DE60008600T2

DE60008600T2 - Schmelzgesponnener polyester-vliesstoff

Info

Publication number: DE60008600T2
Application number: DE60008600T
Authority: DE
Inventors: Vishal Bansal; C. Michael DAVIS; N. Edgar RUDISILL
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: KR20020061648A; EP1248874B1; US6548431B1; DE60008600D1; EP1248874A1; CN100385057C; CN1411520A; WO2001046507A1; CA2389781A1; JP2003518206A; MXPA02006092A; JP4614606B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Vliesfaserstrukturen und spezieller textile Flächengebilde und flächige Strukturen, die aus schmelzgesponnenen Polyester-Feinfasern erzeugt werden und ohne Weben oder Wirken zusammenhalten.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN GEBIETS
Vliesfaserstrukturen hat es seit vielen Jahren gegeben und es gibt heute eine Vielzahl verschiedener Vliesstofftechnologien, die kommerziell angewendet werden. Vliesstofftechnologien werden weiterhin entwickelt, wo man nach neuen Anwendungen und Wettbewerbsvorteilen sucht. Vliesstoff-Flächengebilde werden üblicherweise aus schmelzgesponnenen thermoplastischen Polymerfasern erzeugt.
Schmelzgesponnene Fasern sind Fasern mit kleinem Durchmesser, die durch Extrudieren von schmelzflüssigem thermoplastischem Polymermaterial als Filamente aus einer Vielzahl von feinen und in der Regel kreisrunden Spinndüsenkapillaren erzeugt werden. Schmelzgesponnene Fasern sind in der Regel endlos und haben normalerweise einen mittleren Durchmesser von mehr als etwa 5 Mikrometer. Endlose Spinnvliesfasern sind im Wesentlichen unter Anwendung von Schmelzspinnprozessen mit hoher Geschwindigkeit erzeugt worden, wie beispielsweise die Hochgeschwindigkeits-Spinnprozesse, die in den US-P-3802817, 5545371 und 5885909 offenbart wurden. In einem Hochgeschwindigkeits-Schmelzspinnprozess liefern ein oder mehrere Extruder schmelzflüssiges Polymer zu einem Spinnaggregat, wo das Polymer beim Durchlaufen durch eine Reihe von Kapillaröffnungen unter Erzeugung eines Vorhanges von Filamenten zerfasert wird. Die Filamente werden nach dem Verlassen der Kapillaren teilweise in einer Luftkühlzone gekühlt. Die Filamente können pneumatisch verstreckt werden, um ihre Größe zu verringern und den Filamenten eine erhöhte Festigkeit zu vermitteln.
Vliesstoff-Flächengebilde sind aus der Schmelze durch Verspinnen von in der Schmelze spinnfähigen Polymeren erzeugt worden, wie beispielsweise Polyethylen, Polypropylen und Polyester. Entsprechend dem Schmelzspinnprozess werden die schmelzgesponnenen Fasern konventionell auf einem sich bewegenden Gewebeband, Gitterstoff oder anderen Faserlagen abgelegt. Die abgelegten Fasern werden normalerweise miteinander unter Erzeugung eines flächigen Gebildes von im Wesentlichen endlosen Fasern gebondet.
Polyesterpolymere, die aus der Schmelze versponnen worden sind, um Vliesstoff-Flächengebilde zu erzeugen, schließen Poly(ethylenterephthalat) ein. Die Grenzviskosität von Poly(ethylenterephthalat)polyester, der beim Schmelzspinnen derartiger Vliesstoffstrukturen verwendet worden ist, hat im Bereich von 0,65 bis 0,70 dl/g gelegen. Die Grenzviskosität oder "IV" eines Polymers ist ein Indikator für die Molmasse des Polymers, wobei ein höherer IV-Wert für eine höhere Molmasse kennzeichnend ist. Poly(ethylenterephthalat) mit einem IV-Wert unterhalb von etwa 0,62 dl/g wird als Polyester mit "geringem IV" bezeichnet. Polyester mit geringem IV sind in der Vergangenheit zum Schmelzspinnen von Faserstoff-Flächengebilden nicht verwendet worden. Dieses ist darauf zurückzuführen, dass Polyester mit geringem IV als zum Schmelzspinnen von Filamenten zu schwach angesehen wurde, die sich wirkungsvoll ablegen und unter Erzeugung von Vliesstoff-Flächengebilden bonden ließen. Von den aus Polyestern mit niedrigem IV schmelzgesponnenen Fasern hat man erwartet, dass sie zu schwach und diskontinuierlich sind, um dem Hochgeschwindigkeitsprozess Stand zu halten, mit dem schmelzgesponnene Flächengebilde erzeugt werden. Darüber hinaus erwartet man von schmelzgesponnenen Vliesstoff-Flächengebilden aus Polyestern mit niedrigem IV, dass sie eine geringe Festigkeit aufgrund der kürzeren Polymerketten von Polyestern mit niedrigem IV haben, die eine geringere Wechselwirkung untereinander ausüben als die längeren Polymerketten in den aus Polyester mit regulärem IV gesponnenen Fasern ausüben.
Es sind Poly(ethylenterephthalat)-Fasern mit geringer Grenzviskosität extrudiert und über Aufhaspelmaschinen auf Garnspulen aufgenommen worden. Beispielsweise offenbart die US-P-5407621 ein 0,5 Denier pro Filament (dpf)-Garnbündel, das mit einer Spinngeschwindigkeit von 4,1 km/min von Poly(ethylenterephthalat) mit einem IV von 0,60 dl/g gesponnen wurde. Die US-P-4818456 offenbart ein 2,2 dpf-Garnbündel, das aus Poly(ethylenterephthalat) mit einem IV von 0,58 dl/g bei einer Spinngeschwindigkeit von 5,8 km/min gesponnen wurde. Obgleich Poly(ethylenterephthalat)-Fasern und -Garne aus Polyester mit niedrigem IV hergestellt worden sind, sind starke Vliesstoff-Flächengebilde mit Filamenten mit geringer Denier-Zahl aus Poly(ethylenterephthalat)-Polyester mit geringem IV nicht schmelzgesponnen worden.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung gewährt ein Verfahren zum Herstellen eines Vliesstoff-Flächengebildes aus weitgehend kontinuierlich schmelzgesponnenen Fasern, umfassend die Schritte: extrudieren von schmelzspinnfähigem Polymer, das mindestens 30 Gew.-% Poly(ethylenterephthalat) enthält und eine Grenzviskosität kleiner als 0,62 dl/g hat; durch eine Vielzahl von Kapillaröffnungen in einem Spinnblock, um weitgehend kontinuierliche Faserfilamente zu erzeugen; verstrecken der extrudierten Faserfilamente durch Zuführen der extrudierten Faserfilamente in eine Spinndüse, so dass eine Zugspannung auf die Faserfilamente aufgebracht wird, wobei in die Spinndüse einbezogen sind: ein Faserzutritt, eine Faserpassage, wo ein Luftstrahl die Filamente in die Richtung zieht, in der sich die Filamente bewegen, und einen Faseraustritt, durch den die verstreckten Filamente aus der Spinndüse ausgetragen werden; austragen der verstreckten Faserfilamente weitgehend als Endlosfaserfilamente durch den Faseraustritt der Spinndüse in einer Abwärtsrichtung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 6.000 m/min; ablegen der Faserfilamente, die aus dem Faseraustritt der Spinndüse ausgetragen wurden, auf eine Aufnahmeoberfläche, wobei die Faserfilamente eine mittlere Querschnittfläche haben, die kleiner ist als etwa 90 Quadratmikrometer; und miteinander die Faserfilamente verkleben, um ein Vliesstoff-Flächengebilde zu erzeugen. Das Vliesstoff-Flächengebilde hat eine flächenbezogene Masse von kleiner als 125 g/m² und eine Einspannzugfestigkeit sowohl in der Faserlaufrichtung als auch in der Querrichtung auf die flächenbezogene Masse normiert und gemessen nach dem Standard ASTM D 5034 von mindestens 0,7 N/(g/m²).
Vorzugsweise haben mindestens 75 Gew.-% der Faserfilamente des Vliesstoff-Flächengebildes als Hauptkomponente Poly(ethylenterephthalat) mit einer Grenzviskosität von weniger als 0,62 dl/g. Die Grenzviskosität des Poly(ethylenterephthalats) liegt mehr bevorzugt im Bereich von 0,40 bis 0,60 dl/g und am meisten bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,58 dl/g. Die Faserfilamente des Vliesstoff-Flächengebildes haben eine mittlere Denier-Schwankung, wie anhand des Variationskoeffizienten gemessen wird, von nicht mehr als 25%. Das Vliesstoff-Flächengebilde hat vorzugsweise eine Abkochschwindung von weniger als 5%.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können die verstreckten Faserfilamente durch den Faseraustritt der Spinndüse in einer Abwärtsrichtung mit einer Geschwindigkeit von mehr als 7.000 oder 8.000 m/min ausgetragen werden. Der Faseraustritt der Spinndüse ist vorzugsweise von den Kapillaröffnungen in dem Spinnblock um eine Distanz von mindestens 30 cm entfernt, wobei die Faserfilamente bevorzugt von einem Kühlluftstrom mit einer Temperatur im Bereich von 5° bis 25°C abgeschreckt werden, wenn sich die Faserfilamente von den Kapillaröffnungen in dem Spinnblock zum Faseraustritt der Spinndüse bewegen. Ferner werden die Faserfilamente beim Austragen aus dem Faseraustritt der Spinndüse vorzugsweise von einer Verlängerungsplatte geführt, die sich von der Spinndüse in einer parallelen Richtung zu der Richtung der Fasern erstreckt, die aus dem Faseraustritt in der Spinndüse ausgetragen werden, wobei die Faserfilamente innerhalb von 1 cm der Verlängerungsplatte über eine Distanz von mindestens 5 cm laufen.
Die Erfindung gewährt ebenfalls ein Vliesstoff-Flächengebilde, das mindestens 75 Gew.-% der schmelzgesponnenen und im Wesentlichen Endlosfasern (A) aufweist, die mindestens aus 30 Gew.-% Poly(ethylenterephthalat) bestehen und eine Grenzviskosität von kleiner als 0,62 dl/g haben, wobei die Fasern eine mittlere Querschnittfläche von kleiner als etwa 90 Quadratmikrometer haben. Das Vliesstoff-Flächengebilde hat eine flächenbezogene Masse von kleiner als 125 g/m² und eine Einspannzugfestigkeit sowohl in Faserlaufrichtung als auch in Querrichtungen, normiert auf die flächenbezogene Masse und gemessen nach dem Standard ASTM D 5034, von mindestens 0,7 N/(g/m²). Vorzugsweise haben die Fasern (A) als Hauptkomponente Poly(ethylenterephthalat) mit einer Grenzviskosität von kleiner als 0,62 dl/g und mehr bevorzugt im Bereich von 0,40 bis 0,60 dl/g und am meisten bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,58 dl/g.
