DE4434898C2

DE4434898C2 - Nachkondensierter Papiermaschinenfilz aus Polyamid-Grundgewebe sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4434898C2
Application number: DE4434898A
Authority: DE
Inventors: Gustav Schuetze; Juergen Spindler
Original assignee: EMS Inventa AG; Inventa AG fuer Forschung und Patentverwertung
Current assignee: Inventa AG fuer Forschung und Patentverwertung; Uhde Inventa Fischer AG
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2014-09-30
Also published as: DE59406031D1; DE4434898A1

Description

Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen angegebenen Gegenstand.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen nachkondensierten Papiermaschinen filz aus einem Polyamid-Grundgewebe sowie einer aufgenadelten Polyamid- Deckschicht.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erhöhung des Molekularge wichts der vorgenannten Papiermaschinenfilze.

Papiermaschinenfilze bestehen üblicherweise aus einem Grundgewebe auf dem ein vorgenadelter Vliesstoff aufgenadelt ist. Prinzipiell ist es hierbei auch möglich, Spinnvliese anstelle trockengelegter Vliesstoffe zu verwenden.

In der DE-A-40 27 063 wird ein Verfahren zur Herstellung von besonders hochmolekularen Polyamidfasern durch Nachkondensation beschrieben. Nachteil dieser nachkondensierten Fasern ist, daß sie sich schlecht verarbei ten lassen, weil sie auf Grund ihrer hohen Molekulargewichte sehr steif sind. Ein Nachteil dieses Verfahrens zum Nachkondensieren von Polyamid-Fasern ist bekannt, die Fasern müssen zusätzlich einem Nachaktvierungsprozeß unterzogen werden, da sonst die Weiterverarbeitbarkeit nicht gewährleistet ist.

Auch ist es aufwendig in einem separaten Prozeß Polyamid-Fasern und Monofile nachzukondensieren.

Es müssen daher kapitalintensive Prozesse vorgenommen werden.

Faser: Imprägnieren, Zwischentrocknen, Nachkondensieren, Nachavi vieren,

Monofile: Spulen, Imprägnieren, Zwischentrocknen, Nachkondensieren, Spulen um sowohl Fasern wie auch Monofile nachzukondensie ren.

Es muß daher mehr Energie für die Kardierung und Vernadelung aufgebracht werden und durch diesen erhöhten Energieaufwand erhöht sich auch die Gefahr der Faserschädigung während der Verarbeitung.

Weiterhin muß berücksichtigt werden, daß nachkondensierte Fasern im Filz kaum noch nachfixiert werden können, d. h. Spannungen, die in der Faser während der Verarbeitung aufgebaut werden, können nicht vollständig besei tigt werden. Dies begünstigt das sogenannte Fiber Shedding, d. h. das Heraus arbeiten größerer Faserbruchstücke oder gar ganzer Fasern aus dem Filz.

Nachkondensierte Fasern besitzen zudem praktisch keinen Thermoschrumpf mehr. Die Filze können sich während des Fixierprozesses, der auch für das Grundgewebe notwendig ist, nicht mehr vorverdichten. Dies kann dazu führen, daß die Faserverankerung nicht optimal ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung Papiermaschinenfilze bereitzustellen, die eine hohe Chemikalienbeständigkeit, eine höhere Luftdurchlässigkeit und eine bessere Abriebbeständigkeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch den nachkondensierten Papiermaschinenfilz gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung enthalten.

Zunächst ist es für den Fachmann nicht selbstverständlich, daß ein Qualitäts unterschied zwischen einem Papiermaschinenfilz aus nachkondensierten Fa sern gemäß dem Stand der Technik und einem nachkondensierten Papierma schinenfilz gemäß der Erfindung existiert.

Zu erwarten ist allerdings, daß durch die gleichzeitige Nachkondensation des Grundgewebes aus Monofilamenten und/oder Multifilamenten ein gewisser Vorteil entsteht. Normalerweise ist aber die Beständigkeit des Grundgewebes kein Problem.

Es wurde aber festgestellt, daß überraschenderweise bei Versuchen auf der Filztestpresse (siehe auch die weiter unten stehende Tabelle 1) signifikante Unterschiede zwischen Standardfilzen und den erfindungsgemäßen nachkon densierten Papiermaschinenfilzen resultieren. Der nachkondensierte erfin dungsgemäße Filz zeigt eine deutlich geringere Änderung der Luftdurchlässig keit während des Tests im Vergleich zu dem Filz aus nachkondensierten Fasern, wobei jedoch der Endwert bei beiden Filzen ähnlich ist. Dieses ist für die Papierherstellung vorteilhaft, da die Einlaufzeit verkürzt wird und die Filzeigenschaften sich während der Laufzeit weniger ändern.

