DE4021696A1 - Modifizierte naturfaservliese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft modifizierte Naturfaservliese, die insbesondere alternativ zu bekannten Verpackungsmaterialien, wie z. B. Polystyrol, Weichschaumstoff oder anderen Verpackungs­ stoffen, wie Papier, Pappe und Wellpappe verwendbar sind.

Die Aufgabe von Verpackungsmaterialien besteht in erster Linie darin, eine Ware vor äußeren Einflüssen zu schützen. Solche Einflüsse können sowohl mechanischer Art, wie z. B. Stoß, Fall, Druck, Biegung, oder auch physikalisch-chemischer Natur sein, insbesondere Kälte- und Hitzeeinwirkung sowie übermäßige Son­ neneinstrahlung oder Nässe.

Diesen Anforderungen werden am besten Weichschaumstoffe oder auch Polystyrol-Verpackungen gerecht, während die auf nachwach­ senden Rohstoffen basierenden Verpackungen, wie z. B. Papier, Pappe oder Wellpappe, nur einen wesentlich geringeren Schutz gegen Stoß, Druck oder auch Nässeeinwirkung bieten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein alternatives Material aus Naturfasern vorzuschlagen, das sämtliche vorgenannten Aufgaben eines Verpackungsmaterials erfüllt und gleichzeitig auf der Basis von nachwachsenden Rohstoffen herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Naturfaservlies gelöst, welches mittels an sich bekannter Gewebe-Ausrüst­ chemikalien zur Erhöhung der Sprungelastizität des Faserverbun­ des des Vlieses modifiziert ist.

Solche Ausrüstchemikalien sind z. B. bekannt, um Gewebe der ver­ schiedensten Art knitterfest zu machen.

Solche oder ähnliche erfindungsgemäß verwendbare Ausrüstmateri­ alien - auch Appreturen genannt - lassen sich grob in zwei Klassen einteilen, wobei die erste im wesentlichen aus wässeri­ gen Dispersionen thermoelastischer Kunststoffe, beispielsweise Polyacrylsäureester, Polyurethan oder Kautschuk, besteht und wobei der zweite Typ niedermolekulare Substanzen enthält, die sich im Inneren oder auf der Faser ablagern und bei Wärmezufuhr eine Polyreaktion eingehen.

Beim Ausrüsten der Vliese mit dem ersten Typ der Appreturen wird die wässerige Dispersion der Kunststoffe auf die Vliese aufgetragen und hernach durch Wärmezufuhr das Wasser verdampft. Dabei lagert sich der Kunststoffanteil auf den Fasern ab und führt so zu einer Verklebung der einzelnen Fasern des Faserver­ bundes und damit zu einer Verfestigung des Vlieses. Diese Ap­ preturen besitzen weiche Filmbildungseigenschaften.

Bei dem zweiten Typ Appreturen, darunter fallen auch Appreturen zur Knitterfestausrüstung von Textilien, wie z. B. N-Methylol­ verbindungen, Carbamidderivate oder Glyoxalverbindungen, die sich zunächst im Inneren und/oder auf der Oberfläche der Fasern ablagern und die bei Wärmezufuhr polymerisieren bzw. polykon­ densieren. Dabei sind insbesondere zwei Vorgänge zu unterschei­ den:

• a) Die niedermolekularen Substanzen polykondensieren oder polymerisieren unter Ein- und/oder Ablagerung eines hochmolekularen Kunststoffes in und auf der Faser, was zu einer Versteifung des Vlieses führt.
• b) Weiterhin erfolgt eine Vernetzung mit der Cellulose der Naturfasern. Hierbei reagieren Reaktivgruppen des Vernetzungsmittels in der Appretur mit den Hydroxyl- Gruppen der Cellulose. Im Gegensatz zu der reinen Ab­ lagerung von Kunststoffen auf den Fasern gemäß dem er­ sten Appreturtyp werden hier also stabile chemische Bindungen der Ausrüstmaterilien mit den Cellulosemole­ külen der Naturfasern gebildet. Durch diese chemische Bindung ist die Beweglichkeit des Appreturmittels ge­ genüber den Naturfasern eingeschränkt und je nach Ver­ netzungsgrad verbessern sich die Eigenschaften, wie Knittererholung und Dimensionsstabilität des Vlieses.

