DE4119455C1 - - Google Patents

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Monika Dr. 6108 Weiterstadt De Giesen-Wiese
Maria Grill
Ararad Dr. Emirze
Hans-Peter Dr. 6750 Kaiserslautern De Seidler
Bernhard Dr. 6943 Birkenau De Klein
Michael 6757 Waldfischbach-Burgalben De Kauschke
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spinnvliesstoff aus thermoplastischen Endlosfilamenten sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Biologisch abbaubare Faservliesstoffe, die aus Stapel­ fasern aufgebaut sind, sind bekannt: Dabei wird der Einsatz von Viskosefasern beschrieben in I. MARINI, Allg. Vliesstoff-Report (1986) Vol. 14, Nr. 4, 214f.
Diese biologisch abbaubaren Fasern sind Naturfasern und Naturfaserderivate. Anwendungsbereiche sind Einwegsge­ brauchsgüter wie z. B. Kinder- und Inkontinenzwindeln, Bettenunterlagen, OP-Kittel und OP-Abdecktücher und Pflasterträger.
Unter biologisch abbaubar soll hier und im folgenden verstanden werden, daß eine vollständige Zerstörung des Faser- bzw. Vliesstoff-Materials durch Mikroorganismen erfolgt. Diese Mikroorganismen sind Bakterien und Pilze, die u. a. im Erdreich vorhanden sind.
Nachteilig bei den bekannten biologisch abbaubaren Faser­ vliesstoffen ist die allen Stapelfaserprodukten eigene Anisotropie, was sich insbesondere in den mechanischen Eigenschaften, wie z. B. der Festigkeit, nachteilig bemerk­ bar macht: Diese ist in Längs- und Querrichtung unter­ schiedlich, und es ist leicht einzusehen, daß dadurch die Gebrauchseigenschaften eingeschränkt und erschwert werden. Ein weiteres Kriterium ist die Verfestigung der biologisch abbaubaren Kurzfasern, welche meist durch zusätzliche Bindemittel erfolgen muß, da Naturfasern bekanntermaßen keine thermoplastischen Eigenschaften besitzen. Solche Bindemittel sind kritisch wegen möglicherweise auf­ tretender Irritationen auf der Haut oder Problemen der Wundverträglichkeit; zudem sind sie meistens biologisch nicht abbaubar.
Oft wird man daher Spinnvliesstoffen aus Endlos-Polymer­ filamenten den Vorzug geben, welche in allen Richtungen gleiche Festigkeitseigenschaften aufweisen, oftmals hygienischer im Gebrauch sind wegen der glatten Oberfläche der Polymeren und wegen der thermoplastischen Eigen­ schaften in einfacher Weise durch Hitze miteinander verbunden, d. h. verschweißt werden können. Die Herstellung ist z. B. beschrieben in DE-PS 31 51 322, wobei das Filament- Polymer Polypropylen ist.
Endlos-Polymerfilamente als Bestandteile von Spinnvlies­ stoffen, welche aus biologisch abbaubaren Polymeren, z. B. thermoplastischen Cellulosederivaten, bestehen, sind der Anmelderin nicht bekannt; dies liegt an den Schwierig­ keiten, die mit diesen abbaubaren Polymeren beim Schmelz­ spinnen auftreten: Knapp oberhalb der Schmelztemperatur bleiben diese Polymeren so viskos, daß sie nicht zu Filamenten spinnbar sind; erhöht man die Temperatur weiter, tritt meist sofort Zersetzung ein.
Ausgehend von diesem Dilemma zwischen den Vor- und Nach­ teilen biologisch abbaubarer Stapelfaservliesstoffe aus Naturfasern, von der Unverrottbarkeit herkömmlicher Poly­ mere für Spinnvliesstoffe sowie von der unzureichenden Hitzestabilität beim Verspinnen von biologisch abbaubaren Polymeren war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spinnvliesstoff aus thermoplastischen Polymer-End­ losfilamenten anzugeben, wobei die Filamente biologisch abbaubar sowie in konventioneller Weise verspinnbar sind. Auf das Bindemittel soll bei der Verfestigung des Vlies­ stoffs verzichtet werden können, ferner sollen die Fila­ mente anfärbbar und hydrophil sein.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Spinnvliesstoff aus thermoplastischen Endlosfilamenten mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs. Bevor­ zugte Ausführungsformen und das Herstellungsverfahren sind in den Unteransprüchen angegeben.
Allen Lösungsvarianten ist gemeinsam, daß das die Endlos­ filamente bildende, thermoplastische, biologisch abbaubare Material zu mindestens 50 Gew.-% aus Polycaprolacton besteht, welches ein mittleres Molekulargewicht von 35 000 bis 70 000 aufweist. Dieser Werkstoff erfüllt bereits allein alle in der Aufgabenstellung geforderten Eigen­ schaften. Die biologische Abbaubarkeit von Polycaprolacton ist seit langem bekannt, jedoch wurde dieser Werkstoff bisher nur zur Herstellung von chirurgischem Nahtmaterial, also relativ groben Garnen, verwendet, wobei der er­ schmolzene Faden in Wasser abgeschreckt wurde. Dieses Verfahren hat mit der Technologie des Schmelzspinnens nichts gemein.
