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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft die thermische Verbindung von Fasern in Textilmaterialien
und Faserbahnen und insbesondere die thermische Verbindung von Fasern
in Textilmaterialien oder Vliesen aus Celluloseestern, Celluloseethern
oder Mischungen von Fasern aus Celluloseestern und/oder -ethern
und Fasern aus anderen Substanzen. Celluloseester von besonderem
Interesse sind Celluloseacetat und Cellulosetriacetat.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Textilmaterialien
oder Faserbahnen, die aus Celluloseestern und/oder -ethern, insbesondere
Celluloseacetat und Cellulosetriacetat (wobei alle vorstehenden
hiernach zusammen als CA bezeichnet werden) bestehen oder diese
enthalten, können
eine thermische Verfestigungsbehandlung erfahren, wodurch bewirkt wird,
dass die CA-Fasern des Textilmaterials oder der Bahn miteinander
verbunden und/oder an andere Fasern im Textilmaterial oder in der
Bahn gebunden werden. Darüber
hinaus können
solche Schichten, wenn zwei oder mehr Schichten eines CA enthaltenden
Textilmaterials oder einer CA enthaltenden Bahn "verbunden" oder "verfestigt" werden müssen, mittels eines thermischen,
als "Kalandrieren" bekannten Verfahrens
miteinander verbunden werden. Gewöhnlich werden solche Kalandrierverfahren
an einem Material mit einem niedrigen Feuchtigkeitsgehalt durchgeführt. Das
Kalandrierverfahren wird durchgeführt, indem das Textilmaterial
oder die Bahn zwischen einem Paar von Walzen durchgeführt wird,
die einen Druck auf das Textilmaterial ausüben. Typischerweise ist eine
oder sind beide Walzen auf eine ausgewählte Temperatur erwärmt, wodurch das
Kalandrieren bewerkstelligt wird. Ein Kalandrierverfahren zum Auftragen
einer Beschichtung auf ein Textilmaterial ist in der Encyclopedia
of Polymer Science and Engineering, Band 6 (Wiley-Interscience,
John Wiley & Sons,
New York 1986), S. 649–640
und ibid., Band 2, S. 606–622,
beschrieben. Ein Kalandrierverfahren zum Verbinden von Fasern aus
einem Material miteinander und/oder mit Fasern aus einem anderen
Material wird auf eine ähnliche
Weise durchgeführt,
indem Kalandrierwalzen verwendet werden, die auf eine ausgewählte Temperatur
erwärmt
werden, die für
die zu verbindenden Fasern geeignet ist. Beim Kalandrierverfahren
bewirkt die Kombination aus der Temperatur und dem durch die Walzen
ausgeübten
Druck, dass die Fasern erweichen und/oder schmelzen und sich mit
sich selbst oder mit anderen Fasern im Textilmaterial oder Material, das
kalandriert wird, verbinden.
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Viele
natürliche
und künstliche
Fasern weisen eine geringe Tendenz zur Verbindung unter Anwendung von
Wärme auf
oder erfordern zum Verbinden so hohe Temperaturen, dass, wenn ein
Kalandrieren versucht wird, ein Textilmaterial aus solchen Fasern
nachteilig beeinflusst wird. Zum Beispiel müssen Textilmaterialien aus
Celluloseacetat typischerweise bei einer Temperatur von etwa 220°C oder höher kalandriert
werden, um eine Faserverbindung zu bewirken. Zum Beispiel offenbarte
das U.S.-Patent Nr. 2 277 049 eine Kalandriertemperatur von 232°C (450°F auf Seite
3, linke Spalte, Zeile 68). Bei diesen Temperaturen können sich
die Fasern jedoch zersetzen, wobei sich die Faserqualität verschlechtert
(z.B. Verfärbung,
Abnahme der Festigkeit, Sprödwerden
der Fasern und ähnliche
Beeinträchtigungen).
Zum Beispiel können
Celluloseacetatfasern in Bekleidung verwendet werden, wo ihr Drapiervermögen erwünscht ist.