Auch Naturprodukte wie Stärke oder Leim sind als Ausrüstungsma­ terialien für die Faservliese geeignet, wobei Leim einen sehr harten Film auf den Fasern bildet. Der Grundgedanke der Erfin­ dung ist, unter Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen auch die vorteilhaften Eigenschaften der Faserrohstoffe, wie beispiels­ weise deren Fähigkeit, Wasser bzw. Wasserdampf aufnehmen zu können, zu nutzen und gleichzeitig die den Fasern fehlenden Ei­ genschaften, wie Sprungelastizität, Energieaufnahmevermögen, Formstabilität und andere mechanische Eigenschaften, die den Naturfasern aufgrund ihres strukturellen Aufbaus fehlen, durch eine Ausrüstung der Naturfaservliese gezielt aufzubauen.

Die Auftragung der Ausrüstungsmaterialien erfolgt beispielswei­ se durch Tauchimprägnierung oder Sprühauftrag oder Bedrucken der Vliese. Die Ausrüstungsmaterialien weisen dabei einen Fest­ stoffgehalt zwischen 1 und 30 Gew.% auf oder anders ausge­ drückt, 1 bis 30 Gew.% der Ausrüstmaterialien verbleiben auf den Faservliesen. Der Rest wird durch Lösungsmittel bzw.

Dispersionsmittel wie Wasser und ähnliches gebildet, die bei der Wärmezufuhr nach der Auftragung der Ausrüstmaterialien ent­ fernt werden.

Beim Besprühen oder Bedrucken der Vliese mit Ausrüstchemika­ lien ist eine selektive Ausrüstung, d. h. eine zonenweise Ausrü­ stung, der Vliese möglich, so daß unterschiedliche Bereiche der Vliese mit abgestuften Eigenschaften erhalten werden können. Zur Verminderung des Verbrauchs an Ausrüstungsmaterial kann dieses vor dem Auftrag aufgeschäumt und erst dann in den Faser­ verbund eingebracht werden.

Die erfindungsgemäßen Faservliese werden bevorzugt zu Komposit­ materialien mit einer Deckschicht verarbeitet, die mit dem Vlies verbunden, insbesondere verklebt oder verheftet, ist. Als solche Deckschichten eignen sich beispielsweise Papierschichten oder auch Kunststoffschichten, durch die eine ganz individuelle Anpassung der Eigenschaften des Komposit- oder Verpackungsmate­ rials möglich ist. Die Faservliesschicht übernimmt hier im we­ sentlichen die Funktion der Stoß- oder Druckabfederung, während die Deckschicht Aufgaben wie z. B. Schutz gegen Nässe oder di­ rekte Sonneneinstrahlung übernimmt.

Die Naturfaservliese können dabei flächig an der Deckschicht anliegen oder aber auch beispielsweise wellenformartig geformt sein, so daß sich zwischen der Deckschicht und dem Faservlies makroskopische Luftkammern bilden. Für besondere Anwendungs­ zwecke, wie z. B. Wellpappenersatz, kann das Faservlies mit ei­ ner zweiten Deckschicht versehen sein, die bezüglich der Vlies­ schicht gegenüberliegend zur ersten Deckschicht angeordnet wird.

Dieser Deckschicht- und Vliesverbund ist zur Herstellung von Verpackungsmaterialien mit relativ großer Schichtdicke bei ge­ ringstem Materialeinsatz geeignet.

Durch den Mehrfachauftrag der Ausrüstmaterialien, insbesondere der unterschiedlich zonenweisen Auftragung, lassen sich ganz definierte Eigenschaften der Vliese erzielen, insbesondere im Hinblick auf deren Sprungelastizität, und daraus lassen sich dann maßgeschneiderte Verpackungsmaterialien fertigen. Insbe­ sondere läßt sich der Härtegrad bzw. der Grad der Sprungelasti­ zität von relativ weich bis hart in einfacher Weise einstellen.

Dies läßt sich insbesondere bei wellpappenähnlichen Komposit­ materialien ausnutzen, indem man die die Deckschichten verbin­ denden Teile der Vliese gezielt ausrüstet, gegebenenfalls sogar mit abgestuften Härtegraden, so daß einerseits durch die nicht oder nur weich ausgerüsteten Bereiche eine gute Nachgiebigkeit des Materials erzielt wird und andererseits durch die Stege des wellpappenähnlichen Verpackungsmaterials sichergestellt wird, daß das Kompositmaterial eine Mindestdicke auch im belasteten Zustand behält.

Das auf dem Faservlies verbleibende Ausrüstungsmaterial hat, bezogen auf das Naturfaservlies, Gewichtsanteile zwischen 1 und 10%.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch ein wellpappenähnliches Ver­ packungsmaterial gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein ausgebreitetes Faservlies zur Verwendung bei der Herstellung eines Verpackungsmaterials gemäß Fig. 1 in Draufsicht.