Die genannte Polycaprolacton-Type ist an konventionellen Schmelzspinn-Vorrichtungen verarbeitbar zu endlosen Polymerfäden, wobei die Verfahrensschritte des Auf­ schmelzens, des Pumpens zu den Düsen, des Verstreckens und Abkühlens durch temperierte Luft sowie des Ablegens der fertigen Filamente selbstverständlich im Rahmen handwerk­ lichen Könnens auf die thermischen Eigenschaften des Polymers abgestimmt werden müssen. Es kann jedoch in jedem Falle eine konventionelle Schmelzspinnanlage verwendet werden. Wesentlich ist, daß beim Herstellungsverfahren, nach dem Ablegen, bereits ein fertiger, verfestigter Spinnvliesstoff vorliegt, d. h., es braucht kein nach­ träglicher Verfestigungsschritt, z. B. durch Prägewalzen oder dergleichen, zu erfolgen. Durch einfache Optimierung der Schmelztemperatur und der Verstreckungsluft-Temperatur kann erreicht werden, daß zum Zeitpunkt des Ablegens der frischgesponnenen Filamente das Polymer sich noch im Zustand nicht abgeschlossener Kristallisation befindet, was zusammen mit der noch genügend hohen Oberflächen­ temperatur der Filamente zu einer solchen Klebrigkeit führt, daß eine thermoplastische Verschweißung an den Filament-Kreuzungspunkten von selbst eintritt.
Dies ist deshalb überraschend, weil bei üblichen thermo­ plastischen Fasern, wie z. B. Polypropylen, Polyethylen, Polyamid oder anderen Polyestern, stets ein Verfestigen durch nachträgliches Erhitzen und Prägen notwendig ist; nur das oben spezifizierte Polycaprolacton in einem Mengenanteil von mindestens 50 Gew.-% im filamentbildenden Polymeren erlaubt den Verzicht auf eine nachträgliche thermische Verfestigung.
Die Lösung der gestellten Aufgabe sowie den ebengenannten Vorteil erreicht man in einfacher Weise dadurch, daß das Filamentmaterial aus dem genannten Polycaprolacton be­ steht. Es ist leicht verspinnbar zu einem Endlosfilament bei 150 bis 220°C, wobei keine Zersetzung eintritt; ferner ist dieser Werkstoff nach dem Ausspinnen aus den Düsen verstreckbar, eine Eigenschaft, die andere bio­ logisch abbaubare Polymere nicht besitzen.
Die Grenzen des Molekulargewichts sind dadurch gegeben, daß bei kleineren Werten die Masse zu wachsartig ist, um noch verspinnbar zu sein, und bei Molekulargewichten über 70 000 der Werkstoff spröde wird.
Eine weitere Verbesserung des Spinnverhaltens und des sich Selbstverfestigens während der Ablage wird erreicht, in­ dem man anstelle des reinen Polycaprolactons dieses in Mischungen mit anderen thermoplastischen Polymeren ver­ arbeitet. Man wird dabei zweikomponentigen Polymer­ mischungen den Vorzug geben, wobei das Polycaprolacton zu mindestens 50%, auf das Gesamtgewicht bezogen, vorhanden sein muß. Biologisch vollständig abbaubare Zweikomponenten- Systeme im obigen Sinne sind solche, die als zweite Polymerkomponente Polyhydroxybutyrat, Polyhydroxybutyrat­ hydroxyvalerat-Copolymer, ein Polylactid oder Polyester­ urethan enthalten. Die Werkstoffe dieser zweiten Komponenten sind zwar biologisch abbaubar, jedoch nicht oder nur mit großem technischen Aufwand als reiner Stoff verspinn­ bar. Erst die Kombination mit Polycaprolacton macht die Masse für konventionelle Schmelzspinnverfahren geeignet und löst die in der Aufgabenstellung genannten Anforderungen.
Weiterhin wurde überraschend gefunden, daß konventionelle, spinnbare Polymere, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyamid oder andere Polyester, in Mischung mit Polycaprolacton nach dem Verspinnen selbstverfestigend sind.
Auch diese Werkstoffkombination löst damit die gestellte Aufgabe vollständig, insbesondere auch im Hinblick auf die Abbaubarkeit, da das entstehende Polymergemisch sich überraschenderweise als zum größten Teil biologisch abbaubar erweist, im Gegensatz zu den reinen Polyolefinen, Polyamiden oder anderen reinen Polyestern, die in dieser Hinsicht ein inertes Verhalten zeigen.