Die Fasern (A) des Vliesstoff-Flächengebildes der Erfindung können mehrkomponentige Fasern sein, worin eine der Komponenten hauptsächlich Poly(ethylenterephthalat) ist. Eine andere Komponente der Fasern (A) kann Polyethylen sein. Das Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung kann als ein Wischmaterial verwendet werden. Die Erfindung richtet sich ebenfalls auf Verbundstoff-Flächengebilde, worin eine Lage des Flächengebildes aus dem Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung besteht, das hierin beschrieben wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird besser anhand einer detaillierten Erläuterung der Erfindung unter Einbeziehung von Zeichnungen verstanden. In diesem Sinne sind Zeichnungen beigefügt, die zur Erläuterung der Erfindung besonders geeignet sind. Es gilt als selbstverständlich, dass diese Zeichnungen ausschließlich der Erläuterung dienen und nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind. Die Zeichnungen werden nun kurz beschrieben:
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Apparats zur Herstellung des Vliesstoff-Flächengebildes der Erfindung;
2 ist eine schematische Veranschaulichung eines Teils eines erfindungsgemäßen Apparates für die Herstellung des Vliesstoff-Flächengebildes der Erfindung; und
3 ist eine vergrößerte Querschnittansicht einer Mantel-Kern-Bikomponentenfaser.
DEFINITIONEN
Der hierin verwendet Begriff "Polymer" schließt allgemein ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: Homopolymere, Copolymere (wie beispielsweise Block-, Pfropf-, Random- und alternierende Copolymere), Terpolymere, usw. sowie Blends und Modifikationen davon. Sofern nicht speziell eingeschränkt, sollen in den Begriff "Polymer" ferner alle möglichen geometrischen Konfigurationen des Materials einbezogen sein. Diese Konfigurationen schließen isotaktische, syndiotaktische und Random-Symmetrien ein, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Der hierin verwendete Begriff "Polyethylen" soll nicht nur Homopolymere von Ethylen umfassen, sondern auch Copolymere, worin mindestens 75% der repetierenden Einheiten Ethylen-Einheiten sind.
Der hierin verwendete Begriff "Polyester" soll Polymere umfassen, worin mindestens 85% der repetierenden Einheiten Kondensationsprodukte von Carbonsäuren und Dihydroxyalkoholen mit Polymer-Verknüpfungen sind, die durch Bildung einer Estereinheit erzeugt werden. Dieses schließt aromatische, aliphatische, gesättigte und ungesättigte Säure und Dialkohole ein, ohne auf diese beschränkt zu sein. Der hierin verwendete Begriff "Polyester" schließt ebenfalls Copolymere ein (wie beispielsweise Block-, Pfropf-, Random- und alternierende Copolymere), Blends und Modifikationen davon. Ein allgemeines Beispiel für einen Polyester ist Poly(ethylenterephthalat), bei dem es sich um ein Kondensationsprodukt von Ethylenglykol und Terephthalsäure handelt.
Der hierin verwendete Begriff "Poly(ethylenterephthalat)" soll Polymere und Copolymere umfassen, worin die Mehrheit der repetierenden Einheiten Kondensationsprodukte von Ethlyenglykol und Terephthalsäure mit Polymer-Verknüpfungen sind, die durch Bildung einer Estereinheit erzeugt werden.
Der hierin verwendete Begriff "schmelzgesponnene Fasern" bedeutet Fasern mit kleinem Durchmesser, die durch Extrudieren von schmelzflüssigem thermoplastischem Polymermaterial als Filamente von einer Vielzahl von feinen und in der Regel runden Kapillaren einer Spinndüse erzeugt werden, wobei der Durchmesser der extrudierten Filamente dann rasch abnimmt. Schmelzgesponnene Fasern sind in der Regel endlos und haben einen mittleren Durchmesser, der größer ist als etwa 5 Mikrometer.
Der hierin verwendete Begriff "textiles Vliesstoff-Flächengebilde, Flächengebilde oder Bahn" bedeutet eine Struktur von einzelnen Fasern oder Fäden, die in regelloser Weise angeordnet sind, um ein ebenes Material ohne ein identifizierbares Muster wie bei einer Wirkware zu bilden.
Wie hierin verwendet, bedeutet die "Faserlaufrichtung" die Längsrichtung innerhalb der Ebene eines Flächengebildes, d. h. die Richtung, in der das Flächengebilde erzeugt wird. Die "Querrichtung" ist die Richtung innerhalb der Ebene des Flächengebildes, die im Wesentlichen senkrecht zur Faserlaufrichtung steht.
Der hierin verwendete Begriff "einstückiges, faseriges Flächengebilde" bedeutet gewebte oder nichtgewebte textile Flächengebilde oder flächige Erzeugnisse, die aus den gleichen Arten von Fasern oder Fasermischungen in der gesamten Struktur erzeugt werden, worin die Fasern eine weitgehend homogene Lage bilden, die frei ist von unterscheidbaren Laminierungen oder andere Trägerstrukturen.
Der hierin verwendete Begriff "Wischmaterial" bedeutet gewebte oder nichtgewebte textile Flächengebilde, die aus einer oder mehreren Lagen von Fasern erzeugt werden, die zur Entfernung von Partikel oder Flüssigkeiten von einem Gegenstand verwendet werden.
PRÜFMETHODEN
In der vorstehend ausgeführten Beschreibung und in den nichteinschränkenden Beispielen, die folgen, wurden die folgenden Prüfmethoden eingesetzt, um verschiedene aufgezeichnete Charakteristiken und Eigenschaften zu bestimmen. ASTM bezeichnet die "American Society for Testing and Materials", INDA bezeichnet die "Association of the Nonwovens Fabric Industry", IEST bezeichnet das "Institute of Environmental Sciences and Technology" und AATCC bezeichnet die "American Association of Textile Chemists and Colorists".
Faserdurchmesser wurde mit Hilfe der Lichtmikroskopie gemessen und wird als Mittelwert in Mikrometer angegeben.
Variationskoeffizient (CV) ist ein Maß für die Variation in einer Reihe von Zahlen und wird folgendermaßen berechnet:
Faserfeinheit ist das Gewicht in Gramm von 9.000 Meter der Faser und wurde unter Verwendung des Durchmessers der Fasern berechnet, der mit Hilfe der Lichtmikroskopie gemessen wurde, sowie unter Verwendung der Polymerdichte, und wird in Denier angegeben.
Faser-Querschnittfläche wurde unter Verwendung des Durchmessers der Fasern mit Hilfe der Lichtmikroskopie auf der Grundlage eines runden Faserquerschnittes berechnet und wird in Quadratmikrometern angegeben.
Sinngeschwindigkeit ist die maximale Geschwindigkeit, die von den Faserfilamenten während des Spinnprozesses erreicht wird. Die Spinngeschwindigkeit wird aus dem Polymerdurchsatz pro Kapillaröffnung, ausgedrückt in g/min, und der Faserfeinheit, ausgedrückt in g/9.000 m (1 Denier = 1 g/9.000 m) nach der folgenden Gleichung berechnet:
Dicke ist der Abstand zwischen der einen Oberfläche eines Flächengebildes und der gegenüberliegenden Oberfläche des Flächengebildes und wird nach dem Standard ASTM D 5729-95 gemessen.
Flächenbezogene Masse ist ein Maß für die Masse pro Flächeneinheit eines textilen Flächengebildes oder Flächenerzeugnisses und wurde nach dem Standard ASTM D 3776 ermittelt, der hiermit als Fundstelle einbezogen ist, und wird in g/m² angegeben.
Einspannzugfestigkeit ist ein Maß für die Reißfestigkeit eines Flächenerzeugnisses und wurde nach dem Standard ASTM D 5034 ermittelt, der hiermit als Fundstelle einbezogen ist, und wird in Newton angegeben.
Dehnung eines flächigen Erzeugnisses ist ein Maß für den Betrag, um den sich ein flächiges Erzeugnis vor dem Versagen (Reißen) in einem Einspannzugfestigkeitsversuch streckt, der nach dem Standard ASTM D 5034 ausgeführt wird und der hiermit als Fundstelle einbezogen ist; der Wert wird in Prozent angegeben.
Hydrostatischer Druck ist ein Maß für den Widerstand des flächigen Erzeugnisses gegenüber Durchdringung mit flüssigem Wasser unter einem statischen Druck. Der Versuch wurde nach dem Standard AATCC-127 ausgeführt, der hiermit als Fundstelle einbezogen ist; die Werte werden in cm angegeben. In der vorliegenden Patentanmeldung wurden die nichtgehaltenen hydrostatischen Drücke an den verschiedenen Beispielen der flächigen Erzeugnisse in einer solchen Weise gemessen, dass, wenn die flächigen Erzeugnisse keine ausreichende Zahl starker Fasern aufwiesen, die Messung nicht erreichbar war. Damit ist das bloße Vorhandensein eines nichtgehaltenen hydrostatischen Druckes auch ein Hinweis dafür, dass das flächige Erzeugnis über eine Eigenfestigkeit verfügt, den hydrostatischen Druck zu halten.
Frazier-Durchlässigkeit ist ein Maß für die Luftmenge, die ein flächiges Erzeugnis unter einer statischen Druckdifferenz zwischen den Oberflächen des Flächenerzeugnisses durchströmt; die Messung wurde nach dem Standard ASTM D 737 ausgeführt, der hiermit als Fundstelle einbezogen ist; der Wert wird in m³/min/m² angegeben.
Wassereindringversuch ist ein Maß für den Widerstand eines flächigen Erzeugnisses gegen das Eindringen von Wasser durch Aufschlag; der Versuch wurde nach dem Standard AATCC 42-1989 ausgeführt und ist hiermit als Fundstelle einbezogen; die Werte werden in Gramm angegeben.
Blut-Durchschlagversuch liefert ein Maß für den Widerstand eines flächigen Erzeugnisses gegen das Durchdringen von synthetischem Blut unter kontinuierlich zunehmendem mechanischen Druck und wurde nach dem Standard ASTM F 1819-98 gemessen.
Alkoholabweisungsvermögen ist ein Maß für den Widerstand eines flächigen Erzeugnisses gegen das Benetzen und Eindringen von Alkohol- und Alkohol/Wasserlösungen, ausgedrückt als der höchste prozentuale Wert einer Isopropanol-Lösung, mit dem das textile Flächengebilde in der Lage ist zu widerstehen (angegeben auf einer 10 Punkte-Skala – 10 ist dabei reines Isopropanol) und wurde nach dem Standard INDA IST 80.6-92 ausgeführt.
Spritz-Bewertung ist ein Maß für den Widerstand eines flächigen Erzeugnisses gegenüber Benetzen durch Wasser und wurde nach dem Standard AATCC 22-1996 ausgeführt und wird in Prozent angegeben.
Durchlassrate für Wasserdampf ist ein Maß für die Diffusionsgeschwindigkeit von Wasserdampf durch ein textiles Flächengebilde und der Versuch wurde nach dem Standard ASTM E 96-92.B im aufrecht stehenden Becher ausgeführt und der Wert wird in g/m²/24 Std angegeben.
Trapezreißfestigkeit ist ein Maß für die Reißfestigkeit eines textilen Flächengebildes, in welchem zuvor ein Riss begonnen hat; der Versuch wurde nach dem Standard ASTM D 5733 ausgeführt und die Werte werden in Newton angegeben.
Grenzviskosität (IV) ist ein Maß für den inneren Widerstand gegen den Strom einer polymeren Lösung. Der IV-Wert wurde durch Vergleich der Viskosität einer 1%igen Lösung einer Polymerprobe in Orthochlorphenol mit der Viskosität des reinen Lösemittels bestimmt und die Messung bei 25°C in einem Kapillarviskosimeter ausgeführt. Der IV-Wert wird in dl/g angegeben und unter Verwendung der Formel berechnet: IV = ηs/cworin sind:
und c ist die Konzentration der Lösung in g/100 ml.