Überraschend war ebenfalls die Feststellung, daß die beiden Filze sich auch hinsichtlich Faserverlust deutlich unterscheiden.

Insgesamt wurde also festgestellt, daß überraschenderweise ein erfindungs gemäßer nachkondensierter Papiermaschinenfilz die geforderten guten Bestän digkeiten gegen Chemikalien und Abrasion aufweist, wenn er eine Lösungs viskosität von mindestens 5, gemessen bei 20°C (nach DIN 53 727) in Schwefelsäure besitzt.

Die Polyamidfäden des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nachkondensier ten Papiermaschinenfilzes bestehen insbesondere aus aliphatischen oder teilaromatischem Polyamid bzw. Copolyamid, wobei die aliphatischen auf ω- Aminocarbonsäuren, Lactamen oder aliphatischen Diaminen und aliphatischen Dicarbonsäuren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, und die teilaromatischen auf aliphatischen Monomeren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen basieren. Hierbei sind Polyamid 4, Polyamid 6, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 46, Poly amid 66, Polyamid 610, Polyamid 612, Polyamid 1212, Polyamid 10T und Polyamid 12T bevorzugt.

Als Nachkondensationskatalysatoren werden anorganische Phosphorver bindungen, bevorzugt Salze oder Ester der phosphorigen Säure oder Ortho phosphorsäure oder die Säuren selbst, eingesetzt, wobei H₃PO₄, H₃PO₃, Na₂HPO₄ · 12H₂O, Na₂HPO₃ · 5H₂O und NaH₂PO₄ besonders bevorzugt sind.

Die textilen Gewebe werden imprägniert, wobei die reine Katalysatormenge ma ximal 0,5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 0,3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 Gew.-%, bezogen auf die nachzukondensierende Textilmenge beträgt, und die Katalysatoren bevorzugt in Form einer wäßrigen Lösung appliziert werden.

Die Nachkondensation wird bei Temperaturen von 160 bis 200°C, bevorzugt bei 170 bis 190°C, in Inertgasatmosphäre oder im Vakuum während 5 bis 48 Stunden, bevorzugt 6 bis 24 Stunden, besonders bevorzugt 8 bis 12 Stunden, durchgeführt.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird das textile Gebilde mit Mengen von 0,2 Gew.-% H₃PO₄ oder H₃PO₃, in Form wässerigen Lösungen, versehen, und bei 180°C im Vaku um 8 Stunden lang nachkondensiert.

Der erfindungsgemäße Papiermaschinenfilz aus Polyamidfäden besitzt bei 20°C eine relative Lösungsviskosität, gemessen als 1%ige Lösung in 98%iger Schwefelsäure (DIN 53 727), von mindestens 5, bevorzugt minde stens 6, besonders bevorzugt mindestens 6,5, ganz besonders bevorzugt mindestens 7. Die Polyamidfäden sind insbesondere solche aus ω-Aminocar bonsäuren oder Lactamen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen oder aus aliphati schen Diaminen und aliphatischen Dicarbonsäuren mit 4 bis 12 Kohlenstoff atomen. Hierbei sind Polyamid 4, Polyamid 6, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 46, Polyamid 66, Polyamid 610, Polyamid 612 und Polyamid 1212 bevorzugt.

Eine andere Ausführungsform umfaßt teilaromatische Polyamide bzw. Co polyamide aus aliphatischen Monomeren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen und aromatischen Monomeren mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, insbesondere Polyamid 10T und Polyamid 12T.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß zuerst aus einfach zu verarbei tenden niederviskosen Polyamidfäden ohne Faserschädigung in an sich be kannter Weise ein textiles Gebilde hergestellt werden kann, dessen Molekular gewicht dann erfindungsgemäß durch Nachkondensation auf eine relative Lösungsviskosität in Schwefelsäure von mindestens 5 erhöht wird, wobei gleichzeitig die Kristallinität erhöht und die Form des textilen Gewebes fixiert wird.

Die nachfolgenden Beispiele zeigen Ausführungsformen der Erfindung ohne sie darauf zu beschränken.

