DE4237298A1 - Antistatisch ausgerüstetes hydrophobes Verbundmaterial aus Vliesschichten aus thermoplastischem Kunststoff - Google Patents

Antistatisch ausgerüstetes hydrophobes Verbundmaterial aus Vliesschichten aus thermoplastischem Kunststoff

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Description

Die Erfindung betrifft ein antistatisch mit einem Mittel zur Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit ausgerüstetes hydrophobes Verbundmaterial aus miteinander durch Heißprägen bereichsweise, insbesondere mustermäßig verbundenen Vliesschichten aus Fasern und/oder endlosen molekularorientierten Filamenten aus thermoplastischem Kunststoff mit einer inneren Vliesschicht aus schmelzgeblasenen Microfasern aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Durchmesser der Microfasern <12 µm und äußeren die innere Vliesschicht abdeckenden Vliesschichten.
Ein Verbundmaterial der gattungsgemäßen Art, jedoch ohne antistatische Ausrüstung ist aus der DE-OS 23 56 720 bekannt geworden, die auf die US 4041 203 zurückgeht.
Verfahren zur Herstellung von Vliesschichten aus endlosen molekularorientierten Filamenten aus thermoplastischem Kunststoff sind aus zahlreichen Druckschriften bekannt geworden, wozu beispielsweise auf die US-Patentschriften 3692 618, 3338 992, 3276 944, 3502 538, 3502 763 und 3542 615 sowie auf die DE-OS 36 03 814, EP 0480 550 A1 u. a. verwiesen wird.
Vliesschichten aus schmelzgeblasenen Microfasern aus thermoplastischem Kunststoff sind beispielsweise aus der US-Patentschrift 3978 185 bekannt.
In der US-Patentschrift 4115 605 wird eine Komposition zum antistatischen Ausrüsten von Vliesen bzw. Laminaten aus Vliesschichten aus Fasern und/oder Filamenten aus thermoplastischem Kunststoff beschrieben, die in einer wässerigen Flüssigkeit ein Gemisch aus essigsaurem Kali und Lithiumchlorid, einem linearen Copolymer von Perfluoralkylacrylat und Polyoxyalkylenacrylat, geringe Mengen eines nichtionischen permanenten Benetzungsmittels, geringe Mengen eines niedermolekularen Alkohols und ein Antischäummittel enthält. Die Herstellung der antistatischen Ausrüstung der Vliese bzw. Laminate erfolgt beispielsweise durch Bedrucken oder Tauchen mit nachfolgende Heißtrocknung.
Derartig antistatisch ausgerüstetes Verbundmaterial auf Vliesbasis aus thermoplastischen Kunststoffen wird beispielsweise in Krankenhäusern als Schutzkleidung oder chirurgisches Abdeckmaterial in vielfältiger Weise benötigt und benutzt.
Als nachteilig wird bei den bekannten antistatisch ausgerüsteten Verbundmaterialien auf Vliesbasis angesehen, daß die antistatische Wirkung infolge der Benutzung durch Abrieb und Abwischen im Laufe der Zeit nachläßt, da die antistatische Ausrüstung oberflächlich außenseitig auf das Verbundmaterial aufgebracht ist. Darüber hinaus zeigen derartig antistatisch ausgerüstete Verbundmaterialien bei Benutzung als Wischtuch auch erhöhte Schmierneigung infolge der äußerlich aufgetragenen antistatischen Komposition.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundmaterial auf Vliesbasis aus thermoplastischen Kunststoffen antistatisch auszurüsten unter Vermeidung von Schmiereffekten und Verminderung der antistatischen Eigenschaften durch Abrieb oder dergleichen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verbundmaterial vor, das Mittel zur Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit des Kunststoffes des Verbundmaterials in der inneren Vliesschicht vorzusehen, wobei es oberflächlich auf die Microfasern der inneren Vliesschicht aufgebracht und/oder in den Microfasern der inneren Vliesschicht enthalten ist, und als äußere Vliesschichten von Mittel zur Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit freie Vliesschichten vorzusehen.
Überraschend wurde gefunden, daß auch bei einem Verbundmaterial, an dessen Außenflächen keine Antistatika aufgebracht sind, eine ausreichende antistatische Wirkung, d. h. Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit mittels sich innerhalb des- Verbundes in einer innenliegenden nach außen beidseitig durch je eine weitere Vliesschicht abgedeckten Vliesschicht befindliche Antistatika, erzielbar ist. Das erfindungsgemäße antistatisch ausgerüstete Verbundmaterial ist daher an seiner Oberfläche frei von Schmierwirkung durch antistatische Mittel. Des weiteren ist die antistatische Ausrüstung des Verbundmaterials im Inneren durch die äußeren Vliesschichten geschützt vor frühzeitigem Abrieb und Verlust der gewünschten Oberflächenleitfähigkeit.