GATS ist ein Maß für die Saugfähigkeit und das Aufnahmevermögen eines flächigen Erzeugnisses und wird in Prozent angegeben. Die Prüfung erfolgt in einem Testsystem für das gravimetrische Absorptionsvermögen (GATS), Modell M/K 201, hergestellt von M/K Systems, Inc., Danvers, MA. Die Tests wurden an einzelnen runden Testproben mit einem Durchmesser von 2 inch unter Anwendung einer Kompression von 712 g, einer neutralen Druckdifferenz, einer Einloch-Testplatte und mit Hilfe von deionisiertem Wasser ausgeführt. Die Saugfähigkeit nach GATS wurde als 50% des Gesamtaufnahmevermögens genommen.
Saugwirkung ist ein Maß dafür, wieviel Zeit für eine Art von Flüssigkeiten erforderlich ist, vertikal um 25 mm in einem Teststreifen (25 mm breit, 100 bis 150 mm lang) des Vliesstoff-Flächengebildes nach oben gesaugt zu werden, das vertikal mit der Unterseite um 3 mm des Teststreifens in die Flüssigkeit eintaucht; der Versuch wurde nach dem Standard IST 10.1-92 ausgeführt.
Fasern ist ein Maß für die Zahl der Fasern, die länger sind als 100 μm, die aus einer Vliesstoffprobe freigesetzt werden, die einer mechanischen Spannung in deionisiertem Wasser ausgesetzt ist. Es wird eine Probe in ein 600 ml deionisiertes Wasser enthaltendes Standgefäß gegeben. Das Standgefäß wird in eine biaxiale Schüttelvorrichtung, Modell RX-86, verfügbar bei W. S. Tyler, Gastonia, NC, gestellt und für 5 min geschüttelt. Die Probe wird aus dem Standgefäß entnommen und die flüssigen Inhaltsstoffe des Gefäßes verquirlt. Ein 100 ml Aliquot der Flüssigkeit wird unter Verwendung einer Absaugnutsche durch eine Gitter-Filtermembran, 0,45 μm, 47 mm, schwarz (Millipore HABG04700), filtriert, die mit deionisiertem Wasser vorgewaschen wurde. Die Wand der Nutsche wurde mit deionisiertem Wasser gespült, während darauf geachtet wurde, dass die Inhaltsstoffe auf der Filtermembran nicht zerrissen wurden. Die Filtermembran wurde aus der Absaugnutsche entnommen und auf einer Heizplatte bei 170°C getrocknet. Die Filtermembran wurde unter ein Mikroskop gelegt und die Zahl der Fasern > 100 μm Länge gezählt. Die Zahl der Fasern > 100 μm Länge pro cm² Probe wurde nach der folgenden Formel berechnet:
worin sind:
F: Gesamtfaserzahl
V_t: Volumen der flüssigen Probe, die geschüttelt wurde
V_s: Volumen der Probenflüssigkeit, die getestet wurde
A: Probenfläche in Quadratzentimeter
Partikel-biaxialer Schütteltest ist ein Maß für die Zahl der Partikel von einer Vliesstoffprobe, die in deionisiertem Wasser durch die Benetzungswirkung des deionisierten Wassers und das mechanische Bewegen der Schüttelvorrichtung abgegeben wurde. Der Test wurde nach dem Standard IEST-RPCC004.2, Sektion 5.2, ausgeführt. Zunächst wird eine Blindprobe vorgenommen, um die Hintergrundzählung von Partikeln zu ermitteln, die aus dem deionisierten Wasser und der Apparatur einen Beitrag leisten. Es werden 800 ml reines deionisiertes Wasser in ein Gefäß gegossen und mit Aluminiumfolie verschlossen. Das Gefäß wird in eine biaxiale Schüttelvorrichtung, Modell RX-86, verfügbar bei W. S. Tyler, Gastonia, NC, gestellt und für eine Minute geschüttelt. Die Aluminiumfolie wird entfernt und 200 ml Flüssigkeit zum Prüfen entnommen. Es werden drei Portionen der Flüssigkeit auf die Zahl von Partikeln ≥ 0,5 μm Durchmesser unter Verwendung eines Partikelzählers geprüft. Die Ergebnisse werden zur Bestimmung des Blindwertes der Partikel gemittelt. Die Probe wird sodann in das Gefäß mit den verbleibenden 600 ml deionisierten Wassers gegeben. Das Gefäß wird wiederum mit Aluminiumfolie verschlossen. Das Gefäß wird für 5 min in einer biaxialen Schüttelvorrichtung geschüttelt. Die Aluminiumfolie wird entfernt und die Probe aus dem Gefäß entnommen, nachdem man das Wasser von der Probe in das Gefäß für 10 Sekunden abtropfen lässt. Es werden drei Portionen der Flüssigkeit auf die Zahl der Partikel ≥ 0,5 μm Durchmesser unter Verwendung eines Partikelzählers geprüft. Die Ergebnisse werden zur Ermittlung des Probewertes der Partikel gemittelt. Die Länge und die Breite der benetzten Probe wird in Zentimetern gemessen und die Fläche berechnet. Die Zahl der Partikel ≥ 0,5 μm/cm² Probe wird nach der folgenden Formel berechnet:
worin sind:
C: Mittelwert der Probenzählungen
B: Mittelwert der Blindzählungen
V_t: Volumen der flüssigen Probe, die geschüttelt wurde
V_s: Volumen der Probenflüssigkeit, die getestet wurde
A: Probenfläche in Quadratzentimeter
Aufnahmevermögen ist ein Maß, wieviel deionisiertes Wasser eine Vliesstoffprobe nach einer Minute halten kann und wird in cm³ Flüssigkeit pro cm² Probe angegeben. Es wird eine trapezförmige auf 25 mm × 88 mm × 112 mm mit einer Fläche von 2.500 mm² geschnittene Probe an einem gabelförmigen Haken ähnlich einer Büroklammer befestigt. Die Probe und der Haken werden gewogen. Die Probe wird sodann in einen Behälter mit Wasser eingetaucht und ausreichend lange gewartet, bis die Probe vollständig benetzt ist. Die Probe wird sodann aus dem Wasser entnommen und vertikal zum Ablaufen für eine Minute aufgehängt und anschließend mit dem noch immer daran befindlichen Haken gewogen. Der Prozess des Eintauchens und Wiegens wird zwei oder mehrere Male wiederholt. Das Aufnahmevermögen in cm³ Wasser pro Quadratmeter Probe wird nach der folgenden Formel berechnet:
worin sind:
M₀: Masse der Probe und des Hakens in Gramm vor dem Benetzen
M₁, M₂, M₃: Massen der Probe und des Hakens in Gramm nach dem Benetzen und Ablaufen lassen
D: Dichte des Wassers in Gramm pro Kubikzentimeter
A: Fläche der Testprobe in mm².
Spezifisches Aufnahmevermögen ist ein Maß dafür, wieviel deionisiertes Wasser eine Vliesstoffprobe nach einer Minute im Vergleich zu anderen Proben halten kann und wird in cm³ Wasser pro Gramm Probe angegeben. Das spezifische Aufnahmevermögen in cm³ Wasser pro Gramm Probe wird nach der folgenden Formel berechnet:
Zeit für ½-Sorption ist ein Maß für die Dauer in Sekunden, die für die Vliesstoffprobe erforderlich ist, um den Halbwertszeit der Sättigungskapazität oder des Aufnahmevermögens zu erreichen. Es wurde eine Probe in eine modifizierte Millipore Clean Room Monitor Filter-Halterung (Nr. XX5004740) unter Verwendung eines Adapters für die Untersuchung eines Bekleidungsstückes eingespannt, das eine Fläche der Probe von 1.075 × 10^–6 m² abgrenzt. Es wird die Hälfte des Wasservolumens, das oberhalb der Probengröße gehalten werden kann, nach der folgenden Formel berechnet: Mikroliter = ½(Aufnahmevermögen in cc/mm2)(1000 μl/cc)(1075 × 10–6 m2)
Das berechnete Wasservolumen wird der Mitte der Probe mit einer Mikroliter-Spritze zugeführt. Die Flüssigkeit sollte mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt werden, dass in keinem Fall eine reguläre Reflexion verschwindet, während verhindert wird, dass sich Wassertropfen auf der Unterseite der Oberfläche ansammeln und herabfallen. Um die Zeit in Sekunden vor dem Verschwinden einer "regulären Reflexion" zu messen, wird eine Stoppuhr verwendet. Der Test wird an zwei anderen Abschnitten der Probe wiederholt. Die Messungen werden gemittelt und die Zeit bis zur ½-Sorption in Sekunden angegeben.
Extrahierbare Bestandteile – Dieses ist ein Maß für den prozentualen Anteil von extrahierbaren Bestandteilen eines nicht durch den Rückstandes einer Vliesstoffprobe in deionisiertem Wasser oder 2-Propanol (IPA). Es wird eine Probe zu Stücken von 2'' × 2'' geschnitten und gewogen. Die Probe wird für 5 min in ein Becherglas mit 200 ml siedendem Lösemittel gegeben. Anschließend wird die Probe in ein anderes Becherglas mit 200 ml siedendem Lösemittel für weitere 5 min gegeben. Das Lösemittel aus dem ersten Becherglas wird sodann durch Filterpapier filtriert. Das Becherglas wird sodann mit zusätzlichem Lösemittel ausgespült. Das Lösemittel aus dem zweiten Becherglas wird in ähnlicher Weise filtriert. Die Filtrate aus den Bechergläsern werden bis zu einem geringen Volumen von näherungsweise 10 bis 20 ml eingedampft. Das verbleibende Lösemittel wird in eine zuvor gewogene Aluminiumschale gegossen. Das Lösemittel wird in einem Trockenofen oder auf einer Heizplatte vollständig abgedampft. Die Schale wurde bis Raumtemperatur gekühlt und gewogen. Es wird eine Blindprobe auf dem Filterpapier ausgeführt, um zu bestimmen, wie groß der Beitrag des Papiers zu der Prüfung auf extrahierbare Bestandteile ist. Die Gew.-% an extrahierbaren Bestandteilen in einem Lösemittel werden nach der folgenden Formel berechnet:
worin sind:
A₁: Gewicht der Aluminiumschale und des Rückstandes
A₂: Gewicht der Aluminiumschale
B: Gewicht des Rückstandes anhand der Blindprobe
S: Gewicht der Probe
Metall-Ion (Natrium, Kalium, Calcium und Magnesium) ist ein Maß für die Zahl der in der Vliesstoffprobe in ppm vorliegenden Metall-Ionen. Es wird eine Probe zu Quadraten von einem halben inch geschnitten und gewogen. Die Probe sollte zwischen 2 und 5 g wiegen. Die Probe wird in ein Röhrchen gegeben. Dem Röhrchen werden 25 ml 0,5 M HNO₃ zugegeben. Die Inhaltsstoffe des Röhrchens werden gerührt und für 30 min zum Absetzen stehen gelassen und anschließend wiederum gerührt. Die Lösung kann verdünnt werden, wenn die Konzentration später als zu hoch ermittelt wurde. Bei der Vorbereitung der Anwendung eines Atomabsorptionsspektrophotometers (AAS) werden geeignete Standardversuche für das spezielle, zu messende Ionen ausgeführt. Es wird ein Volumen der Probelösung in das Spektrophotometer gesaugt und die Zahl der Ionen eines bestimmten Metalls in ppm aufgezeichnet. Nachdem man Wasser durch das Spektrophotometer laufen lässt, wird ein weiteres Volumen der Probelösung in das Spektrophotometer gesaugt. Die Menge der in ppm angegebenen Metall-Ionen errechnet sich nach der folgenden Formel:
worin sind:
DF: Verdünnungsfaktor, sofern zutreffend.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Vliesstoff-Flächengebilde, das eine hohe Festigkeit zeigt und aus Poly(ethylenterephthalat)-Fasern geringer Viskosität schmelzgesponnene Fasern geringer Denier-Zahl aufweist. Die Erfindung richtet sich ebenfalls auf ein Verfahren zum Herstellen derartiger Vliesstoff-Flächengebilde. Dieses flächige Material ist bei Endanwendungen nützlich, wie beispielsweise Textilien für Schutzbekleidung, wo das flächige Material eine gute Luftdurchlässigkeit und gute Eigenschaften einer Feuchtigkeitssperre aufweisen muss. Das flächige Material ist außerdem als ein Wischmaterial verwendbar und speziell zur Verwendung in einer kontrollierten Umgebung, wie beispielsweise einem Cleanroom, wo eine geringe Flusen- und Partikelkontamination und ein gutes Aufnahmevermögen gefordert sind. Das Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung kann außerdem als Filtrationsmittel oder in anderen Endanwendungen eingesetzt werden.
