DE4402187A1 - Trägervliese aus synthetischen Fasern und deren Herstellung - Google Patents
Trägervliese aus synthetischen Fasern und deren HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Vliese und daraus hergestellte Abdeckungsmaterialien, die
besonders reißfest und dimensionsstabil sind, und Verfahren zu deren Herstellung.
Aus Polymeren hergestellte Spinnvliese und aus synthetischen Fasern oder
Mineralfasern hergestellte Faservliese sind an sich bekannt. Die aus den Fasern
hergestellten Vliese werden zuerst einer mechanischen Behandlung zur Verfilzung
bzw. mechanischen Vorverfestigung der Fasern unterzogen. Die Vorverfestigung
erfolgt über einen Vernadelungsprozeß, eine Kalanderbehandlung oder bei aus
verschiedenen synthetischen Fasern hergestellten Vliesen über eine
Wärmebehandlung zum Anschmelzen der Fasern. Anschließend werden diese so
behandelten Vliese mit vernetzbaren Polymerisaten getränkt, um nach Trocknung
zur Vernetzung der Polymerisate den Vliesen die gewünschte Festigkeit zu geben.
Vliese, die in einem zusätzlichen Verfahrensschrift beschichtet werden, bezeichnet
man auch als Trägervliese. Sie finden in vielen technischen Bereichen
Verwendung.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 29 16 316 ist bekannt, Vliese mit einer
Bindemittelmischung aus Latex und Kieselsäuresol herzustellen. Dadurch wird die
Migration des Latexmaterials beim Trocknen vermindert, und die erhaltenen Vliese
weisen gute Eigenschaften auf. Die Bindemittelmischung wird bevorzugt bei der
Herstellung von Papier, non-woven-Material und Latexfarbe eingesetzt.
Die deutsche Offenlegungsschrift 30 01 075 beschreibt den Zusatz von Kiesel
säuresol als Füllmaterial zu einem Latex, ohne daß es dadurch zu einer erhöhten
Kreidung auf der Oberfläche des mit dieser Mischung hergestellten Nadelvlies
teppichs kommt.
In DE-A 40 31 240 werden Glasfasern zur Erhöhung der chemischen Bestän
digkeit und Lagerfähigkeit mit wäßrigen Lösungen auf Kieselsolbasis vor der
Vliesherstellung beschichtet.
Die bisher hergestellten Vliese aus Polymeren, aus synthetischen oder Mineral
fasern, die mit Polymeren oder Harzen verfestigt sind, werden großtechnisch ein
gesetzt, insbesondere als Trägermaterialien für Abdeckungen. Die Anforderungen
bezüglich Festigkeit und Dimensionsstabilität bei Belastung und Temperaturein
wirkung an die Vliese sind hoch, so daß besonders darauf geachtet wurde, daß der
Faseraufbau des Vlieses, die Vorverfestigung und die chemische Endverfestigung
optimal und aufeinander abgestimmt sind. Trotz dieser Maßnahmen ist jedoch die
Dimensionsstabilität bei Belastung und Temperatureinwirkung noch ungenügend.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Vliese zur Verfügung zu
stellen, die auch unter extremer Belastung und Temperatureinwirkung ausreichend
dimensionsstabil sind, so daß sie im Bereich der Abdeckungsmaterialien wie z. B.
Dachbahnen, Dichtungsmaterialien eingesetzt werden können.
Diese Aufgabe konnte durch die erfindungsgemäßen dimensionsstabilen Vliese
gelöst werden, wobei die übrigen Eigenschaften der Vliese, wie z. B. Reißfestigkeit
und -dehnung nicht negativ beeinflußt werden.