Die Antistatika können entweder oberflächlich auf den Kunststoff, hier die Microfasern der inneren Vliesschicht, aufgebracht werden oder aber als innere Antistatika in den Kunststoff zum Herstellen der Microfasern eingearbeitet sein. Es ist auch möglich, eine antistatische Ausrüstung sowohl durch innere Antistatika als auch zusätzliche äußere Applikation der inneren Vliesschicht vorzusehen. Sowohl mit äußeren als auch mit inneren Antistatika kann bei erfindungsgemäßer Ausrüstung der inneren Vliesschicht von Verbundmaterial eine Langzeitwirkung der Antistatika erreicht werden, wobei der Oberflächenwiderstand des Verbundmaterials auf etwa 108-1010 Ohm mindestens erniedrigt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verbundmaterial auf Vliesbasis mit antistatisch er Ausrüstung wird für die Herstellung von Textilien, wie Kleidung, Vorhänge, Abdeckmaterialien, Wischmaterialien oder dergleichen eingesetzt in Bereichen, in denen eine antistatische Ausrüstung gefordert wird.
Eine hohe Festigkeit der Verbundmaterialien bei großer Schmiegsamkeit und Drapierfähigkeit und textiler Weichheit wird mit Vliesschichten aus endlosen Filamenten mit einem Flächengewicht von 10 bis 25 g/m2 als äußere Schichten, insbesondere bei Filamentdurchmessern <40 µm, vorzugsweise <25 µm erreicht und bei Einsatz von inneren Vliesschichten mit Flächengewichten im Bereich von 20 bis 80 g/m2 mit Microfasern mit Faserdurchmessern kleiner 12 µm.
Zum Herstellen des erfindungsgemäßen Verbundmaterials können Fasern und/oder Filamente aus im Schmelzspinnverfahren verarbeitbaren thermoplastischen Kunststoffen wie Polyolefinen, thermopiastischen Polyestern, Polyamiden eingesetzt werden., wobei bevorzugt die Fasern und/oder Filamente aller Vliesschichten auf Basis des gleichen Kunststoffes hergestellt sind. Zumindest sollten die Fasern und/oder Filamente der einzelnen Vliesschichten, sofern sie aus unterschiedlichen thermoplastischen Kunststoffen hergestellt sind, so weit miteinander kompatibel sein, daß sie unter Anwendung von Wärme und Druck über Schmelzbindungen durch Heißprägen - Thermobonding - miteinander verbindbar sind.
Bevorzugt sind die äußeren durch Anwendung von Wärme und gleichmäßigem Druck verpreßten und nach Art einer Haftschweißung im Bereich der Filamente verbundenen Vliesschichten mit einer lockeren im wesentlichen unverpreßten Vliesschicht aus Microfasern durch Anwendung von Wärme und Druck bis zum Anschmelzen der Fasern und/oder Filamente in mustermäßig angeordneten Bindeflächen miteinander verbunden, wobei die Bindeflächen 10 bis 30% der Oberflächen des Verbundmaterials einnehmen. Das Herstellen derartiger Verbindungen durch Heißprägen oder Thermobonding oder Schmelzprägen ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3043 733 oder US-Patentschrift 4493 868 beschrieben.
Erfindungsgemäß lassen sich zum antistatischen Ausrüsten des Verbundmaterials auf Vliesbasis aus thermoplastischen Fasern und/oder Filamenten grenzflächenaktive Verbindungen, und zwar kationaktive, anionaktive, nichtionogene als auch amphotere Verbindungen einsetzen. Bevorzugte Antistatika sind im Anspruch 3 aufgeführt. Sie lassen sich sowohl als interne Antistatika durch Einarbeitung in den Kunststoff vor oder während dessen Verarbeitung einsetzen als auch als externe Antistatika, d. h. durch nachträgliches oberflächliches Applizieren auf die Kunststoffoberfläche, hier Faseroberfläche. Die Applikation auf die Faseroberfläche kann entweder beim Herstellen der Microfasern vor dem Zusammenführen zum Vlies oder durch Applizieren auf die Vliesschicht, wie Aufsprühen, Tauchen oder dergleichen erfolgen. Die nichtionogenen Verbindungen eignen sich dabei insbesondere als interne Antietatika für Polyolefine, wie Polyethylen oder Polypropylen, da sie mit diesen gut verträglich sind. Hierbei genügen Einsatzmengen von 0,1 bis 0,5 Gew.-% Antistatika, bezogen auf die Menge Kunststoff.