Das Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung weist mindestens 75 Gew.-% weitgehend kontinuierliche Polymerfasern auf, die aus Polymer schmelzgesponnen sind, das zu mindestens 30 Gew.-% aus Poly(ethylenterephthalat) mit einer Grenzviskosität kleiner als etwa 0,62 dl/g besteht. Die Fasern des Flächengebildes liegen im Bereich mit einer mittleren Querschnittfläche von weniger als etwa 90 Quadrat. Das flächige Material hat eine flächenbezogene Masse von weniger als 125 g/m² und eine Einspannzugfestigkeit sowohl in Faserlaufrichtung als auch in Querrichtung des Flächengebildes auf die flächenbezogene Masse normiert nach Standard ASTM D 5034 von mindestens 0,7 N/(g/m²). Bevorzugt haben die Fasern des Flächengebildes eine mit Hilfe des Variationskoeffizienten gemessene mittlere Denier-Schwankung von mehr als 25%. Mehr bevorzugt weist das Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung mindestens 75 Gew.-% weitgehend kontinuierliche Fasern auf, die aus Polymer schmelzgesponnen sind, das zu mindestens 50 Gew.-% Poly(ethylenterephthalat) mit einer Grenzviskosität von weniger als etwa 0,62 dl/g besteht.
Es ist festgestellt worden, dass Poly(ethylenterephthalat)-Polymer mit einer Grenzviskosität von weniger als etwa 0,62 dl/g, zur Herstellung sehr feiner und starker Fasern in dem Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung verwendet werden kann. Poly(ethylenterephthalat) mit einem IV-Wert unterhalb von etwa 0,62 dl/g wird als Polyester mit geringem IV betrachtet und ist in der Vergangenheit zum Schmelzspinnen von Vliesstoff-Flächengebilden nicht zur Anwendung gekommen. Die Anmelder der Patentschrift haben jetzt festgestellt, dass Poly(ethylenterephthalat) mit geringem IV gesponnen und zu Feinfasern verstreckt, abgelegt und gebondet werden kann, um Vliesstoff-Flächengebilde mit guter Festigkeit zu erzeugen. Die Verwendung von Poly(ethylenterephthalat) mit geringem IV hat es möglich gemacht, Vliesstoff-Flächengebilde mit Polyester Feinfasern von weniger als 0,8 dpf aus der Schmelze zu verspinnen und die Fasern mit Geschwindigkeiten von mehr als 6.000 m/min zu verspinnen. Überraschenderweise ist festgestellt worden, dass aus Poly(ethylenterephthalat) mit niedrigem IV schmelzgesponnene Fasern über eine gute Festigkeit verfügen, die gleichwertig derjenigen großer Poly(ethylenterephthalat)-Fasern ist, die direkt aus auf Faserfeinheit genormten Polyester mit regulärem IV versponnen werden.
Die Fasern des Vliesstoff-Flächengebildes der Erfindung sind Polymerfasern mit kleiner Denier-Zahl, die bei Verarbeitung zu einer flächigen Struktur zahlreiche sehr kleine Poren erzeugen. Die Fasern haben eine Durchmesserschwankung im Bereich von 4 bis 12 μm, wodurch es den Fasern möglich ist, dichtere Vliesstoff-Flächengebilde zu bilden, als es mit ähnlich feinen Fasern möglich ist, wo sämtliche Fasern von der gleichen Faserfeinheit sind. In der Regel haben schmelzgesponnene Fasern des Vliesstoffes der Erfindung eine größere Durchmesserschwankung als Fasern, die für Garnanwendungen versponnen werden. Der Variationskoeffizient, bei dem es sich um ein Schwankungsmaß handelt, liegt für Faserdurchmesser bei schmelzgesponnenen Garnen in der Regel bei etwa 5% bis etwa 15%. Der Variationskoeffizient der Faserdurchmesser von Vliesstoffen der Erfindung ist in der Regel größer als etwa 25%. Es ist festgestellt worden, dass, wenn derartige schmelzgesponnene Mikrofasern zur Erzeugung einer Vliesstoff-Faserstruktur verwendet werden, die faserigen Flächengebilde mit feinen Poren hergestellt werden können, wodurch es dem Flächengebilde möglich ist, eine sehr hohe Luftdurchlässigkeit zu zeigen, während gleichzeitig eine hervorragende Flüssigkeit-Sperreigenschaft und Festigkeit des flächigen Materials gewährleistet wird. Da das flächige Vliesstoffmaterial im Allgemeinen aus kontinuierlichen Filamenten besteht, zeigt das flächige Material auch Merkmale einer geringen Flusenbildung, was bei Endanwendungen angestrebt wird, wie beispielsweise Cleanroom-Bekleidung und Wischmaterial.
Es wird angenommen, dass die Eigenschaften eines Vliesstoff-Flächengebildes zum Teil durch die physikalische Feinheit der Fasern und zum Teil durch die Verteilung der unterschiedlichen feinen Fasern in dem Vliesstoff bestimmt werden. Die bevorzugten Fasern in dem Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung haben eine Querschnittfläche zwischen etwa 20 und etwa 90 μm². Mehr bevorzugt haben die Fasern eine Querschnittfläche von etwa 25 bis etwa 70 μm² und am meisten bevorzugt von etwa 33 bis etwa 60 μm². Die Faserfeinheiten werden üblicherweise mit Denier oder Decitex beschrieben. Da sich Denier und Decitex auf das Gewicht einer Faser mit großer Länge beziehen, kann die Dichte eines Polymers die Denier- oder Decitex-Werte beeinflussen. Wenn beispielsweise 2 Fasern, die den gleichen Querschnitt haben, von denen jedoch eine aus Polyethylen besteht, während die andere Polyester aufweist, würde die Polyesterfaser einen größeren Denier-Wert haben, da sie dazu neigt, dichter als Polyethylen zu sein. Allgemein kann jedoch gesagt werden, dass der bevorzugte Bereich der Denier-Zahl der Faser kleiner ist oder nahezu gleich etwa 1. Bei Verwendung in Flächengebilden scheinen kompakte Faserquerschnitte, wo die Fasern eine Reihe unterschiedlicher Querschnitte zeigen, Flächengebilde mit Poren zu liefern, die zwar klein sind, jedoch nicht geschlossen sind. Fasern mit runden Querschnitten und den vorgenannten Querschnittflächen sind zur Herstellung des Vliesstoff-Flächengebildes der Erfindung verwendet worden. Es gilt jedoch als selbstverständlich, dass die Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung durch Veränderung der Querschnittformen der Fasern verstärkt werden können.
Es ist festgestellt worden, dass ein Vliesstoff-Flächengebilde aus sehr feinen schmelzgesponnenen Polyesterfasern mit ausreichender Festigkeit hergestellt werden kann, um ein textiles Flächengebilde mit Sperreigenschaften ohne die Notwendigkeit irgendeines Typs von tragendem Gitterstoff zu erzeugen, so dass die zusätzlichen Materialien und Kosten für derartige Trägermaterialien gespart werden. Dieses kann unter Verwendung von Fasern mit guter Zugfestigkeit erreicht werden, wie beispielsweise unter Verwendung von Fasern, die über eine Mindestzugfestigkeit von mindestens etwa 1,5 g/Denier verfügen. Diese Faserfestigkeit würde einer Faserfestigkeit von etwa 182 MPa bei einer Poly(ethylenterephthalat)-Polyesterfaser entsprechen. Von schmelzblasgesponnenen Fasern wäre im typischen Fall zu erwarten, dass sie über Zugfestigkeiten von etwa 26 bis etwa 42 MPa in Folge des Fehlens der Polymerorientierung in der Faser verfügen. Die Einspannzugfestigkeit des Textilverbundstoffes der Erfindung kann in Abhängigkeit von den zum Einsatz gelangenden Bedingungen des Bondens bzw. Verklebens variieren. Bevorzugt beträgt die Zugfestigkeit des Flächengebildes (sowohl in Faserlaufrichtung als auch in Querrichtungen) normiert auf das flächenbezogene Gewicht 0,7 bis 5 N/(g/m²) und mehr bevorzugt 0,8 bis 4 N/(g/m²) und am meisten bevorzugt 0,9 bis 3 N/(g/m²). Fasern mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1,5 g/Denier sollten Einspannzugfestigkeiten von mehr als 0,7 N/(g/m²) normiert auf das flächenbezogene Gewicht liefern. Die Festigkeit der Flächengebilde der vorliegenden Erfindung genügen den meisten Endanwendungen ohne Verstärkung.
Obgleich die Faserfestigkeit eine wichtige Eigenschaft ist, ist auch die Faserstabilität von Bedeutung. Es ist festgestellt worden, dass feine Fasern, die aus Poly(ethylenterephthalat) mit niedrigem IV bei hoher Geschwindigkeit schmelzgesponnen worden sind hergestellt werden können und eine geringe Schrumpfung zeigen. Das bevorzugte flächige Material der Erfindung wurde aus Fasern hergestellt, die eine mittlere Abkochschwindung von weniger als 10% haben. Es ist festgestellt worden, dass, wenn flächiges Material mit Hilfe des nachfolgend im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Hochgeschwindigkeits-Schmelzspinnprozesses hergestellt werden, diese Flächengebilde aus starken Polyethylenterephthalatfasern mit feiner Denier-Zahl so hergestellt werden können, dass sie eine Abkochschwindung von weniger als 5% haben.
Nach einer der Ausführungsformen der Erfindung kann das Vliesstoff-Flächengebilde mit einer erhitzten Quetschwalze behandelt werden, um die Fasern des Flächengebildes zu bonden. Die Fasern in dem gebondeten Flächengebilde scheinen übereinandergestapelt zu sein, ohne ihre zugrunde liegende Querschnittform verloren zu haben. Es hat den Anschein, dass dieses ein bedeutender Aspekt der Erfindung ist, da jede Faser nicht verformt zu sein scheint oder weitgehend abgeflacht wurde, was die Poren schließen würde. Als Ergebnis lässt sich ein Flächengebilde mit guten Sperreigenschaften erzeugen, wie mit Hilfe des hydrostatischen Druckes gemessen wird, während noch eine große Porenzahl, geringe Dichte und hohe Frazier-Durchlässigkeit erhalten bleibt.
