.

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9. Die zusammengesetzte Struktur gemäß Anspruch 2, bei der die Porosität in dem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 20 ft³ Luft pro ft² (30,5 bis 6093 1 Luft pro m²) liegt.

10. Die zusammengesetzte Struktur gemäß Anspruch 2, bei der die anorganischen verstärkenden Mikrofasern Glasfasern sind und einen Durchmesser in dem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 2,0 μπι und ein Längen— Verhältnis von etwa 20:1 bis etwa 1000:1 haben.

11. Eine wasser- und ölabweisende Struktur, welche umfasst:

die mikroporöse, wasser- und ölabweisende, folienartige, zusammengesetzte Struktur gemäß Anspruch 2, an der zumindest an einer ihrer Oberflächen ein Trägerstoff festgelegt ist.

12. Die Struktur gemäß Anspruch 11, bei der der Trägerstoff ein Polyester, ein Polyamid, Baumwolle oder Kunstseide ist.

13. Die Struktur gemäß Anspruch 11, bei der die folienartige, zusammengesetzte Struktur einstückig mit dem Trägerstoff ist.

14. Die Struktur gemäß Anspruch 13, bei der der Trägerstoff ein Polyester, ein Polyamid, Baumwolle oder Kunstseide ist.

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15. Die Struktur gemäß Anspruch 11, welche zusätzlich eine Schicht aus einem kohlenstoffhaltigen Material mit Gasadsorptionseigenschaften umfasst.

16. Die Struktur gemäß Anspruch 11, welche zusätzlich eine Schicht aus gewebtem Polypropylen umfasst, die mit der folienartigen, zusammengesetzten Struktur zu einem Laminat verbunden ist.

17. Ein Fußbekleidungsartikel, welcher die wasser-

und ölabweisende Struktur gemäß Anspruch 16 umfasst.

18. Die Struktur gemäß Anspruch 16, bei der das polymere Bindemittel schwer entflammbar ist.

19. Ein Polsterstoff, welcher die wasser- und ölabweisende Struktur gemäß Anspruch 18 umfasst.

20. Eine Matratzenabdeckung, welche die wasser- und ölabweisende Struktur gemäß Anspruch 18 umfasst.

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