Gegenstand der Erfindung sind Vliese aus synthetischen Fasern sowie vernetztem
Polymerisat und SiO₂ im Gewichtsverhältnis 3 : 1 bis 1 : 3, bevorzugt 2 : 1 bis 1 : 2
oder Melaminharz und SiO₂ im Gewichtsverhältnis 10 : 1 bis 1 : 1.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
Vliesen durch Vernadelung, Kalanderbehandlung oder Wärmebehandlung von aus
Polymeren oder synthetischen Fasern hergestellten Spinnvliesen oder Faservliesen,
anschließende Weiterverarbeitung dieser so behandelten Vliese mit wäßrigen
Lösungen oder Dispersionen vernetzbarer Polymerisate oder Melaminharze zu
einem Vlies mit anschließender Trocknung, wobei die Lösung oder Dispersion
zusätzlich oder anstelle eines Teiles der Polymerisate oder Melaminharze
Kieselsäuresol in einer Menge enthält, daß das Gewichtsverhältnis Polymerisat zu
SiO₂ 3 : 1 bis 1 : 3, vorzugsweise 2 : 1 bis 1 : 2 beträgt oder das Gewichtsverhältnis
Melaminharz zu SiO₂ 10 : 1 bis 1 : 1 beträgt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Trägervliese aus den erfin
dungsgemäßen Vliesen mit einer Beschichtung aus Bitumen oder PVC-Plastisol.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
Trägervliesen durch Vernadelung, Kalanderbehandlung oder Wärmebehandlung
von aus Polymeren oder synthetischen Fasern hergestellten Spinn- oder
Faservliesen, anschließende Weiterverarbeitung dieser so behandelten Vliese mit
wäßrigen Lösungen oder Dispersionen vernetzbarer Polymerisate oder
Melaminharzen und anschließende Trocknung, wobei die Lösung oder Dispersion
zusätzlich oder anstelle eines Teiles der Polymerisate oder Melaminharze Kiesel
säuresol in einer solchen Menge enthält, daß das Gewichtsverhältnis Polymerisat
zu SiO₂ 3 : 1 bis 1 : 3, vorzugswiese 2 : 1 bis 1 : 2 beträgt oder das Gewichtsverhältnis
Melaminharz zu SiO₂ 10 : 1 bis 1 : 1 beträgt, und nach der Verarbeitung das Vlies
mit Bitumen oder PVC-Plastisol bei Temperaturen von 160 bis 230°C beschichtet
wird.
Die erfindungsgemäßen Trägervliese werden bevorzugt als Abdeckungsmaterialien,
wie z. B. Dachbahnen und Dichtungsmaterialien für Dämme und Deponien verwen
det. Durch die hohe Dimensionsstabilität können diese Materialien unter extremen
Wetterbedingungen, wie insbesondere großen Temperaturschwankungen, eingesetzt
werden.
Vorzugsweise werden als synthetische Fasern, Polyesterfasern, besonders
bevorzugt Polyesterfasern auf Basis p-Terephthalsäure und Ethylenglykol einge
setzt.
Wäßrige Dispersionen vernetzbarer Polymerisate auf Basis von Styrolbutadien oder
Acrylat und verschiedenen Vernetzungskomponenten oder wäßrige Lösungen von
modifizierten Melaminharzen sind bevorzugt. Die als Binder eingesetzten
vernetzbaren Polymerisate müssen duroplastische Eigenschaften haben. Das
duroplastische Verhalten des Binders wird durch Auswahl geeigneter Monomeren
oder durch Einbau von Vernetzungskomponenten in den Polymerisaten erreicht.
Besonders bevorzugt sind daher Co- und Terpolymerisate aus Acrylsäureestern,
Acrylamiden und Acrylnitril sowie Styrol und Butadien. Zur Erzielung der
Wasserlöslichkeit sind die Melaminharze üblicherweise durch einkondensierte
Amidosulfonsäure, Caprolactam oder Diethylenglykol modifiziert.
Um eine vollständige Vernetzung der Polymere unter üblichen Trocknungsbedin
gungen zu erreichen, werden den Polymerdispersionen bevorzugt Säuren oder la
tente Säurespender und den Melaminharzlösungen bevorzugt katalytisch wirksame
pH-neutrale Salze oder latente Säurespender zugesetzt.
Durch den erfindungsgemäßen Zusatz von oder teilweisen Ersatz der Polymeri
sate/Melaminharze durch Kieselsäuresol wird die Dimensionsstabilität des Vlieses
bzw. des Abdeckungsmaterials sowohl bei Belastung als auch bei gleichzeitiger,
erhöhter Temperatureinwirkung deutlich verbessert, wobei die übrigen
Eigenschaften gleich bleiben bzw. teilweise auch verbessert werden.