Die Fasern des Vliesstoff-Flächengebildes der Erfindung weisen im wesentlichen Teil synthetisches, schmelzgesponnenes Poly(ethylenterephthalat) mit einer geringen Grenzviskosität auf. Eine bevorzugte Faser weist mindestens 75% Poly(ethylenterephthalat) auf. In die Fasern kann eine oder mehrere beliebige Arten von Polymere oder Copolymeren einbezogen sein, einschließlich Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Nylon, Elastomer und andere schmelzspinnfähige Polymere, die zu Fasern mit weniger als näherungsweise 1,1 Denier (1,2 Decitex) pro Filament versponnen werden können.
Die Fasern des Vliesstoff-Flächengebildes können mit einem oder mehreren Additiven zu dem Polymer der Fasern versetzt sein. Additive, die vorteilhaft in einige oder sämtliche Fasern des Vliesstoff-Flächengebildes eingesponnen werden können, schließen ein: Fluorkohlenstoffe, UV-Stabilisatoren, Verarbeitungsstabilisatoren, Wärmestabilisatoren, Antioxidantien, Benetzungsmittel, Pigmente, antimikrobielle Mittel und antistatische Mittel gegen den Aufbau von elektrischer Ladung. Ein antimikrobielles Additiv kann bei einigen Anwendungen im Gesundheitswesen geeignet sein. Stabilisiermittel und Antioxidantien können für eine Reihe von Endanwendungen vorgesehen werden, wo die Exponierung an ultravioletter Energie, wie beispielsweise Sonnenlicht, wahrscheinlich ist. Ein Additiv zur Entladung von statischer Elektrizität kann bei Anwendungen verwendet werden, wo der Aufbau von elektrischer Ladung möglich und unerwünscht ist. Ein anderes Additiv, das geeignet sein kann, ist ein Benetzungsmittel, um das flächige Material als ein Wischmaterial oder Absorptionsmittel geeignet zu machen oder um Flüssigkeiten den Durchtritt durch das textile Gebilde zu erlauben, während sehr feine Feststoffe in den feinen Poren des flächigen Materials aufgefangen werden. Alternativ kann das Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung topisch mit einem Imprägniermittel behandelt werden, um die Eigenschaften des Vliesstoff-Flächengebildes zu verändern. Beispielsweise kann auf das Vliesstoff-Flächengebilde eine fluorchemische Beschichtung aufgetragen werden, um die Oberflächenenergie der Faseroberfläche zu verringern und damit die Beständigkeit des textilen Flächengebildes gegenüber Eindringung von Flüssigkeit und speziell dort zu verbessern, wo das Flächengebilde als Sperre gegenüber Flüssigkeiten mit geringer Oberflächenspannung dienen muss. Typische fluorchemische Imprägnierungen schließen ZONYL^®-Fluorchemikalien ein (verfügbar bei DuPont, Wilmington, DE) oder REPEARL^®-Fluorchemikalien, verfügbar bei Mitsubishi Int. Corp., New York, NY).
In dem Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung können die Fasern eine Polymerkomponente aufweisen, die aus mindestens 50 Gew.-% Poly(ethylenterephthalat) besteht und mindestens eine andere separate Polymerkomponente. Diese Polymerkomponenten können in einer Mantel-Kern-Anordnung, in einer Seite-an-Seite-Anordnung, in einer mehrfach unterteilten Torten-Anordnung, in einer "Islands-in-the-sea"-Anordnung angeordnet sein oder in jeder beliebigen anderen bekannten Konfiguration von Mehrkomponentenfasern. Sofern die Mehrkomponentenfasern eine Mantel-Kern-Anordnung haben, können die Polymere so ausgewählt werden, dass das Polymer, das den Mantel ausmacht, eine geringere Schmelztemperatur hat als das Polymer, das den Kern ausmacht, beispielsweise eine Bikomponentenfaser mit einem Kern aus Poly(ethylenterephthalat) mit geringem IV-Wert und einem Mantel aus Polyethylen. Derartige Fasern lassen sich leichter thermisch bonden ohne die Zugfestigkeit der Faser zu beeinträchtigen. Darüber hinaus können als Mehrkomponentenfasern versponnene Fasern mit kleiner Denier-Zahl zu noch feineren Fasern nach dem Spinnen der Fasern aufgetrennt werden. Einer der Vorteile des Spinnens von Mehrkomponentenfasern besteht in den höheren Produktionsraten, die in Abhängigkeit von dem Mechanismus des Aufspaltens der Mehrkomponentenfasern erzielt werden können. Jede der resultierenden gespaltenen Fasern können einen pastetenförmigen oder anders gestalteten Querschnitt haben.
Eine Mantel-Kern-Bikomponentenfaser ist in 3 veranschaulicht, wo eine Faser 80 im Querschnitt dargestellt ist. Das Mantelpolymer 82 umgibt das Kernpolymer 84, und die relativen Mengen an Polymer lassen sich so einstellen, dass das Kernpolymer 84 mehr oder weniger als 50% der Gesamtquerschnittfläche der Faser ausmachen kann. Bei dieser Anordnung lässt sich eine Reihe attraktiver Alternativen erzeugen. Beispielsweise kann das Mantelpolymer 82 mit Pigmenten gemischt werden, die in dem Kern nicht verloren gehen, wodurch die Kosten für die Pigmente herabgesetzt werden, während gleichzeitig ein geeignet gefärbtes Material erhalten wird. Ebenfalls kann ein hydrophobes Material, wie beispielsweise ein Fluorkohlenstoff in das Mantelpolymer eingesponnen werden, um das gewünschte Flüssigkeitsabweisungsvermögen bei minimalen Kosten zu erhalten. Wie vorstehend ausgeführt wurde, kann ein Polymer, das einen niedrigen Schmelzpunkt oder Schmelztemperatur hat, als Mantel verwendet werden, so dass es während des Bondens dem Schmelzen zugänglich ist, während das Kernpolymer nicht schmilzt. Eines der interessanten Beispiele ist eine Mantel-Kern-Anordnung unter Verwendung von Poly(ethylenterephthalat)-Polyester mit geringem IV als Kern und Poly(trimethylenterephthalat)-Polyester als dem Mantel. Eine solche Anordnung würde bei der Bestrahlungssterilisierung geeignet sein, wie beispielsweise Sterilisation mit Elektronenstrahlen oder Gammastrahlen, ohne abgebaut zu werden.
Mehrkomponentenfasern in dem Vliesstoff der Erfindung weisen mindestens 30 Gew.-% Poly(etyhlenterephthalat) auf, das über eine Grenzviskosität kleiner als 0,62 dl/g verfügt. In einer Mantel-Kern-Faser weist der Kern vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% Poly(etyhlenterephthalat) mit geringem IV auf wobei der Kern 40% bis 80 Gew.-% der gesamten Faser ausmacht. Mehr bevorzugt weist der Kern mindestens 90 Gew.-% Poly(ethylenterephthalat) mit geringem IV auf während der Kern mehr als 50 Gew.-% der Gesamtfaser ausmacht. Es können auch andere Kombinationen von Mehrkomponentenfasern und Blends von Fasern in Betracht gezogen werden.
Die Fasern des Vliesstoff-Flächengebildes der Erfindung sind vorzugsweise Fasern mit hoher Festigkeit, die konventionell als Fasern erzeugt werden, die vollständig verstreckt und wärmebehandelt worden sind, um eine gute Festigkeit und geringe Schrumpfung zu gewähren. Das Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung kann ohne die Schritte der Wärmebehandlung und des Verstreckens der Fasern erzeugt werden. Für die vorliegende Erfindung sind Fasern bevorzugt, die durch Hochgeschwindigkeits-Schmelzspinnen verfestigt sind. Die Fasern des Vliesstoff-Flächengebildes der Erfindung lassen sich miteinander mit Hilfe bekannter Methoden bonden, wie beispielsweise thermisches Kalanderbonden, das Luft-Durchbonden, Dampfbonden, Ultraschallbonden und Klebbonden.
Das Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung kann als eine Spun-bond-Spinnvlies-Lage in einer flächigen Verbundstoffstruktur verwendet werden, wie beispielsweise einem flächigen Spunbondmeltblown-spunbond ("SMS") Verbundstoff. In konventionellen SMS-Verbundstoffen sind die Außenlagen spungebondete Faserlagen, die zur Festigkeit des Gesamtverbundstoffes beitragen, während die Kernlage eine Meltblown-Faserlage ist, die die Sperreigenschaften vermittelt. Wenn das Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung für die Spunbond-Lagen verwendet wird, können die Spunbond-Faserlagen zusätzlich zum Beitrag zur Festigkeit dem Verbundstoff-Flächengebilde auch noch Sperreigenschaften vermitteln.
Das Vliesstoff-Flächengebilde der Erfindung kann unter Anwendung des Hochgeschwindigkeits-Schmelzspinnprozesses hergestellt werden, wie beispielsweise die Hochgeschwindigkeits-Spinnprozesse, die in den US-P-3802817, 5545371 und 5885909 offenbart wurden und die hiermit als Fundstellen einbezogen sind. Nach dem bevorzugten Hochgeschwindigkeits-Schmelzspinnprozess führen ein oder mehrere Extruder schmelzflüssiges Poly(ethylenterephthalat)-Polymer mit niedrigem IV einem Spinnaggregat zu, wo das Polymer bei seinem Durchtritt durch die Öffnungen unter Erzeugung eines Vorhanges von Filamenten zerfasert wird. Die Filamente werden teilweise in einer Luftkühlzone gekühlt, während sie pneumatisch verstreckt werden, um ihre Größe zu verringern und ihnen eine erhöhte Festigkeit zu vermitteln. Die Filamente werden auf einem durchlaufenden Gewebeband, Gitterstoff oder einer anderen faserigen Lage abgelegt. Die mit Hilfe des bevorzugten Hochgeschwindigkeits-Schmelzspinnprozesses erzeugten Fasern sind weitgehend endlos und haben einen Durchmesser von 5 bis 11 μm. Diese Fasern lassen sich als Einkomponentenfasern, als Mehrkomponentenfasern oder als bestimmte Kombinationen davon erzeugen. Mehrkomponentenfasern lassen sich in zahlreichen bekannten Querschnittskonfigurationen erzeugen, einschließlich Seite-an-Seite-Konfigurationen, Mantel-Kern-Konfigurationen, segmentierte Tortenkonfiguration oder "Islands-in-the-sea"-Konfigurationen.
Ein Apparat zum Herstellen von hochfestem, schmelzgesponnenen Bikomponentenfasern bei hohen Geschwindigkeiten ist schematisch in 1 veranschaulicht. In diesem Apparat werden zwei thermoplastische Polymere in die Fülltrichter 140 bzw. 142 eingespeist. Das Polymer in Fülltrichter 140 wird dem Extruder 144 zugeführt und das Polymer in dem Fülltrichter 142 dem Extruder 146. Die Extruder 144 bzw. 146 bringen das Polymer jeweils zum Schmelzen und setzen dieses unter Druck und drücken es durch die Filter 148 bzw. 150 und Dosierpumpen 152 bzw. 154. Das Polymer aus dem Fülltrichter 140 wird mit dem Polymer aus dem Fülltrichter 142 in dem Spinnaggregat 156 mit Hilfe bekannter Methoden unter Erzeugung der angestrebten Bikomponentenfaser-Querschnitte vereint, wie sie vorstehend erwähnt wurden, z. B. unter Verwendung eines Mehrkomponenten-Spinnaggregats, wie es in der US-P-5162074 offenbart wurde, die hiermit als Fundstelle einbezogen ist. Wo die Filamente einen Mantel-Kern-Querschnitt aufweisen wird in der Regel für die Mantellage ein Polymer mit niedrigerer Schmelztemperatur verwendet, um so das Wermische Bonden zu verstärken. Nach Erfordernis können Einkomponentenfasern aus dem in 1 gezeigten Mehrkomponentenapparat versponnen werden, indem das gleiche Polymer sowohl in die Fülltrichter 140 als auch 142 gegeben wird.