Beispiel 1 Nachkondensation eines Papiermaschinenfilzes

Ein Stück eines Papiermaschinenfilzes der Maße 1 × 0,5 m, bestehend aus einem Grundgewebe aus Polyamid 6-Monofil (ηrel = 3,4 ± 0,1) und einem aufgenadelten Vlies als Deckschicht aus Polyamid 6-Fasern (Grilon® TM26R, ηrel = 3,4 ± 0,1, gemessen als 1%ige Lösung in 98%iger Schwefelsäure gemäß DIN 53 727 bei 20 °C) wurde mit einer wäßrigen Lösung von phos phoriger Säure (0,2 Gew.-%, bezogen auf das Filzgewicht) imprägniert. Nach Trocknen an der Luft wurde 16 Stunden lang in einem Laborautoklaven unter Vakuum bei 180°C nachkondensiert. Die Lösungsviskosität dieses nachkon densierten Papiermaschinenfilzes betrug in Schwefelsäure 10,5 ± 0,5.

Beispiel 2

Ein Papiermaschinenfilz mit den Maßen 2 × 0,2 m bestehend aus einem Grundgewebe aus Polymid 6-Zwirn (Monofil) (ηrel = 3,4) und einem aufgena delten Vlies als Deckschicht aus Polyamid 6-Fasern (Grilon® TM262R, 17 dtex, 90 mm) wurde mit einer wäßrigen Lösung von phosphoriger Säure (0,24%) bei 98°C während 30 Minuten in einem Färbereiautoklaven im prägniert. Danach wurde der Filz bei 60°C während 18 Stunden getrocknet. Die Nachkondensation wurde in einem Vakuumofen bei 180°C während 16 Stunden durchgeführt. Die Analysendaten dieser Probe (Probe 2) sind in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.

Vergleichsbeispiele

Probe 3 besteht aus einem Filz aus TM262R.

Probe 4 besteht aus einem Filz aus TM262R, wobei die Fasern nachkon densiert wurden (30 Minuten, 98°C; 16 Stunden, 180°C, Vakuum) relative Viskosität der Fasern 7, 8.

Versuchsbedingungen

Drei Filze wurden nach dem Schema in Fig. 1 für die Tests hergestellt. Proben 3 und 4 wurden als Standardfilze betrachtet und Filz 2 wurde folgen dermaßen behandelt:

Der Filz wurde in einem Färbereiautoklav bei 98°C während 30 Minuten mit 0,24% Säurelösung imprägniert. Danach ist dieser bei 60°C während 18 Stunden getrocknet worden. Die Nachkondensation wurde in einem Vakuum ofen bei 180°C während 16 Stunden durchgeführt (siehe Beispiel 2).

Analysen und Resultate

Die relativen Viskositäten der Fasern und der Monofilamente wurden in 1%iger Schwefelsäure gemessen.

Tabelle 2

Filztestpresse

Die Filze wurden auf der Filztestpresse FTP-EMS getestet.

Bei dem Test wird ein Testfilz von 2 × 0,2 m in zwei Spannzangen einge spannt. Die Spannzangen sind durch ein Seil unter der Maschine miteinander verbunden und werden beim Test hin und her gezogen. Der Test besteht aus den Teilschritten, Drucktest, Drucktest mit Hochdruckdusche und Abrasion stest. Beim Drucktest wird der Filz mittels eines Druckwalzenpaars hin und her bewegt (Fig. 2a). Während des ganzen Tests vor und nach dem Preßspalt wird der Filz dauernd benetzt. Der Liniendruck des Druckwalzenpaars kann zwischen 0 und 300 kN/m eingestellt werden. Als Maß für die Verdichtung des Filzes werden die Dicke und die Luftdurchlässigkeit nach verschiedenen Preßdurchgängen bestimmt.

Beim Drucktest mit Hochdruckdusche (HD-Dusche) wird der Filz vor und nach dem Preßspalt mit einer oszillierenden Hochdruckdusche (Wasserdruck 40 bar) benetzt (Fig. 2b). Der Einfluß der HD-Dusche wird optisch beurteilt und die herausgearbeiteten Fasern, die in einem Filter gesammelt werden, werden gewogen.

Beim Abrasionstest mit Keramikleisten wird eine "Keramikleisten-Imitations walze" gebraucht (Fig. 3). In Querrichtung auf dieser Walze sind Spalten ausgefräst, so daß die verbleibenden Stege die Form von Saugerleisten haben. Beim Test wird das Filzmuster durch den Seilzug unter der schnellau fenden Abrasionswalze hin und her gezogen. Das Verhalten der Filze gegen Abrasion wird mikroskopisch und durch Messung der abgeriebenen Fasermen ge beurteilt.

Testablauf

A. Waschen und fixieren.
B. 100 × Druckwalzen (DW) bei 150 kg/cm Liniendruck.
C. + 2700 × DW = 2800 × DW
D. 200 × Hochdruckdusche (HD) mit 40 bar Wasserdruck und Druckwal zen bei 150 kg/cm.
E. + 800 × HD = 1000 HD.
F. 500 × Abrasionswalze.