Durch ein Sprödwerden
der Fasern versteift sich das Textilmaterial, und das Drapiervermögen geht
verloren. Darüber
hinaus resultiert ein Verbinden bei hoher Temperatur zu höheren Energiekosten,
einer Ungleichmäßigkeit
der Verbindung aufgrund eines Verziehens von Walzen und verursacht
hohe Wartungskosten beispielsweise für Dichtringe, Lager, ein Verziehen von
Walzen, das dadurch verursacht wird, dass die Walzen sich in ihrer
Mitte aufgrund der erforderlichen Wärme verziehen, was zur Notwendigkeit
eines häufigeren
Ersatzes der Walzen führt,
und ähnlichen
Problemen.
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Eine
Reihe von Patenten beschreibt Verfahren, die in verschiedenen Verfahren
zur Verbesserung der Verbindung von Cellulosefasern eingesetzt worden
sind. Das U.S.-Patent Nr. 2 692 420, Bamber et al. (Bamber) beschreibt
die Herstellung von Filzen aus einer Kombination von (1) Wolle oder
anderen tierischen Fasern, die zum Verfilzen befähigt sind, und (2) Celluloseacetatfasern.
Bamber führt
die Schwierigkeit auf, die bei der Herstellung solcher Filze auftritt,
und lehrt die Behandlung solcher Filzmischungen mit organischen
Erweichungsmitteln zum Erweichen der Celluloseacetatfasern vor dem
Filzen und dadurch eine Erleichterung des Filzvorgangs.
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Das
(oben zitierte) U.S.-Patent 2 277 049, Reed, offenbart zusätzlich dazu,
dass es eine Kalandriertemperatur von 232°C offenbart, auch die Verwendung
verschiedener organischer Lösungsmittel
zur Erweichung von Bindefasern in einem Textilmaterial, bei dem
es sich um eine Mischung aus Bindefasern und Baumwolle handelt.
Reed findet, dass die Verwendung solcher Lösungsmittel zu beanstanden
ist. Darüber
hinaus offenbart Reed auch die Benetzung eines in der Wärme kalandrierten
Textilmaterials mit Wasser, um das kalandrierte Textilmaterial noch
zu erweichen. Dieses Benetzen mit Wasser ist nachkalandrierend und
beeinflusst die eingesetzte Kalandriertemperatur nicht.
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Das
U.S.-Patent Nr. 5 783 39, Duckett et al., beschreibt die Verwendung
von Acetondampf zur Erniedrigung der Erweichungstemperatur von Celluloseacetatfasern
zur Erniedrigung der Kalandriertemperatur. Obwohl durch die Verwendung
des Verfahrens von Duckett et al. tiefere Verbindungstemperaturen
erreicht werden können,
stellt die Verwendung von Aceton eine Feuer- und Explosionsgefahr dar, die im kommerziellen Betrieb
nicht wünschenswert
ist.
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Das
U.S.-Patent Nr. 2 673 163, Rohm, beschreibt die Zugabe von Wasser
zu rohen Zelluloseestern wie einer Celluloseacetatflocke zur Erniedrigung
des Schmelzpunkts des Esters, bevor sie – wie bei einem Schmelzspinnverfahren – durch
eine Öffnung
extrudiert werden. Die Menge des in die geschmolzene Masse eingearbeiteten
Wassers beträgt
mehr als die normale "Wiederaufnahme-"Feuchtigkeit des
trockenen Esters und liegt typischerweise im Bereich von 0,5–10%. "Der bevorzugte Feuchtigkeitsgehalt
beträgt
bei einem hydrolysierten Celluloseacetat-Derivat 8–9% und
bei Cellulosetriacetat etwa 6%".
(Siehe Rohm, Spalte 2, Zeilen 2–5.)
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US-A-3
096 557 offenbart ein Verfahren zum Kalandrieren eines Textilmaterials,
das Fasern aus Celluloseacetat oder Cellulosetriacetat enthält, wobei
das Verfahren das Benetzen des Textilmaterials mit Wasser und das
Leiten des Textilmaterials durch wenigstens ein Paar Kalandrierwalzen
umfasst.
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GB 666 368 offenbart ein
Verfahren zum Kalandrieren eines Textilmaterials aus Celluloseacetat
in Gegenwart von Wasser.