Die geschmolzenen Polymere treten durch eine Vielzahl von Kapillaröffnungen an der Vorderseite der Spinndüse 158 aus dem Spinnaggregat 156 aus. Die Kapillaröffnungen können auf der Oberfläche der Spinndüse in einem konventionellen Muster (rechteckig, versetzt, usw.) angeordnet werden, wobei der Abstand der Öffnungen so eingestellt wird, dass die Produktivität und das Abschrecken der Faser optimiert sind. Die Dichte der Öffnungen liegt typischerweise im Bereich von 500 bis 8.000 Öffnungen/Meter Breite des Aggregats. Die typischen Polymerdurchsätze pro Öffnung liegen im Bereich von 0,3 bis 5,0 g/min. Die Kapillaröffnungen können runde Querschnitte haben, wo runde Fasern angestrebt werden.
Die aus dem Spinnaggregat 156 extrudierten Filamente 160 werden zunächst mit Hilfe von Kühlluft 162 gekühlt und anschließend mit Hilfe einer pneumatischen Streckdüse 164 verstreckt, bevor sie abgelegt werden. Die Kühlluft wird über eine oder mehrere konventionelle Kühlboxen bereitgestellt, die die Luft gegen die Filamente mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,3 bis 2,5 m/s und bei einer Temperatur im Bereich von 5° bis 25°C richten. Im typischen Fall stehen zwei Kühlboxen an einander gegenüberliegenden Seiten der Reihe der Filamente und gelangen zur Anwendung in einer Form, die als Gleichstrom-Luftkonfiguration bekannt ist. Der Abstand zwischen den Kapillaröffnungen und der Streckdüse kann irgendwo zwischen 30 bis 130 cm betragen, was von den angestrebten Fasereigenschaften abhängt. Die abgeschreckten Filamente treten in die pneumatische Streckdüse 164 ein, wo die Filamente mit Hilfe von Luft 166 zu Faserlaufgeschwindigkeiten im Bereich von 6.000 bis 12.000 m/min gezogen werden. Dieses Ziehen der Filamente verstreckt und dehnt die Filamente, wenn die Filamente die Kühlzone passieren.
Nach Erfordernis kann das Ende der pneumatischen Streckdüse 164 eine Streckdüsenverlängerung 188 aufweisen, wie in 2 veranschaulicht wird. Die Streckdüsenverlängerung 188 ist vorzugsweise eine glatte rechteckige Platte, die sich von der Streckdüse 164 in paralleler Richtung zu dem Vorhang von Filamenten 167 erstreckt, die aus der Streckdüse austreten. Die Streckdüsenverlängerung 188 führt die Filamente zu der Ablageoberfläche, so dass die Filamente gleichmäßiger auf der Ablageoberfläche an der gleichen Stelle auftreffen, womit die Gleichförmigkeit des flächigen Erzeugnisses verbessert wird. In der bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Streckdüsenverlängerung auf der einen Seite des Vorhanges der Filamente, auf den sich die Filamente hin bewegen, sobald sie auf dem Ablageband 168 abgelegt sind. Vorzugsweise überragt die Streckdüsenverlängerung das Ende der Streckdüse nach unten um etwa 5 bis 50 cm und mehr bevorzugt etwa 10 bis 25 cm und am meisten bevorzugt etwa 17 cm. Alternativ kann die Streckdüsenverlängerung auf der anderen Seite des Vorhangs der Filamente angeordnet sein, oder die Streckdüsenverlängerungen können auf beiden Seiten des Vorhangs der Filamente verwendet werden. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lässt sich die Streckdüsenoberfläche, die den Filamenten zugewandt ist, mit Rillen oder abgerundeten Hervorhebungen so texturieren, dass ein feiner Turbulenzgrad erzeugt wird, der die Verteilung der Filamente in einer solchen Weise unterstützt, dass eine Clusterbildung der Filamente verringert wird und ein gleichförmigeres Flächengebilde erzeugt wird.
Die verstreckten Filamente 167, die die Streckdüse 164 verlassen, sind dünner und fester als die Filamente, die aus dem Spinnaggregat 156 extrudiert worden sind. Selbst wenn die Faserfilamente 167 aus Poly(ethylenterephthalat) mit niedrigem IV bestehen, sind die Fasern noch weitgehend Endlosfilamente mit einer Zugfestigkeit von mindestens etwa 1,5 gpd, während sie gleichzeitig einen effektiven Durchmesser von 5 bis 11 μm haben. Die Filamente 167 werden auf ein Ablageband oder ein Formsieb 168 als weitgehend kontinuierliche Faserfilamente abgelegt. Der Abstand zwischen dem Austritt aus der Streckdüse 164 und dem Ablageband hängt von den Eigenschaften ab, die in der Vliesstoffbahn angestrebt werden und liegen in der Regel im Bereich zwischen 13 und 76 cm. Das Absaugen kann durch das Ablageband 168 hindurch ausgeführt werden und unterstützt das Festnageln der Faserbahn auf dem Band. Nach Erfordernis kann die resultierende Bahn 170 zwischen Walzen zum thermischen Bonden 172 und 174 durchlaufen, bevor sie auf der Walze 178 als gebondete Bahn 176 aufgenommen wird. Es können geeignete Führungen vorgesehen werden, vorzugsweise Luft-Prallbleche, um eine gewisse Kontrolle zu erhalten, wenn die Fasern auf dem Band regellos angeordnet werden. Eine zusätzliche Alternative zum Kontrollieren der Fasern kann ein elektrostatisches Aufladen der Fasern sein und möglicherweise mit entgegengesetzter Aufladung des Bandes, so dass die Fasern mit dem Band vernagelt sind, sobald sie abgelegt werden.
Die Fasern der Bahn werden danach miteinander unter Erzeugung des textilen Flächengebildes gebondet. Das Bonden kann mit Hilfe jeder beliebigen geeigneten Methode erreicht werden, einschließlich thermisches Bonden oder Klebbonden. Heißluftbonden und Ultraschallbonden können attraktive Alternativen bieten, wobei jedoch das thermische Bonden mit den veranschaulichten Walzen 172 und 174 bevorzugt ist. Es gilt als anerkannt, dass das flächige Material bei zahlreichen Anwendungen einer Punktbondierung unterworfen werden kann, um einen gewebeähnlichen Griff zu schaffen, obgleich es andere Endanwendungen geben kann, für die das Flächenerzeugnis vollflächig mit einer glatteren Oberflächenbeschaffenheit bondiert wird. Bei der punktgebondeten Oberflächenbeschaffenheit sind Bondingmuster und prozentualer Anteil des gebondeten Flächenmaterials vorzugeben, um so die Faserloslösung und die Pillbildung sowie andere Anforderungen unter Kontrolle zu halten, wie beispielsweise der Warenfall, Weichheit und Festigkeit.
Die Bondingwalzen 172 und 174 sind vorzugsweise beheizte Walzen, die bei einer Temperatur innerhalb von + oder –20°C der niedrigsten Schmelztemperatur des Polymers in der Bahn gehalten werden, wobei die Geschwindigkeit der Bondingreihe im Bereich von 20 bis 100 m/min liegt. Im Allgemeinen sind eine Bondingtemperatur im Bereich von 105° bis 260°C und ein Bondingdruck im Bereich von 35 bis 70 N/mm angewendet worden, um ein gutes thermisches Bonden zu erzielen. Bei einem Vliesstoff-Flächengebilde, das hauptsächlich Poly(ethylenterephthalat)-Fasern mit niedrigem IV aufweist, ist eine Bondingtemperatur im Bereich von 170° bis 260°C und ein Bondingdruck im Bereich von 35 bis 70 N/mm angewendet worden, um ein gutes thermisches Bonden zu erzielen. Wenn das Flächengebilde eine wesentliche Menge eines Polymers enthält, das bei niedrigerer Temperatur schmilzt, wie beispielsweise Polyethylen, kann eine Bondingtemperatur im Bereich von 105° bis 135°C und ein Bondingdruck im Bereich von 35 bis 70 N/mm angewendet werden, um ein gutes thermisches Bonden zu erzielen.
Wo eine topische Behandlung auf der Bahn zur Anwendung gelangt, wie beispielsweise bei einer Beschichtung mit einem fluorchemischen Mittel, können bekannte Verfahren zum Anwenden der Behandlung verwendet werden. Derartige Auftragsverfahren schließen Sprühauftrag ein, Walzenbeschichtung, Schaumauftrag und Quetschwalzenauftrag. Der topische Oberflächenbehandlungsprozess kann entweder mit der Produktion des textilen Flächengebildes in Reihe ausgeführt werden oder in einem separaten Verfahrensschritt.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht, die lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dienen und die Erfindung in keiner Weise beschränken sollen.
BEISPIELE
In den folgenden Beispielen werden Vliesstoff-Flächengebilde unter Anwendung des vorstehend im Zusammenhang mit dem in 1 gezeigten Verfahren beschriebenen Hochgeschwindigkeits-Schmelzspinnprozess hergestellt.
BEISPIEL 1
Es wurde ein Vliesstoff-Flächengebilde aus schmelzgesponnenen Fasern unter Anwendung des vorstehend im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Verfahrens und Apparates hergestellt. Die Fasern wurde aus Poly(ethylenterephthalat)-Polyesterharz mit einer Grenzviskosität von 0,58 dl/g, verfügbar bei DuPont als Crystar^®-Polyester (Merge 1988), gesponnen. Das Polyesterharz wurde bei einer Temperatur von 180°C auskristallisiert und bei einer Temperatur von 120°C bis zu einem Feuchtegehalt von weniger als 50 ppm vor Gebrauch getrocknet. Dieser Polyester wurde bis 290°C in zwei separaten Extrudern erhitzt. Das Polyesterpolymer wurde extrudiert, filtriert und aus jedem Extruder zu einem bei 295°C gehaltenen Bikomponenten-Spinnaggregat dosiert, das zur Erzeugung eines Mantel-Kern-Filamentquerschnittes ausgelegt war. Allerdings wurde eine Monokomponentenfaser erzeugt, da beide Polymerbeschickungen aus dem gleichen Polymer bestanden. Das Spinnaggregat war 0,5 m breit mit einer Tiefe von 22,9 cm (9 inch) und 6.720 Kapillaren/Meter über die Breite des Spinnaggregats. Jede Kapillare war rund mit einem Durchmesser von 0,23 bis 0,35 mm. Der Gesamtdurchsatz von Polymer pro Kapillare des Spinnaggregats betrug 0,5 g/min. Die Filamente wurden in einer 38,1 cm (15 inch) langen Abschreckzone mit Kühlluft gekühlt, die aus 2 einander gegenüberliegenden Kühlboxen bei einer Temperatur von 12°C mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s bereitgestellt wurde. Die Filamente liefen in eine pneumatische Streckdüse, die sich in einem Abstand von 50,8 cm (20 inch) unterhalb der Kapillaröffnungen des Spinnaggregats befand, wo die Filamente mit einer Geschwindigkeit von näherungsweise 9.000 m/min abgezogen wurden. Die resultierenden kleineren, festeren und weitgehend endlosen Filamente wurden auf einem Ablegeband abgelegt, das sich 36 cm unterhalb des Streckdüsenaustrittes befand. Beim Ablegeband wurde eine Absaugung verwendet, um das Vernageln der Fasern auf dem Band zu unterstützen. Der Durchmesser von 90 Filamenten wurde gemessen, um einen Mittelwert des Durchmessers von 0,71 μm mit einer Standardabweichung von 0,29 μm und einem Variationskoeffizienten von 41% zu ergeben. (Die Filamentdurchmesser in den anderen Beispielen wurden anhand der Messungen von 10 Fasern pro Probe berechnet).