Bei den hohen Mengen an zugesetztem SiO₂ war es überraschend, daß die
Vernetzung der Polymerisate nicht beeinträchtigt wird. Auch führt der SiO₂-Zusatz
nicht wie erwartet zu einer Versprödung oder Verhärtung der Vliese im Vergleich
zu Vliesen ohne SiO₂-Zusatz. Die Zugfestigkeiten und Lösungsmittelbeständig
keiten entsprechen denen ohne SiO₂-Zusatz.
Für die Herstellung der Abdeckungsmaterialien werden bevorzugt 0,5 bis
3,5 kg/m² an Beschichtungsmaterial aufgetragen.
Die bevorzugt eingesetzten Kieselsäuresole sind kolloide Lösungen von amorphem
Siliziumdioxid in Wasser, die auch als Siliziumdioxidsole oder Kieselsole
bezeichnet werden. Das Siliziumdioxid liegt dabei in Form von überwiegend
kugelförmigen und an der Oberfläche hydroxylierten Partikeln vor. Der
Partikeldurchmesser der Kolloidteilchen beträgt 1-100 nm, wobei die zur
Teilchengröße korrelierende spezifische BET-Oberfläche (bestimmt nach der
Methode von G.N.Sears, Analytical Chemistry Vol. 28, N. 12, 1981-1983,
Dezember 1956), 50-1000 m²/g beträgt.
Die alkalisch stabilisierten Kieselsäuresole besitzen einen schwach alkalischen pH-
Wert und enthalten als Alkalisierungsmittel geringe Mengen Na₂O, K₂O, Li₂O
oder Ammoniak bzw. Alkali- oder Ammoniumaluminate. Kieselsäuresole können
aber auch als semistabile kolloide Lösungen schwach sauer sein. Ferner ist es
möglich, durch Beschichtung mit Al₂(OH)₅Cl kationisch eingestellte
Kieselsäuresole einzusetzen.
Die Konzentrationen der Kieselsäuresole liegen bevorzugt bei 5 bis 60 Gew.-%
SiO₂, insbesondere bei 15 bis 50 Gew.-% SiO₂.
Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert werden.
200 Teile einer 50%igen Polymerdispersion auf Basis Butylacrylat und Acrylnitril
mit einer Vernetzungskomponente und 330 Teile Levasil® 300/30% (anionisches
Kieselsol, 300 m²/g spezifische BET-Oberfläche, 30 Gew.-% SiO₂) werden ge
mischt (Gewichtsverhältnis Polymer: SiO₂ von 1 : 1). Die Mischung wird mit
Wasser auf einen Gesamtfeststoffgehalt von ca. 20 Gew. -% verdünnt. Mit
Oxalsäure wird auf pH 3 bis 4 angesäuert.
Ein Polyester-Spinnvlies auf Basis p-Terephthalsäure und Ethylenglykol von ca.
150 g/m² wird durch einen Vernadelungsprozeß vorverfestigt.
Anschließend wird dieses Vlies in die o.g. Mischung getaucht und danach auf eine
Feuchtigkeitsaufnahme von 150 g/m² (20% Feststoff bezogen auf trockenes Vlies)
abgequetscht. Es wird bei 150 bis 160°C getrocknet.
Levasil®-Kieselsäuresol, Produkt der Bayer AG, Leverkusen
200 Teile eines Butadien/Styrol-Latex mit einem Butadien/Styrol-Verhältnis von
1 : 1,05 und mit einer Vernetzungskomponente auf Basis eines Methylolacrylamids
werden mit 178 Teilen Levasil® 100 / 45% (anionisches Kieselsol, 100 m²/g spez.
Oberfläche, 45 Gew.-% SiO₂) vermischt und mit Wasser auf einen Feststoffgehalt
von 20% verdünnt. 1,5 g Ammoniumsulfat werden in Wasser gelöst und der
Mischung zugesetzt. Unter Zugabe einer oberflächenaktiven Substanz
(Natriumdodecylbenzolsulfonat) wird die Mischung verschäumt. Der Schaum wird
auf ein Spinnvlies, hergestellt aus Polyesterendlosfäden, von ca. 170 g/m², das
vorher durch Kalandern vorverfestigt wurde, so aufgetragen, daß nach Abdrucken
und Absaugen ein Naßauftrag von ca. 170 g/m² auf dem Vlies verbleibt. Es wird
bei 150 bis 180°C getrocknet.