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Es
ist bekannt, dass Celluloseacetatfasern bei einer Temperatur von
etwa 220°C
binden. Durch die Verwendung von organischen Erweichungsmitteln
wie dem von Bamber beschriebenen kann diese Temperatur erniedrigt
werden, wobei die Verwendung solcher organischen Substanzen mit
Acetat-Textilmaterial
mit Hinblick auf die Sicherheit der Arbeiter und mit Hinblick sowohl
auf die Ökonomie
als auch die Ökologie
nicht wünschenswert
ist. Das Fachgebiet lehrt – abgesehen
von der Verwendung organischer chemischer Weichmacher – im Allgemeinen
kein zufriedenstellendes Verfahren zur Verminderung der Temperatur,
bei der Celluloseacetat- oder Cellulosetriacetatfasern in einem
Textilmaterial miteinander verbunden oder an Fasern aus anderen
Materialien, die in einem Textilmaterial oder einer Bahn vorhanden
sein können,
gebunden werden können.
In der vorliegenden Erfindung dient Wasser als Weichmacher.
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Demgemäß besteht
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines
Verfahrens, mit dem die Temperatur, die zum Verbinden von Celluloseester-
und Celluloseether-Fasern miteinander oder mit Fasern aus anderen,
in einem Textilmaterial oder einer Bahn vorhandenen Materialien
erforderlich ist, vermindert werden kann.
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Eine
weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Verfahrens unter Verwendung von Wasser, mit dem die Temperatur,
die zum Verbinden von Celluloseether- und Celluloseester-Fasern miteinander
oder mit Fasern aus anderen, in einem Textilmaterial oder einer
Bahn vorhandenen Materialien erforderlich ist, vermindert werden
kann.
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Eine
zusätzliche
Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens,
wobei das Kalandrieren eines Textilmaterials oder einer Bahn, das
bzw. die Fasern aus einem Celluloseester oder einem Celluloseether
enthält,
bei erhöhten
Temperaturen und in Gegenwart einer ausgewählten Wassermenge bewirkt,
dass die Celluloseester-/Celluloseether-Fasern miteinander oder
mit Fasern aus anderen Materialien bei Temperaturen von weniger
als 200°C
verbunden werden und das weiterhin dem kalandrierten Textilmaterial einen
Bereich von physikalischen Eigenschaften verleiht, z.B. einen "Griff" oder eine "Steifigkeit"
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung offenbart ein Verfahren zum Kalandrieren eines Textilmaterials,
das Fasern aus einem Celluloseester und/oder einem Celluloseether
enthält,
um dadurch Fasern aus dem im Textilmaterial vorhandenen Celluloseester/ether
aneinander und/oder an andere, im Textilmaterial vorhandene, aus
ausgewählten Substanzen
hergestellte Fasern zu binden, wobei das Verfahren das Benetzen
des Textilmaterials mit Wasser und das Durchführen des Textilmaterials zwischen
wenigstens einem Paar von Kalandrierwalzen mit glatten oder geprägten Oberflächen, die
auf eine Temperatur von 150°C
bis 190°C
erwärmt
sind, umfasst, wobei die Walzen einen Druck von 3450 kPa bis 34
500 kPa (500 psi bis 5000 psi) auf das zwischen ihnen durchgeführte Textilmaterial
ausüben,
wobei das Material mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 200 m/min
zwischen den Walzen durchgeführt
wird und wobei es sich bei dem Textilmaterial um eines handelt,
das aus der aus Geweben, Vliesstoffen und Gewirken und Faservliesen
bestehenden Gruppe ausgewählt
ist und wobei die anderen Fasern aus der Gruppe ausgewählt sind,
die aus Rayon, Polyestern, Wolle, Baumwolle, Seide, Polyamiden,
Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyolefinen und natürlichen,
aus der aus Holz, Pulpe, Flachs und Hanf bestehenden Gruppe ausgewählten Cellulosesubstanzen
besteht.
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Beim
Verfahren wird das Textilmaterial oder die Bahn mit Wasser benetzt
und zwischen wenigstens einem Paar und gegebenenfalls einer Mehrzahl
von Paaren von Kalandrierwalzen durchgeführt, die auf eine Temperatur
von 150°C
bis 190°C.
erwärmt
sind, wobei die Walzen auch einen Druck von 3450 kPa bis 34 500 kPa
(500 psi bis 5000 psi) auf das Textilmaterial ausüben. Der
Wassergehalt des benetzten Textilmaterials beträgt 20% bis 600% des Trockengewichts
des Textilmaterials. Material kann mit jeder kommerziell zweckmäßigen Geschwindigkeit
zwischen den Kalandrierwalzen durchgeführt werden. Typischerweise
beträgt
diese Geschwindigkeit 0,5 bis 200 m/min.