Die Bahn wurde zwischen einer gravierten, mit Öl beheizten Metallkalanderwalze und einer glatten, mit Öl beheizten Metallkalanderwalze thermisch gebondet. Beide Walzen hatten einen Durchmesser von 466 mm. Die gravierte Walze hatte eine verchromte Oberfläche aus nicht gehärtetem Stahl mit einem Rautenmuster mit einer Punktgröße von 0,466 mm², einer Punkttiefe von 0,86 mm, einem Punktabstand von 1,2 mm und einer Bondingfläche von 14,6%. Die glatte Walze hatte eine Oberfläche aus gehärtetem Stahl. Die Bahn wurde bei einer Temperatur von 250°C, einem Quetschdruck von 70 N/mm und einer Lineargeschwindigkeit von 50 m/min gebondet. Das gebondete Flächengebilde wurde auf einer Walze aufgenommen.
Das Vliesstoff-Flächengebilde wurde mit einer fluorchemischen Oberflächenbehandlung versehen, um die Oberflächenenergie der Faseroberfläche zu verringern und dadurch die Beständigkeit des textilen Flächengebildes gegenüber Eindringung von Flüssigkeit zu erhöhen. Das Flächengebilde wurde in ein wässriges Bad von 2% (Gewicht/Gewicht) Zonyl 7040 (erhalten von DuPont), 2% (Gewicht/Gewicht) Freepel 1225 (erhalten von B. F. Goodrich), 0,25% (Gewicht/Gewicht) Zelec TY-Antistatikum (erhalten von Stepan), 0,18% (Gewicht/Gewicht) Alkanol 6112 als Benetzungsmittel (erhalten von DuPont) getaucht. Das Flächengebilde wurde sodann zur Entfernung der überschüssigen Flüssigkeit ausgequetscht, getrocknet und in einem Ofen bei 168°C für 2 min gehärtet.
Die Spinngeschwindigkeit und physikalischen Eigenschaften der Fasern und des Flächengebildes sind in Tabelle 1 angegeben.
BEISPIEL 2
Es wurde ein Vliesstoff Flächengebilde nach der Prozedur von Beispiel 1 mit der Ausnahme erzeugt, dass das verwendete Polymerharz eine Folienqualität von Poly(ethylenterephthalat)-Polyester mit einer Grenzviskosität von 0,58 dl/g war und 0,6 Gew.-% Calciumcarbonat mit einer typischen Partikelgröße von weniger als 100 nm Durchmesser enthielt. Die Spinngeschwindigkeit und physikalischen Eigenschaften der Faser des Flächengebildes sind in Tabelle 1 angegeben.
VERGLEICHSBEISPIEL A
Es wurde ein Vliesstoff-Flächengebilde nach der Prozedur in Beispiel 1 mit der Ausnahme erzeugt, dass das verwendete Polymerharz ein Poly(ethylenterephthalat)-Polyester mit einer Grenzviskosität von 0,67 dl/g war, verfügbar bei duPont als Crystar^®-Polyester (Merge 3934). Außerdem betrug die Bondingtemperatur des Flächengebildes anstatt 250° jetzt 180°C. Die Spinngeschwindigkeit und physikalischen Eigenschaften der Fasern und des Flächengebildes sind in Tabelle 1 angegeben.
Die Fasern des Vliesstoff-Flächengebildes, das in den Beispielen 1 und 2 und in Vergleichsbeispiel A hergestellt wurde, wurden schmelzgesponnen und mit hoher Geschwindigkeit verstreckt, um eine sehr feine Faserfeinheit zu schaffen, während gleichzeitig die Gesamtkontinuität des Spinnens aufrecht erhalten wurde. Der in den Beispielen 1 und 2 verwendete Polyester mit geringer Grenzviskosität führte zu Fasern mit kleinerer Denier-Zahl, die weniger anfällig gegen Turbulenz in der Kühlregion waren als die Fasern, die mit Polyester höherer Grenzviskosität in Vergleichsbeispiel A erzeugt wurden. Darüber hinaus war das Verspinnen des Polyesters der Beispiele 1 und 2 mit geringerer Grenzviskosität robuster (d. h. gerissene Filamente führten bei angrenzenden Filamenten zu keinem Bruch) als bei dem Polymer mit höherer Grenzviskosität von Vergleichsbeispiel A. Der mit hohen Geschwindigkeiten schmelzgesponnene Polyester mit geringer Grenzviskosität zeigte eine bessere Bewahrung der Filamentfestigkeit als dies bei Polyester mit geringer Grenzviskosität der Fall war, der bei konventionellen Geschwindigkeiten schmelzgesponnen wurde. In den Beispielen 1 und 2 erzeugte das Polyesterpolymer mit einer niedrigen Grenzviskosität von 0,58 dl/g Fasern kleinerer Größe und in der Regel stärkere Fasern als das Polyesterpolymer von Vergleichsbeispiel A, das eine höhere Grenzviskosität von 0,67 dl/g hatte.
BEISPIEL 3
Es wurde ein Vliesstoff-Flächengebilde nach der Prozedur von Beispiel 1 mit der Ausnahme erzeugt, dass der Polymerbeschickung in den Extruder 1,5 Gew.-% blaues Pigment auf der Basis von Cobaltaluminat zugesetzt wurde und dieses in den Mantelteil des Bikomponenten-Spinnapparats eingespeist wurde. Das Polymer von den zwei Extrudern wurde dem Spinnaggregat mit relativen Zufühgeschwindigkeiten so zugeführt, dass Bikomponentenfasern erzeugt wurden, die 50 Gew.-% Mantel und 50 Gew.-% Kern aufwiesen. Das dem Mantelpolymer zugesetzte Pigment vermittelte dem resultierenden textilen Flächengebilde Farbe und zusätzliche Opazität. Die Spinngeschwindigkeit und physikalischen Eigenschaften der Faser und des Flächengebildes sind in Tabelle 1 angegeben.
BEISPIEL 4
Es wurde ein Vliesstoff-Flächengebilde nach der Prozedur von Beispiel 1 mit der Ausnahme erzeugt, dass unterschiedliche Polymere in die Extruder gegeben wurden, so dass Mantel-Kern-Bikomponentenfasern erzeugt wurden. Es wurde ein niedrig schmelzender, zu 17% modifizierter Dimethylisophthalat-Copolyester mit einer Grenzviskosität von 0,61 dl/g, erzeugt von DuPont als Crystar^®-Copolyester (Merge 4442) in dem Mantel und Poly(ethylenterephthalat)-Polyester mit einer Grenzviskosität von 0,53 dl/g, verfügbar bei DuPont als Crystar^®-Polyester (Merge 3949), in dem Kern verwendet. Der Mantel wies etwa 30% der Faserquerschnitte auf und der Kern etwa 70% der Faserquerschnitte. Die Flächengebilde wurden bei 150°C anstelle von 250°C gebondet. Die Spinngeschwindigkeit und physikalischen Eigenschaften der Faser und des Flächengebildes sind in Tabelle 1 angegeben.
BEISPIEL 5
Es wurde ein Vliesstoff-Flächengebilde nach der Prozedur von Beispiel 4 mit der Ausnahme erzeugt, dass eine Streckdüsenverlängerung entsprechend der vorstehenden Beschreibung im Bezug auf 2 hinzugefügt wurde. Die Streckdüsenverlängerung hatte eine Länge von 17 cm, hatte eine glatte Oberfläche und war eine rechtwinklige Platte, die den Austritt der Streckdüse auf der Seite des Vorhanges der Filamente in Abwärtsrichtung überragte, auf die sich die Filamente zubewegten, sobald sie auf dem Band abgelegt waren. Das Flächengebilde wurde ebenfalls bei einer Temperatur von 210°C anstelle von 150°C gebondet. Die Spinngeschwindigkeit und physikalischen Eigenschaften der Faser und des Flächengebildes sind in Tabelle 1 angegeben.
BEISPIEL 6
Es wurde ein Vliesstoff-Flächengebilde nach der Prozedur von Beispiel 5 mit der Ausnahme erzeugt, dass die Streckdüsenverlängerung entfernt wurde. Die Spinngeschwindigkeit und physikalischen Eigenschaften der Faser und des Flächengebildes sind in Tabelle 1 angegeben.
Beispiele 5 und 6 demonstrieren, dass hydrostatischer Druck und Zugeigenschaften eines Flächengebildes wesentlich verbessert werden, wenn die Streckdüsenverlängerung während des Spinnens eines Vliesstoff-Flächengebildes (Beispiel 5) verwendet wird. TABELLE 1

IV: Grenzviskosität
2GT: Poly(poly(ethylenterephthalat)
co-2GT: Poly(poly(ethylenterephthalat) compoundiert mit einem anderen Polyester
MD: Faserlaufrichtung
XD: Querrichtung

BEISPIEL 7
Es wurde ein Vliesstoff-Flächengebilde nach der Prozedur von Beispiel 3 mit der Ausnahme erzeugt, dass keine Oberflächenbehandlung angewendet wurde. Die Daten für die Absorption und das Aufsaugvermögen sind in Tabelle 2 angegeben.
BEISPIEL 8
Es wurde ein Vliesstoff-Flächengebilde nach der Prozedur von Beispiel 7 mit der Ausnahme erzeugt, dass es mit einer Tensid-Oberflächenbehandlung versehen wurde, um es durch Wasser benetzungsfähig zu machen. Das Flächengebilde wurde in ein wässriges Bad von 0,6% (Gewicht/Gewicht) Tergitol^® 15-S-12 (erhältlich bei Union Carbide) getaucht. Das Flächengebilde wurde sodann zur Entfernung der überflüssigen Flüssigkeit ausgequetscht und getrocknet und in einem Ofen zur 3 min bei 150°C gehärtet. Die Daten für die Absorption und das Saugvermögen sind in Tabelle 2 angegeben.
BEISPIEL 9
Es wurde ein Vliesstoff Flächengebilde nach der Prozedur von Beispiel 4 mit der Ausnahme erzeugt, dass die Bondingtemperatur 190°C anstatt 150°C betrug und dass keine Oberflächenbehandlung angewendet wurde. Die Daten für die Absorption und das Saugvermögen sind in Tabelle 2 angegeben.