Erfindungsgemäß ist jedoch auch eine Langzeitwirkung der Antistatika durch nur oberflächlichen Auftrag auf die Kunststoffasern möglich, da diese Kunststoffasern als Bestandteil der inneren Vliesschicht durch zusätzliche äußere Vliesschichten, die keine Antistatika enthalten, vor Abrieb geschützt sind. Bei Einsatz von Polypropylen als thermoplastischem Kunststoff für die Fasern und Filamente der inneren und äußeren Schichten wird bevorzugt eine oberflächliche Ausrüstung der Microfasern der inneren Schicht mit Antistatika durch Aufsprühen einer Sprühflüssigkeit mit nachfolgender Austrocknung vorgenommen. Die Sprühflüssigkeit sollte für eine ausreichende antistatische Ausrüstung etwa l bis 4 Gew.-% Antistatikum enthalten, wobei die Faser-Vliesschichten hinreichend vollständig mit Sprühflüssigkeit benetzt werden sollen. Als Sprühflüssigkeit wird hierbei eine wässerige Flüssigkeit, enthaltend auf 100 Gewichtsteile Wasser 1,2 bis 2,5 Gewichtsteile eines Natriumsalzes eines Phosphorsäureesters (Natriumalkylphosphat) und 2 bis 4 Gewichtsteile eines Copolymers auf Basis von Perfluoralkylenacrylat und 1 bis 3 Gew. -% eines niedermolekularen Alkohols, wie Isopropanol auf die Oberfläche der Microfasern, vor der Vliesbildung aufgebracht. Auch wässerige Lösungen eines quartären Ammoniumsalzes oder Natriumalkylsulfonates oder von Fettsäuremonoglyceriden oder eines Lithiumalkylsulfonates zeigen gute Ergebnisse.
Die Erfindung wird in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch ein Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Verbundmaterials,
Fig. 2 Aufsicht auf das Verbundmaterial in vergrößerter Darstellung, auszugsweise mit rautenförmigem Bindemuster,
Fig. 3 den Schnitt AA nach Fig. 2 in vergrößerter Darstellung.
Nach dem Schema nach Fig. 1 wird das Verbundmaterial 100 aus den beiden äußeren Vliesschichten 1,3 und der inneren Vliesschicht 2 hergestellt. Die äußeren Vliesschichten 1,3 sind aus Endlosfilamenten, beispielsweise nach der in der DE-A-36 03 814 beschriebenen Methode hergestellte Vliesbahnen aus endlosen Filamenten aus Polypropylen mit einem Flächengewicht von 15 g/m2, die nach der Bildung eines lockeren Wirrfaservlieses durch gleichmäßigen Druck verfestigt und auf Vorratsrollen 10, 30 aufgewickelt sind. Die Filamente weisen hierbei einen mittleren Durchmesser von etwa 15 bis 30 µm auf. Die eine der äußeren Vliesschichten 1, die von der Vorratsrolle 10 über die Umlenkrolle 11 in Pfeilrichtung abgezogen wird, bildet die Unterschicht für die hierauf in situ aufzubringende innere Vliesschicht 2 aus Microfasern 21. Die äußere Vliesschicht 1 wird hierbei mit dem endlos über die Rollen 41, 42 umlaufenden Trägerband 40 geführt. Die aus Polypropylen schmelzgeblasenen Microfasern mit einem Faserdurchmesser kleiner 8 µm werden mit einer Anlage 20, wie sie beispielsweise in der US 3676 242 oder US 3978 185 beschrieben ist, erzeugt und auf der auf dem Trägerband 40 vorbeigeführten Vliesschicht 1 zur Vliesschicht 2 aufgesammelt, beispielsweise in einer Dicke der Vliesschicht 2, die einem Flächengewicht von 35 g/m2 entspricht. In dem Bereich zwischen Verlassen der Anlage 20 und dem Aufsammeln, auf der äußeren Vliesschicht 1 werden die Microfasern mit der Sprühflüssigkeit 5, die das Mittel zum Erhöhen der Oberflächenleitfähigkeit des Kunststoffes der Microfasern enthält, mit Hilfe der Sprüheinrichtung 50 besprüht. Das Wasser und die Flüssigkeit aus der Sprühflüssigkeit