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Die
Fasern der anderen ausgewählten
Substanzen, die im Textilmaterial vorhanden sind, können aus der
Gruppe ausgewählt
sein, die aus Cellulosefasern aus Holzpulpe, Flachs und ähnlichen
natürlichen
Produkten, Rayon, Polyestern, Wolle, Baumwolle, Seide, Polyamiden,
Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyolefinen und ähnlichen,
den Fachleuten bekannten Polymeren besteht, die zum Vermischen mit
Fasern aus Celluloseacetat und/oder Cellulosetriacetat geeignet
sind. Die Menge solcher anderen Fasern im Textilmaterial kann 1%
bis etwa 90% des Gesamtgewichts des Textilmaterials betragen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht
den Typ der diskreten Bindung, der zwischen zwei Celluloseacetatfasern
oder zwischen einer Celluloseacetatfaser und einer Rayonfaser gebildet
wird, wenn bei 225°C
und einem Druck von 6900 kPa (1000 psi) ohne Wasserbehandlung gemäß der Erfindung
kalandriert wird.
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2 veranschaulicht
das Fehlen einer diskreten Bindung, was erfolgt, wenn das Material
von 1 bei einer tieferen Temperatur von 210°C und einem
Druck von 6900 kPa (1000 psi) ohne die von der Erfindung gelehrte
Benetzung kalandriert wird.
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3 veranschaulicht
die Folgen eines Nasskalandrierens bei 170°C und einem Druck von 6900 kPa (1000
psi) und veranschaulicht weiterhin den Umfang des Acetatfließens unter
diesen Bedingungen.
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4 veranschaulicht,
dass bei einem mit Wasser benetzten Textilmaterial nach einem Kalandrieren bei
150°C ein
stärkeres
Verbinden von Fasern als bei einem nicht benetzten Textilmaterial,
das bei 225°C
kalandriert wurde, erfolgt ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
hier verwendeten Begriffe "Celluloseacetat", "Acetat" und "CA" bedeuten einen Celluloseester oder
-ether, bei dem entweder der Säureteil
des Esters oder der "etherartige" Teil des Celluloseethers
ein Alkan- oder Alkenrest mit fünf
oder weniger Kohlenstoffatomen ist und der Substitutionsgrad der
Ester-/Ethergruppen der Cellulosehydroxylgruppen 2,2 bis 2,65 beträgt, wobei
ein Wert von 3,0 das theoretische Maximum ist. Der Begriff "Cellulosetriacetat" oder "Triacetat" bedeutet einen Substitutionsgrad
von 2,65 bis 3,0. Beispiele für
die Alkan- und Alkensäuren
umfassen Propansäure,
Butansäure,
Butensäure,
Isopropansäure,
Isopropensäure,
Pentansäure,
Neopentansäure,
Ameisensäure,
Essigsäure
und ähnliche
Säuren.
Beispiele für
die etherartigen Gruppen, die den Celluloseether bilden können, umfassen
die Methyl-, Ethyl-Propyl-,
Isopropyl-, Butyl-, Isopropenyl-, Butenyl-, Pentyl-, Neopentyl-,
Pentenyl- und ähnliche
C5- oder niedere Gruppen, wobei die Gruppen
die Hydroxylwasserstoffe der Cellulose ersetzen. Sowohl Celluloseacetat
als auch Cellulosetriacetat können
allein oder in Kombination miteinander oder mit Fasern aus einem
anderen ausgewählten
Material im Verfahren der Erfindung verwendet werden.
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Das
hier beschriebene Nasskalandrierverfahren der Erfindung kann mit
Textilmaterialien und Bahnen aus Celluloseestern und -ethern verwendet
werden und schließt
Textilmaterialien ein, die aus Mischungen von Celluloseestern/ethern
und Mischungen solcher Cellulosester/ether mit Fasern aus anderen
Substanzen bestehen. Beispiele für
Fasern, die aus anderen ausgewählten
Substanzen bestehen, umfassen Fasern aus natürlichen Produkten (z.B. Holzpulpe,
Baumwolle, Seide, Wolle und ähnlichen
Fasern), Polyolefinen, Polyestern, Rayons und Polyamiden. Bevorzugte
Celluloseester/ether sind Celluloseacetat und -triacetat.