An einem Prüfling werden nacheinander die Behandlungen A bis F durch geführt. Anschließend werden Filzdicke, Luftdurchlässigkeit und Faserverlust im Vergleich zur unbehandelten Probe gemessen.

Resultate

In Tabelle 1 sind die Resultate der mit der Filztestpresse bearbeiteten Proben zu finden.

Die Dicke des nachkondensierten Filzes (Probe 2) ändert sich durch den Testlauf am wenigstens. Probe 2 besitzt nach dem Test die größte Dicke.

Die Luftdurchlässigkeit der Standardfilze (Proben 3 und 4) ist sowohl im unfixierten als auch im fixierten Zustand höher gegenüber dem nachkon densierten Filz (Probe 2).

Die Änderung der Luftdurchlässigkeit durch die Behandlung auf der Filztest presse ist beim nachkondensierten Filz (Probe 2) am geringsten, d. h. Probe 2 besitzt über den gesamten Prüfzyklus die gleichmäßigsten Eigenschaften.

Der Faserverlust der Vergleichsfilze ist mit 30 g/m² (Probe 3) bzw. 26 g/m² deutlich höher als beim nachkondensierten Filz (Probe 2, 21 g/m²).

Claims

1. Nachkondensierter Papiermaschinenfilz aus einem Polyamid-Grundge webe sowie einer aufgenadelten Polyamid-Deckschicht, dadurch gekenn zeichnet, daß der Papiermaschinenfilz eine relative Lösungsviskosität in Schwefelsäure nach DIN 53 727 von mindestens 5 besitzt.

2. Papiermaschinenfilz nach Anspruch 1, der eine relative Lösungsviskosität in Schwefelsäure von mindestens 6, bevorzugt mindestens 6,5, besonders bevorzugt von mindestens 7, besitzt.

3. Papiermaschinenfilz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyamid ein aliphatisches Polyamid oder Copolyamid aus w-Aminocar bonsäuren oder Lactamen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, bevorzugt Polyamid 4, Polyamid 6, Polyamid 11 oder Polyamid 12, ist.

4. Papiermaschinenfilz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyamid ein aliphatisches Polyamid oder Copolyamid aus aliphatischen Diaminen und aliphatischen Dicarbonsäuren mit 4 bis 12 Kohlenstoffato men, bevorzugt Polyamid 46, Polyamid 66, Polyamid 610, Polyamid 612 oder Polyamid 1212, ist.

5. Papiermaschinenfilz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyamid ein teilaromatisches Polyamid oder Copolyamid aus aliphati schen Monomeren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen und aromatischen Monomeren mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, bevorzugt Polyamid 10T oder Polyamid 12T, ist.

6. Verfahren zur Erhöhung des Molekulargewichts von Papiermaschinenfilzen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Papiermaschinenfilz mit einer Lösung von Nachkondensationskatalysa toren imprägniert, anschließend trocknet und nachfolgend unter Sauerstoff ausschluß unterhalb des Schmelzpunktes des Polyamids in fester Phase thermisch nachkondensiert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Nach kondensationskatalysatoren anorganische Phosphorverbindungen, bevorzugt phosphorige Säure, Orthophosphorsäure, deren Salze oder Ester, besonders bevorzugt H₃PO₄, H₃PO₃, Na₂HPO₄ · 12H₂O, Na₂HPO₃ · 5H₂O oder NaH₂PO₄, einsetzt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Nach kondensationskatalysatoren als wäßrige Lösungen auf den Papiermaschi nenfilz appliziert.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kataly satormenge von maximal 0,5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 0,3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 Gew.-%, bezogen auf die nachzukondensierende Papiermaschinenfilzmenge einsetzt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Nachkondensation bei Temperaturen von 160 bis 200°C, bevorzugt bei 170 bis 190°C, in Inertgasatmosphäre oder Vakuum durchführt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Nachkondensation über einen Zeitraum von 5 bis 48 Stunden, bevorzugt 6 bis 24 Stunden, besonders bevorzugt 8 bis 12 Stunden, durchführt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 11, dadurch ge kennzeichnete daß der Papiermaschinenfilz mit 0,2 Gew.-% H₃PO₄ oder H₃PO₃, bezogen auf die nachzukondensierende Menge des textilen Gebildes, in Form einer wäßrigen Lösung versehen und bei 180°C im Vakuum 8 Stunden lang nachkondensiert wird.