wird durch Trocknung der lose auf der Vliesschicht 1 zu einer lockeren Vliesschicht 2 aufgesammelten Microfasern entfernt. Gegebenenfalls kann die locker aufgesammelte Vliesschicht 2 aus Microfasern noch beim Durchlaufen eines Walzenspaltes gleichmäßig vorverdichtet werden, spätestens erfolgt eine leichte Vorverdichtung zum Zuführen der zweiten äußeren Vliesschicht 2 von der Vorratsrolle 30 über die Umlenkrolle 31 mit Gegenrolle 32 durch den Walzenspalt 33. Das dreischichtige Material aus den äußeren Vliesschichten 1,3 und der inneren lockeren Microfaser-Vliesschicht 2 wird nun in Pfeilrichtung einem Prägewalzenpaar 60, 62 zugeführt, wobei mindestens eine der prägewalzen, insbesondere die mit dem Prägemuster ausgestattete Prägewalze 60 auf eine zum Herstellen der Schmelzbindungen ausreichende Temperatur entsprechend dem Kunststoff bzw. Kunststoffen der Vliesschichten erwärmt ist. Die Gegenwalze 61 des Prägewalzenpaares ist mit glatter Oberfläche, gegebenenfalls mit einer Antihaftschicht ausgerüstet. Beim Durchlaufen durch den von dem Prägewalzenpaar 60, 61 gebildeten Walzenspalt 62 erfolgt das Verbinden der drei Vliesschichten mustermäßig entsprechend dem Prägemuster der Prägewalze 60 in der Weise, daß an den Bindeflächen die drei Vliesschichten , d. h. die Fasern und Filamente, anschmelzen und miteinander verdichtet und verschweißt werden. Die den Walzenspalt 62 verlassende Verbundbahn 100 wird dann auf die Rolle 101 aufgewickelt und kann dann der weiteren Konfektionierung und Verarbeitung zu den gewünschten Endprodukten zugeführt werden. Die hydrophobe Ausrüstung des Verbundmaterials 100 bestimmt sich entweder durch die Auswahl des thermoplastischen Kunststoffes für die Fasern und/oder Filamente, beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen, oder aber sie wird durch zusätzliche Hydrophobierungsmittel, beispielsweise by Polymiden in bekannter Weise hergestellt. Eine hydrophile oder benetzbare Oberfläche einer oder beider äußeren Vliesschichten oder der Oberfläche des Verbundmaterials wird durch eine entsprechende Behandlung mittels eines Benetzungsmittels erreicht.
In der Fig. 2 ist in Aufsicht beispielsweise ein Prägemuster mit Bindeflächen in Rautenform dargestellt, das ca. 25% der Oberfläche des Verbundmaterials einnimmt. In der Fig. 3 ist im Querschnitt in vergrößerter Darstellung die Art der Bindung zwischen den äußeren Vliesschichten 1,3 und der inneren Vliesschicht 2 über die miteinander verschmolzenen Bindeflächen 4 dargestellt.
Es ist auch möglich, das Verbundmaterial 100 nach Fig. 1 mit antistatischer Ausrüstung dadurch herzustellen, daß bereits dem Polymer zum Herstellen der Microfasern 21 in der Anlage 20 ein internes Antistatika zugegeben wurde, so daß das Besprühen der Microfasern 21 mit Sprühflüssigkeit 5 entfallen kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials sieht auch äußere Vliesschichten 1,3 aus endlosen Filamenten aus Polypropylen vor mit einer inneren Schicht aus Microfasern aus Polyethylen. Das Polyethylen kann dabei beispielsweise mit einem Lithiumalkylsulfonat als antistatischem Zusatz in dem Kunststoff ausgerüstet sein. Die Menge des Antistatikums richtet sich im wesentlichen auch nach dem Kunststoff, beispielsweise genügen bei LDPE bereits Mengen bis 0,1 Gew.-%, bei HDPE bis 0,3 Gew.-%, bei PP 0,5 Gew.-% und bei schlagfestem Polystyrol bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf den Kunststoff.