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Hier
sind, sofern nichts anderes aufgeführt ist, alle Prozentwerte
auf das Gewicht bezogen.
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Die
Begriffe "Textilmaterial" und "Material" können hier,
wenn sie im Zusammenhang mit dem Kalandrierverfahren der Erfindung
verwendet werden, austauschbar verwendet werden. Die Begriffe bezeichnen
ein Textilmaterial oder Material, das Fasern aus Celluloseestern/ethern
entweder allein oder in Kombination miteinander oder mit Fasern
aus anderen hier beschriebenen ausgewählten Substanzen enthält. Bevorzugte
Celluloseester/ether sind Celluloseacetat und -triacetat.
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Das
hier verwendete "Textilmaterial" kann gewebt, geknüpft oder
nichtgewoben, wie Vliesstoffe, sein, womit Bahnen aus Fasern bezeichnet
werden, die durch von der Erfindung verschiedene Verfahren kalandriert wurden
oder bei denen die Fasern durch Hydroverschlingung, eine Harzbindung,
Nadeln und ähnliche,
den Fachleuten bekannte Verfahren verschlungen oder verbunden wurden.
Das "Textilmaterial" umfasst weiterhin Vliesstoffe
aus Fasern, in denen die Fasern nicht durch im Fachgebiet bekannte
Verfahren verschlungen oder gebunden worden sind.
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Die
beim Praktizieren der Erfindung verwendeten Kalandrierwalzen sind
Heizwalzen und können
entweder eine glatte Oberfläche
oder eine geprägte
oder mit einem Muster versehene Oberfläche aufweisen. Zum Beispiel
können
beide Walzen glatte Oberflächen
haben, oder eine kann glatt und eine geprägt sein, und beide können geprägt sein.
Diese Walzen können
durch jedes im Fachgebiet bekannte Mittel auf die ausgewählte Temperatur
erwärmt
werden, zum Beispiel elektrisch oder durch das Durchleiten eines
Heizfluids durch die Walzen. Temperaturen, die zur Bewerkstelligung
der Verbindung von erfindungsgemäßen Celluloseestern/ethern,
beispielsweise der in den Beispielen hier eingesetzten Celluloseacetat-
oder Cellulosetriacetatfasern, verwendet werden, reichen von 150°C bis 190°C.
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Wie
die in den Tabellen 1–5
aufgeführten
Daten zeigen, beeinflussen die Kalandriertemperatur und der Kalandrierdruck
und die Menge des kalandrierten Materials alle den erhaltenen Bindungsgrad.
Darüber
hinaus beeinflusst die Geschwindigkeit, mit der das Material durch
die Kalandrierwalzen geleitet wird, auch den Bindungsgrad, wobei
der Bindungsgrad umso niedriger ist, je höher die Geschwindigkeit ist.
Beim Praktizieren der Erfindung reicht die Kalandriertemperatur
von 150°C
bis 190°C.
Der Wassergehalt im kalandrierten Textilmaterial oder im Material
kann von 20% bis 600% des Materials, bezogen auf das Gewicht des
trockenen Materials, variieren. Der von den Kalandrierwalzen auf
das Material ausgeübte
Druck kann von 3450 kPa bis 34 500 kPa (500 bis 5000 psi) reichen.
Die Geschwindigkeit, mit der das Material durch die Kalandrierwalzen
geführt wird,
kann von 0,5 bis 200 m/min, vorzugsweise 25 bis 150 m/min, reichen.
Die exakte Kombination von Temperatur, Druck, Wassergehalt und Materialgeschwindigkeit
kann von einem Fachmann leicht variiert werden, um ein Material
mit einem ausgewählten
Satz an physikalischen Merkmalen wie der Festigkeit, der Dichte,
der Steifigkeit und des Grades der Faserverbindung zu erreichen.
Ein Fachmann ist auch leicht in der Lage, zu erkennen, dass es möglich ist,
einen gegebenen Satz von Merkmalen unter verschiedenen Sätzen von
Bedingungen zu erreichen. Zum Beispiel könnten bei einer spezifizierten
Materialgeschwindigkeit und einem spezifizierten Walzendruck ein
spezifizierter Grad der Faserverbindung und eine resultierende Materialfestigkeit durch
das Variieren der Temperatur und des Wassergehalts des Materials
erreicht werden.