BEISPIEL 10
Es wurde ein Vliesstoff-Flächengebilde nach der Prozedur von Beispiel 9 mit der Ausnahme erzeugt, dass es mit einer Tensid-Oberflächenbehandlung versehen wurde, um es durch Wasser benetzungsfähig zu machen. Das Flächengebilde wurde in ein wässriges Bad von 0,6% (Gewicht/Gewicht) Tergitol^® 15-S-12 (erhältlich bei Union Carbide) getaucht. Das Flächengebilde wurde sodann zur Entfernung der überflüssigen Flüssigkeit ausgequetscht und getrocknet und in einem Ofen für 3 min bei 150°C gehärtet. Die Daten für die Absorption und das Saugvermögen sind in Tabelle 2 angegeben. TABELLE 2 Absorotion und Saugeigenschaften von Vliesstoff-Flächengebilde

wnw: wird nicht aufgesaugt

BEISPIEL 11
Es wurde ein Vliesstoff-Flächengebilde nach der Prozedur von Beispiel 1 mit der Ausnahme der folgenden Änderungen erzeugt. Es wurde keine fluorchemische Oberflächenbehandlung angewendet. Die Geschwindigkeit der Bondingreihe betrug 28 m/min und führte zu einem flächenbezogenen Gewicht von 122 g/m². Das Flächengebilde wurde einem Cleanroom-Waschprozess unterworfen. Dieser Prozess umfasste die Bewegung des Flächengebildes in heißem Wasser (mindestens 49°C (120°F)) mit einem nichtionischen Tensid (etwa 15 l/kg (1,8 gallon Wasser/Pound) flächiges Material). Das heiße Wasser ist sodann mit Hilfe einer Behandlung der Umkehrosmose gereinigt worden und hatte eine Leitfähigkeit von 4 bis 6 Mikro-Siemens/cm. Das Flächengebilde wurde danach in deionisiertem Wasser gespült (etwa 10 l Wasser/kg flächiges Material (1,2 gallon Wasser/flächiges Material)). Das deionisierte Wasser hatte einen Widerstand von etwa 18 Megohm/cm. Beide Arten von Wasser wurden durch 0,2 μm filtriert. Die Daten der Eigenschaften des Flächengebildes einschließlich die Daten im Zusammenhang mit dem Verhalten als Wischmaterial sind in Tabelle 3 angegeben.
BEISPIEL 12
Es wurde ein Vliesstoff-Flächengebilde nach der Prozedur von Beispiel 4 mit der Ausnahme der folgenden Änderungen erzeugt. Es wurde keine fluorchemische Oberflächenbehandlung angewendet. Die Geschwindigkeit der Bondingreihe betrug 28 m/min und führte zu einem flächenbezogenen Gewicht von 129 g/m². Das Flächengebilde wurde einem Cleanroom-Waschprozess unterworfen. Dieser Prozess umfasste die Bewegung des Flächengebildes in heißem Wasser (mindestens 49°C (120°F)) mit einem nichtionischen Tensid (etwa 15 l Wasser/kg flächiges Material (1,8 gallon Wasser/Pound flächiges Material). Das heiße Wasser wurde durch eine Behandlung der Umkehrosmose gereinigt und hatte eine Leitfähigkeit von 4 bis 6 Mikro-Siemens/cm. Das flächige Material wurde danach in deionisiertem Wasser gespült (etwa 10 l Wasser/kg flächiges Material (1,2 gallon Wasser/Pound flächiges Material)). Das deionisierte Wasser hatte einen Widerstand von etwa 18 Megohm/cm. Beide Arten von Wasser wurden durch 0,2 μm filtriert. Die Daten der Eigenschaften des Flächengebildes einschließlich die Daten im Zusammenhang mit dem Verhalten als Wischmaterial sind in Tabelle 3 angegeben.
TABELLE 3 Wischeigenschaften von Vliesstoff-Flächengebilde
Die vorstehend ausgeführte Beschreibung und die Zeichnungen dienen zur Erläuterung und Beschreibung der Erfindung und tragen damit zur allgemeinen Wissensgrundlage bei. Im Zusammenhang mit dem Austausch dieses Beitrages der Kenntnisse und des Verständnisses werden exklusive Rechte angestrebt und sind zu respektieren. Der Geltungsbereich derartiger exklusiver Rechte darf in keiner Weise durch spezielle Einzelheiten und bevorzugte Anordnungen beschränkt oder geschmälert werden, die aufgezeigt worden sein können. Der Schutzumfang aller für die vorliegende Patentanmeldung gewährten Patentrechte ist nach den beigefügten Patentansprüchen zu bemessen und festzulegen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Vliesstoff-Flächengebildes aus weitgehend kontinuierlich schmelzgesponnenen Fasern, umfassend die Schritte: Extrudieren von schmelzspinnfähigem Polymer, das mindestens 30 Gew.-% Poly(ethylenterephthalat) enthält und eine Grenzviskosität kleiner als 0,62 dl/g hat; durch eine Vielzahl von Kapillaröffnungen in einem Spinnblock, um im Wesentlichen Endlosfaserfilamente zu erzeugen; Verstrecken der extrudierten Faserfilamente durch Zuführen der extrudierten Faserfilamente in eine Spinndüse, so dass eine Zugspannung auf die Faserfilamente aufgebracht wird, wobei in die Spinndüse einbezogen sind: ein Faserzutritt, eine Faserpassage, wo ein Luftstrahl die Filamente in die Richtung zieht, in die sich die Filamente bewegen, und einen Faseraustritt, durch den die verstreckten Filamente aus der Spinndüse ausgetragen werden; Austragen der verstreckten Faserfilamente im Wesentlichen als Endlosfaserfilamente durch den Faseraustritt der Spinndüse in einer Abwärtsrichtung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 6.000 m/min; Ablegen der Faserfilamente, die aus dem Faseraustritt der Spinndüse ausgetragen wurden, auf eine Aufnahmefläche, wobei die Faserfilamente eine mittlere Querschnittsfläche haben, die kleiner ist als etwa 90 Quadratmikrometer; und miteinander die Faserfilamente verkleben, um ein Vliesstoff-Flächengebilde zu erzeugen, wobei das Vliesstoff-Flächengebilde eine flächenbezogene Masse kleiner als 125 g/m² hat und wobei das Flächengebilde eine Faserlaufrichtung und eine Querrichtung hat und das Vliesstoff-Flächengebilde eine Einspannzugfestigkeit sowohl in der Faserlaufrichtung als auch in der Querrichtung auf die flächenbezogene Masse normiert und gemessen nach dem Standard ASTM D 5034 von mindestens 0,7 N/(g/m²) hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem mindestens 75 Gew.-% der Faserfilamente des Vliesstoff-Flächengebildes als überwiegende Komponente das Poly(ethylenterephthalat) mit einer Grenzviskosität von weniger als 0,62 dl/g haben.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Grenzviskosität des Poly(ethylenterephthalats) im Bereich von 0,40 bis 0,60 dl/g liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Grenzviskosität des Poly(ethylenterephthalats) im Bereich von 0,45 bis 0,58 dl/g liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Faserfilamente des Vliesstoff-Flächengebildes eine mittlere Denier-Streuung gemessen mit Hilfe des Variationskoeffizienten von mehr als 25% haben.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Flächengebilde eine Abkochschwindung von weniger als 5% hat.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die 75 Gew.-% der Faserfilamente des Vliesstoff-Flächengebildes mit Poly(ethylenterephthalat) als überwiegende Komponente mit einer Grenzviskosität von weniger als 0,62 dl/g Fasern eine Abkochschwindung von weniger als 5% haben.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die verstreckten Faserfilamente durch den Faseraustritt der Spinndüse in einer Abwärtsrichtung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 7.000 m/min ausgetragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die verstreckten Faserfilamente durch den Faseraustritt der Spinndüse in einer Abwärtsrichtung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 8.000 m/min ausgetragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Faseraustritt der Spinndüse von den Kapillaröffnungen in dem Spinnblock um eine Distanz von mindestens 30 cm beabstandet ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem die Faserfilamente durch einen Strahl von Kühlluft mit einer Temperatur im Bereich von 5° bis 25°C abgeschreckt werden, wenn die Faserfilamente die Kapillaröffnungen in dem Spinnblock zu dem Faseraustritt der Spinndüse passieren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die aus dem Faseraustritt der Spinndüse ausgetragenen Faserfilamente durch eine Verlängerungsplatte, die sich von der Spinndüse in einer zu der Richtung parallelen Richtung erstreckt, in der die Fasern aus dem Faseraustritt der Spinndüse ausgetragen werden, geführt werden, wobei die Faserfilamente innerhalb von 1 cm der Verlängerungsplatte über eine Distanz von mindestens 5 cm laufen.
Vliesstoff-Flächengebilde, aufweisend mindestens 75 Gew.-% der schmelzgesponnenen und im Wesentlichen Endlosfasern (A), die mindestens aus 30 Gew.-% Poly(ethlyenterephthalat) bestehen und eine Grenzviskosität von kleiner als 0,62 dl/g haben, wobei die Fasern eine mittlere Querschnittfläche von kleiner als etwa 90 Quadratmikrometer haben und das Vliesstoff-Flächengebilde eine flächenbezogene Masse von kleiner als 125 g/m² hat, wobei das Vliesstoff-Flächengebilde eine Faserlaufrichtung und eine Querrichtung hat und das Vliesstoff-Flächengebilde eine Einspannzugfestigkeit sowohl in der Faserlaufrichtung als auch in der Querrichtung, normiert auf die flächenbezogene Masse und gemessen nach dem Standard ASTM D 5034, von mindestens 0,7 N/(g/m²) hat.
Vliesstoff-Flächengebilde nach Anspruch 13, bei welchem die Fasern (A), die Poly(ethylenterephthalat) als überwiegende Komponente haben, eine Grenzviskosität von kleiner als 0,62 dl/g haben.
Flächengebilde nach Anspruch 14, bei welchem die Grenzviskosität des Poly(ethylenterephthalats) im Bereich von 0,40 bis 0,60 dl/g liegt.
Flächengebilde nach Anspruch 15, bei welchem die Grenzviskosität des Poly(ethylenterephthalats) im Bereich von 0,45 bis 0,58 dl/g liegt.
Flächengebilde nach Anspruch 13, bei welchem die Fasern (A) eine mittlere Denier-Streuung, gemessen mit Hilfe des Variationskoeffizienten, von mehr als 25% haben.
Flächengebilde nach Anspruch 13, bei welchem das Flächengebilde eine Abkochschwindung von kleiner als 5% hat.
Flächengebilde nach Anspruch 13, bei welchem die Fasern (A) eine Abkochschwindung von kleiner als 5% haben.
Flächengebilde nach Anspruch 13, bei welchem die Fasern (A) Mehrkomponentenfasern sind, von denen eine Komponente Poly(ethylenterephthalat) ist.
Flächengebilde nach Anspruch 20, bei welchem eine Komponente der Fasern (A) Polyethylen ist.
Wischmaterial, hergestellt aus dem Vliesstoff-Flächengebilde nach Anspruch 13.
Verbundstoff Flächengebilde, aufweisend die erste Lage des Flächengebildes, bestehend aus dem Vliesstoff-Flächengebilde nach Anspruch 13, und eine zweite Lage des Flächengebildes, bestehend hauptsächlich aus Fasern, die aus einem synthetischen Polymer schmelzgeblasen sind, wobei die zweite Lage des Flächengebildes eine erste und eine gegenüberliegende zweite Seite hat und wobei die erste Seite der zweiten Lage des Flächengebildes mit der ersten Lage des Flächengebildes verklebt ist.
Verbundstoff-Flächengebilde nach Anspruch 23, ferner aufweisend eine dritte Lage des Flächengebildes, die das Vliesstoff-Flächengebilde nach Anspruch 13 aufweist, wobei die zweite Seite der zweiten Lage des Flächengebildes mit der dritten Lage des Flächengebildes verklebt ist.