Bei der gemäß Fig. 1 durchgeführten einseitigen Prägung des Verbundmaterials mit Hilfe der Prägewalzen 60, 61 um den mustermäßigen Verbund der Vliesschichten miteinander zu bewirken, wird die antistatische Ausrüstung mit den Microfasern in die angrenzenden äußeren Vliesschichten des Verbundmaterials gepreßt. Auf diese Weise wird erreicht, daß das erfindungsgemäß Verbundmaterial eine erhöhte Oberflächenleitfähigkeit erhält, obgleich die äußeren Vliesschichten kein Antistatikum enthalten. Bei, nur einseitiger Prägung, wie sie vergrößert nach Fig. 3 dargestellt ist, wird auf der Unterseite, d. h. im Bereich der Vliesschicht 1 ein Oberflächenwiderstand erreicht, der höher ist als der Oberflächenwiderstand auf der Oberseite des Verbundmaterials 100 im Bereich der Vliesschicht 3. Der Unterschied des Oberflächenwiderstandes hängt zum einen von der Art des Prägemusters und der Größe der Bindefläche ab, des weiteren von den eingesetzten Vliesschichten und thermoplastischen Kunststoffen, jedoch wird auch mindestens auf der Unterseite ein Oberflächenwiderstand im Bereich von 109 bei Polypropylen erreicht, was eine erhebliche Verbesserung der Oberflächenleitfähigkeit bedeutet.

Claims (8)

1. Antistatisch mit einem Mittel zur Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit ausgerüstetes hydrophobes Verbundmateril aus miteinander durch Heißprägen bereichsweise, insbesondere mustermäßig verbundenen Vliesschichten aus Fasern und/oder endlosen molekularorientierten Filamenten aus thermoplastischem Kunststoff mit einer inneren Vliesschicht aus schmelzgeblasenen Microfasern aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Durchmesser der Microfasern <12 µm und äußeren die innere Vliesschicht abdeckenden Vliesschichten, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit des Kunststoffes des Verbundmaterials in der inneren Vliesschicht enthalten ist, wobei es oberflächlich auf die Microfasern der inneren Vliesschicht aufgebracht und/oder in den Microfasern der inneren Vliesschicht enthalten ist, und als äußere Vliesschichten von Mittel zur Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit freie Vliesschichten vorgesehen sind.
2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß äußere Vliesschichten aus endlosen Filamenten mit einem Flächengewicht von 10 bis 25 g/m2 vorgesehen sind.
3. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit nichtionogene Verbindungen mit grenzflächenaktivem Charakter, wie Polyethylenglykolester oder -ether, Fettsäureester oder -ethanolymide, Mono- bzw. Diglyzeride oder ethoxylierte Fettamine und/oder anionaktive Verbindungen mit grenzflächenaktivem Charakter auf Basis von Alkylsulfat, -sulfonat, -phosphat, Dithiocarbamat oder Carboxylat mit Alkali- oder Erdalkalimethallen und/oder kationaktive Verbindungen, wie quartäre Ammoniumsalze, Phosphonium- oder Sulfoniumsalze und/oder amphotere Tenside auf Basis von Carbo- und Sulfobetainen eingesetzt sind.
4. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern und/oder Filamente aller Vliesschichten auf Basis des gleichen Kunststoffes hergestellt sind.
5. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Vliesschicht bin Flächengewicht von 20 bis 80 g/m2 aufweist.
6. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz von Polypropylen als thermoplastischem Kunststoff für die Fasern und/oder Filamente der Vliesschichten das Mittel zur Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit aus einer wässerigen Flüssigkeit, enthaltend auf 100 Gewichtsteile Wasser
1,2 bis 2,5 Gewichtsteile eines Natriumsalzes eines Phosphorsäureesters
2 bis 4 Gewichtsteile eines Copolymers auf Basis von Perfluoralkylenacrylat und
1 bis 3 Gewichtsteile eines niedermolekularen Alkohols, wie Isopropanol
auf die Oberfläche der Microfasern der inneren Vliesschicht durch Aufsprühen und Trocknen vor der Vliesbildung aufgebracht ist.
7. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß äußere durch Anwendung von Wärme und gleichmäßigem Druck nach Art einer Haftschweißung im Bereich der Filamente verpreßte und verbundene Vliesschichten mit einer inneren als lockere im wesentlichen unverpreßte Vliesschicht aus kurzen Microfasern ausgebildeten Vliesschicht durch Anwendung von Wärme und Druck bei Anschmelzen der Microfasern und/oder Filamente in mustermäßig angeordneten Bindeflächen miteinander verbunden und, wobei die Bindeflächen 10 bis 30% der Oberfläche des Verbundmaterials einnehmen.
8. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Oberflächenwiderstand unter 1010 Ohm.
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