Das insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Verpackungs­ material in Fig. 1 umfaßt ein in Wellenform aufgebautes Vlies 12, welches beidseitig von Deckschichten 14 und 16 abgedeckt wird.

Das Vlies 12 bildet mit den Deckschichten 14 und 16 Luftkammern 18 und ist mit den Deckschichten 14 und 16 verklebt. Die Deck­ schichten 14 und 16 können aus Papier, einer Kunststoffolie oder einem sonstigen, für ein Verpackungsmaterial geeigneten Material sein. Die Elastizität des Verpackungsmaterials 10 wird durch die inhärente Elastizität des Faservlieses 12 bestimmt, welches durch ein zonenweises Aufbringen von Appreturmitteln modifiziert ist. Hierbei wurden Stegbereiche 20 des Vlieses 12 mit Appreturmitteln bzw. Ausrüstmaterialien behandelt und so die Sprungelastizität dieser Vliesteile erhöht. Die Stegteile 20 setzen sich aus drei Zonen 22, 24, 26 zusammen, wobei die Zone 24 mit einem harten Filmbildner und die Zonen 22 und 26 mit einem weicheren Filmbildner behandelt sind.

Beim zonenweisen Auftragen der Ausrüstmaterialien wird ein Auf­ sprühen der Appreturmittel mit Hilfe von Schablonen bevorzugt. Fig. 2 zeigt ein ausgebreitetes Teil eines Vlieses 12, auf dem in regelmäßig wiederkehrender Form die Zonen 22, 24 und 26 auf­ gebracht sind, die bei dem zur Wellenform aufgebauten Faser­ vlies die Stege 20 bilden.

Je nach Art der verwendeten Materialien können die Zonen 22, 26 als durchgängige Streifen auf das Vlies aufgebracht werden, wo­ bei die Zone 24 die Erstausrüstung der Vliese in einer schmale­ ren Zone überlagert und weiter verfestigt.

Durch die Wahl der Appreturmittel und/oder durch eine Mehrfach­ ausrüstung bestimmter Bereiche oder ganzer Flächen der Vliese 12 ist es möglich, die Sprungelastizität und Steifigkeit der Vliese oder der daraus hergestellten Verpackungsmaterialien in einem weiten Bereich einzustellen.

Dies geht so weit, daß im Falle, daß beispielsweise die obere Deckschicht 14 eine abriebfeste Kunststoffschicht darstellt, vorstellbar ist, solche Materialien als Fußbodenbeläge mit gu­ ter Isolierwirkung einzusetzen.

Im folgenden soll anhand von Beispielen die Art und Weise der Ausrüstung von Vliesen gezeigt werden:

Beispiel 1

Als Ausrüstungsmaterial wird eine 1%ige N-Methylolverbindung, welche unter dem Warenzeichen "Knittex FLC" von der Firma Pfer­ see hergestellt und vertrieben wird, verwendet. Als Vlies wird ein Viskosevlies eingesetzt, welches durch eine beidseitige Sprühauftragung in den Stegbereichen 20 ausgerüstet und danach wellenformartig aufgebaut wird. Die Vlieskonstruktion besitzt nach Aufbringung der Deckschichten 14 und 16, die selbst zur Materialeigenschaft nichts weiter beitragen, eine um 35% er­ höhte Sprungelastizität gegenüber einem Verpackungsmaterial, bei dem das Viskosevlies unbehandelt blieb. Bei der Belastung einer 6 × 6 cm großen Probe mit einem Gewicht von 500 g ergibt sich eine Verminderung der Dicke des Verbundmaterials (im unbe­ lasteten Zustand 20 mm) von 20%.

Die entsprechende unbehandelte Probe verliert beim Vergleichs­ versuch 30% ihrer Dicke.

Beispiel 2

Dasselbe Ausgangsmaterial wie im Beispiel 1 wird hier mit einer 2%igen Leimlösung in den Stegzonen 20 ausgerüstet. Im Test weist dieses Vliesmaterial eine um 15% höhere Sprungelastizi­ tät auf und bei der Belastung einer entsprechenden Probe mit 500 g verliert die Probe nur 13% ihrer Dicke gegenüber 30% der unbehandelten Probe.