Alle genannten Polymermischungen sowie das reine Polycapro­ lacton sind leicht anfärbbar, besitzen eine Dehnbarkeit von mindestens 50% und vermitteln dem Spinnvliesstoff einen textilen Charakter.
Es ist möglich, die Flächengewichte des fertigen Spinn­ vliesstoffs nach Wunsch von 10 bis 120 g/m2 zu variieren.
Weitere Vorteile sind eine permanente Hydrophilie und dadurch ein antistatisches Verhalten.
Als Anwendungsgebiete sind neben Hygiene und Medizin möglich: Abdeckvliese für Gartenbau und Landwirtschaft; haftvermittelndes Klebevlies und Adhäsiv zwischen polaren und unpolaren Polymeren, z. B. zwischen Polyethylen und Polypropylen oder anderen Polyestern und Polyamid; aufbügelbare Einlagevliesstoffe im Oberbekleidungsbereich wegen der anisotropen Dehnungseigenschaft; technische Anwendungen, in denen permanent hydrophile Eigenschaften oder anti­ statische Eigenschaften gefordert sind, z. B. Filter­ materialien.
Beispiel 1 Herstellung eines Polycaprolacton-Vliesstoffs
Polycaprolacton mit einem Schmelzpunkt um 60°C sowie einem MFI-Wert (melt flow index) von 10 g/10 min bei 130°C/2,16 kg wird bei einer Extrudertemperatur von 185°C aufgeschmolzen. Die Massetemperatur der Polymerschmelze beträgt 203°C. Die zur Verstreckung der aus den Spinndüsen austretenden Polymerschmelze benötigte Luft hat eine Temperatur von 50°C.
Die verstreckten Endlosfilamente werden auf einem Siebband aufgefangen und ohne weitere Verfestigung aufgewickelt. Das Flächengewicht des Polycaprolacton-Spinnvliesstoffs beträgt 22 g/m2.
Beispiel 2 Herstellung eines Polycaprolacton-Polyhydroxybutyrat- Hydroxyvalerat-Spinnvliesstoffs
Eine Polymermischung aus 90% Polycaprolacton und 10% Polyhydroxybutyrat-Hydroxyvalerat-Copolymer mit einem MFI-Wert von 34 g/10 min bei 190°C/2,16 kg wird bei 182°C aufgeschmolzen. Die aus den Spinndüsen austretende Poly­ merschmelze wird mit Luft verstreckt, deren Temperatur um 40°C liegt. Die verstreckten Endlosfilamente werden auf einem Transportband aufgefangen und der Vliesstoff ohne weitere Verfestigung aufgewickelt. Das Flächengewicht des Vliesstoffs beträgt 23 g/m2.
Beispiel 3 Herstellung eines Polycaprolacton-Polyethylen- Spinnvliesstoffs
Eine Polymermischung aus 75% Polycaprolacton und 25% Polyethylen wird unter den gleichen Bedingungen, wie in Beispiel 2 beschrieben, zu einem Spinnvliesstoff verar­ beitet.
Alle Spinnvliesstoffe der Beispiele 1 bis 3 eignen sich für Anwendungen in Hygieneprodukten, z. B. als Windelab­ deckvliese, in der Landwirtschaft als Mulchfolie, als Klebevlies für die Herstellung von textilen Laminaten oder für technische Anwendungen, wie z. B. Filtermaterialien.

Claims (5)

1. Spinnvliesstoff aus thermoplastischen Endlosfila­ menten, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente aus mindestens 50 Gew.-% biologisch abbaubarem Polycaprolacton bestehen, welches ein mittleres Mole­ kulargewicht von 35 000 bis 70 000 aufweist, und daß die Einzelfilamente bindemittelfrei an ihren Kreuzungs­ punkten aneinander haften.
2. Spinnvliesstoff nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Endlosfilamente zur Gänze aus Polycaprolacton bestehen.
3. Spinnvliesstoff nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Endlosfilamente aus einer zwei­ komponentigen Polymerenmischung bestehen, wobei die eine Komponente das Polycaprolacton, die andere biologisch abbaubares Polyhydroxybutyrat, Poly­ hydroxybutyrat-hydroxyvalerat-Copolymer, ein Poly­ lactid oder ein Polyesterurethan ist.
4. Spinnvliesstoff nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Endlosfilamente aus einer zwei­ komponentigen Polymermischung bestehen, deren eine Komponente das Polycaprolacton, deren andere Kom­ ponente Polyethylen, Polypropylen, Polyamid oder ein anderer Polyester ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines Spinnvliesstoffs nach Anspruch 1 bis 4, wobei das verwendete polymere Material oder die Materialmischung aufgeschmolzen, mittels Pumpen den Düsen zugeführt, durch die Düsen versponnen, durch temperierte Luft verstreckt und abgekühlt sowie als Filamente zu einem Spinnvlies abgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ablegen kein zusätzlicher Verfestigungsschritt erfolgt.
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