200 Teile einer 50%igen wäßrigen Lösung eines modifizierten Melaminharzes
werden mit 100 Teilen Levasil® 300/30% (anionisches Kieselsol, 300 m²/g spez.
Oberfläche, 30 Gew.-% SiO₂) vermischt und mit Wasser auf 20% Feststoffgehalt
verdünnt. Danach werden 4 g einer 20%igen Magnesiumsulfatlösung zugesetzt.
Ein aus Polyester-Stapelfasern durch Kardieren, Legen und Nadeln hergestelltes
Vlies von ca. 260 g/m² wird mit der o.g. Mischung getränkt und auf eine Naß
aufnahme von ca. 260 g/m² abgequetscht. Es wird bei 180 bis 200°C getrocknet.
Die Vliese aus den Beispielen 1 bis 3 werden mit Vliesen ohne SiO₂-Zusatz
verglichen. Die Vliese der Beispiele 1 und 2 haben etwa gleiche Festigkeitswerte
(bei Raumtemperatur gemessen) wie die ohne SiO₂-Zusatz. Die Dehnwerte bei
180°C der erfindungsgemäßen Vliese 1 und 2 liegen etwa 20% über den Werten
der Vliese nach dem Stand der Technik.
Der Festigkeitswert des Vlieses aus Beispiel 3 lag 10% höher als der des
entsprechenden Vlieses ohne SiO₂. Die Dehnungswerte waren etwa gleich.
Die mit den erfindungsgemäßen Vliesen hergestellten Bitumendachabdeckungen
haben ein besseres Dehnungsverhalten und eine größere Dimensionsstabilität bei
Temperatureinwirkung als die ohne SiO₂ hergestellten und mit Bitumen be
schichteten Vliese.
Claims (5)
1. Vliese aus synthetischen Fasern sowie vernetztem Polymerisat und SiO₂ im
Gewichtsverhältnis 3 : 1 bis 1 : 3, bevorzugt 2 : 1 bis 1 : 2 oder Melaminharze
und SiO₂ im Gewichtsverhältnis 10 : 1 bis 1 : 1.
2. Verfahren zur Herstellung von Vliesen durch Vernadelung, Kalanderbe
handlung oder Wärmebehandlung von aus Polymeren oder synthetischen
Fasern hergestellten Spinnvliesen oder Faservliesen, anschließende
Weiterverarbeitung dieser so behandelten Vliese mit wäßrigen Lösungen
oder Dispersionen vernetzbarer Polymerisate oder Melaminharze zu einem
Vlies mit anschließender Trocknung, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lösung oder Dispersion zusätzlich oder anstelle eines Teiles des
Polymerisates oder Melaminharzes Kieselsäuresol in einer Menge enthält,
daß das Gewichtsverhältnis Polymerisat zu SiO₂ 3 : 1 bis 1 : 3, vorzugsweise
2:1 bis 1 : 2 beträgt oder das Gewichtsverhältnis Melaminharz zu SiO₂ 10 : 1
bis 1 : 1 beträgt.
3. Trägervliese aus Vliesen gemäß Anspruch 1 mit einer Beschichtung aus
Bitumen oder PVC-Plastisol.
4. Verfahren zur Herstellung von Trägervliesen durch Vernadelung, Kalander
behandlung oder Wärmebehandlung von aus Polymeren oder synthetischen
Fasern hergestellten Spinn- oder Faservliesen, anschließende
Weiterverarbeitung dieser so behandelten Vliese mit wäßrigen Lösungen
oder Dispersionen von vernetzbaren Polymerisaten oder Melaminharzen
und anschließende Trocknung, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung
oder Dispersion zusätzlich oder anstelle eines Teiles der Polymerisate oder
Melaminharze Kieselsäuresol in einer solchen Menge enthält, daß das
Gewichtsverhältnis Polymerisat zu SiO₂ 3 : 1 bis 1 : 3, vorzugsweise 2 : 1 bis
1:2 beträgt oder das Gewichtsverhältnis Melaminharz zu SiO₂ 10 : 1 bis 1 : 1
beträgt, und nach der Verarbeitung das Vlies mit Bitumen oder PVC-
Plastisol bei Temperaturen von 160 bis 230°C beschichtet wird.
5. Verwendung der Trägervliese gemäß Anspruch 3 als Abdeckungs
materialien.
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