Beispiel 3

Das Vliesausgangsmaterial und der Aufbau des Verpackungsmate­ rials wird wie in den Beispielen 1 und 2 gewählt, wobei jedoch eine kombinierte Ausrüstung der Stege zunächst mit einer 1%i­ gen N-Methylolverbindung in der Stegzone 20 und nachfolgend mit einer zusätzlichen Stegausrüstung mit einer 2%igen Leimlösung in den Zonen 24 erfolgt.

Die Vlieskonstruktion besitzt nach der Ausrüstung eine um 30% höhere Sprungelastizität. Bei Belastung der Probe im Standard- Versuch mit 500 g verliert die ausgerüstete Probe 13% ihrer Dicke, während, wie zuvor erwähnt, die unbehandelte Vliesprobe 30% ihrer ursprünglichen Dicke verliert. Diese kombiniert aus­ gerüstete Vliesprobe weist eine in hohem Maße vergrößerte Sprungelastizität und eine große Dimensionsstabilität auf.

Im Vergleich zu Weichschaumstoff als Verpackungsmaterial erhält man die Vlieskonstruktion mit annähernd gleicher Sprungelasti­ zität, jedoch mit weit höherer Festigkeit. Die Reißfestigkeit des Materials läßt sich zusätzlich durch eine geeignete Wahl der Deckschichten 14 und 16 auf den jeweiligen Anwendungsfall abstimmen.

Wie bereits zuvor erwähnt, ist der erfindungsgemäße Aufbau des Verbundmaterials geeignet, Verpackungsmaterialien herzustel­ len, bei denen ganz gezielt Verbundmaterialien mit einem Natur­ faservlies mit einer vorgewählten Sprungelastizität und einer vorgewählten Belastbarkeit bzw. Verformbarkeit Verwendung fin­ den.

Das in der vorhergehenden Diskussion beschriebene Kompositmate­ rial läßt sich jedoch nicht nur als Verpackungsmaterial verwen­ den, denkbar ist auch die Verwendung eines solchen Materials als Isolationsmaterial im Baugewerbe, beispielsweise als Iso­ liertapete, die anstelle von den Polystyrolplatten bei der Wandisolation Verwendung finden kann.

Dabei wird nicht notwendigerweise eine wellenformartige Struk­ tur der Vlieslage erforderlich sein, wenngleich diese bevorzugt ist, sondern für bestimmte Isolationszwecke können bereits die Mikroluftkammern, die im Faservlies vorhanden sind, ausreichend für die gewünschte thermische Isolation sein. Bei entsprechend harter Ausrüstung der Vliese ist sogar die Verwendung der Kom­ positmaterialien als Fußbodenbelag denkbar.

Kompositmaterialien, die mit glatten Flächen verklebt werden sollen, benötigen häufig nur eine Deckschicht, da der Un­ tergrund, auf den das Kompositmaterial aufgeklebt wird, die zweite Deckschicht des Kompositmaterials entbehrlich machen kann.

Claims (11)

1. Naturfaservlies, gekennzeichnet durch eine Modifizierung zur Erhöhung der Sprungelastizität des Faserverbundes des Vlieses mittels an sich bekannter Gewebe-Ausrüstchemi­ kalien.

2. Verpackungsmaterial, hergestellt auf der Basis eines Na­ turfaservlieses gemäß Anspruch 1.

3. Verpackungsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ausrüstmaterial oberflächlich auf das Faser­ vlies aufgetragen ist, insbesondere durch Bedrucken oder Besprühen.

4. Verpackungsmaterial nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ausrüstmaterial in aufgeschäumtem Zustand in den Faserverbund des Vlieses eingebracht ist.

5. Verpackungsmaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ausrüstmaterial durch Trän­ ken des Faserverbundes, insbesondere mittels Tauchen, auf­ gebracht ist.

6. Kompositmaterial, insbesondere zur Verwendung als Verpak­ kungsmaterial, bei dem auf ein Faservlies gemäß einem der voranstehenden Ansprüche eine erste Deckschicht aufge­ bracht und mit dieser verbunden ist.

7. Kompositmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Faservlies eine zweite Deckschicht aufgebracht ist.

8. Kompositmaterial nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Faservlies mit der ersten und gegebenen­ falls mit der zweiten Deckschicht makroskopische Luftkam­ mern bildet.

9. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Deckschichten aus wenig nachgiebigem Material, insbesondere Kunststoff, her­ gestellt ist.

10. Kompositmaterial nach einem Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ausrüstmaterial auf dem Vlies gleichmäßig und ganzflächig aufgetragen ist.

11. Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 6 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ausrüstmaterial zonenweise auf das Vlies aufgetragen ist.