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Die
Materialien, die gemäß dem Verfahren
der Erfindung kalandriert werden können, können jede Anordnung von Fasern
sein: ein gewebtes, nichtgewebtes, Bahn-, geknüpftes oder ein ähnliches
Material, das Celluloseester/ether enthält. Somit können beim Praktizieren der
Erfindung Materialien aus Celluloseestern/ethern allein oder aus
Celluloseestern/ethern vermischt mit anderen Materialien wie Fasern
aus natürlichen
Produkten, Rayon, Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden, Polyacrylaten,
Polymethacrylaten und flüssigkristallinen
Polymeren und ähnlichen
polymeren Materialien, die den Fachleuten bekannt sind, verwendet
werden. Besonders bevorzugt sind zusätzlich zu den Materialien aus
Celluloseestern/ethern Mischungen, die Polyester, Polyolefine, Polyacrylate,
Polymethacrylate, Baumwolle, Wolle, Seide, Holzpulpe, Cellulosefasern
wie Flachs und ähnliche
Substanzen enthalten.
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Die
folgenden Beispiele sind zur Veranschaulichung der Erfindung aufgeführt und
dürfen
nicht als einschränkend
aufgefasst werden. Die Verwendung von Celluloseacetat oder -triacetat
in den Beispielen sollte dahingehend aufgefasst werden, dass die
hier allgemein beschriebenen Celluloseester/ether gemeint sind.
In den hier aufgeführten
Beispielen wurden Bögen
aus Faserbahnen einer Labormaßstab-Kalandriervorrichtung zugeführt. Die
Faserbahnen wurden auf Kardiermaschinen, Rando-Vliesmaschinen hergestellt
oder auf einer Hand-Bahnbildungsvorrichtung auf nassem Weg hergestellt.
Es wird festgestellt, dass die bei diesen Laborexperimenten verwendeten
Drücke,
3450 kPa bis 34 500 kPa (500 bis 5000 psi), höher als diejenigen sind, die in
einer typischen großtechnischen
kommerziellen Vorrichtung eingesetzt werden. Bei solchen großtechnischen
kommerziellen Vorrichtungen werden typischerweise Kalandrierdrücke von
3450 kPa bis 13 800 kPa (500 psi bis 2000 psi), vorzugsweise 3450
kPa bis 6900 kPa (500 bis 1000 psi) eingesetzt. Material wird solchen
kommerziellen Vorrichtungen mit Geschwindigkeiten von 0,5 bis 200
m/min oder mehr zugeführt,
vorzugsweise von 25 bis 150 m/min.
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Beispiel 1
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Beispiel
1 wurde unter Verwendung von statistisch trocken gelegten Bahnen
aus 60% Rayon und 40% CA mit 3 osy (ounces per square yard) durchgeführt. Bei
den zur Bildung der Bahn verwendeten Rayon- und CA-Fasern handelte
es sich um trilobale Fasern von 1 1/2 inch mit 1,5 bzw. 1,7 dpf
(Titer pro Filament). Das Kalanderverbinden erfolgte bei den in
Tabelle 1 aufgeführten
Temperaturen und Drücken,
wobei die Bahn mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min durch die Walzen
geführt
wurde. Zur Bahn wurde kein Wasser gegeben. Die Verbindungstemperatur
ist in°C
angegeben. Der Verbindungsdruck ist in kPa (psi) angegeben, die
Spitzenbelastung in N/cm (lb/inch) und dient zur Messung der Kraft,
die erforderlich ist, um einen Streifen des Textilmaterials von
1 inch zu zerreißen.
Die Reißdehnung
ist in Prozent angegeben und ein Maß für den Betrag, den ein Streifen
aus einem Textilmaterial sich ausdehnt oder streckt, bevor er reißt. Hohe
Spitzenbelastungen und Reißdehnungen
sind wünschenswert.
Es ist wünschenswert,
solche Werte bei den niedrigsten möglichen Verbindungstemperaturen
und Verbindungsdrücken
zu erhalten.
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Hinweise:
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- 1. Die Spitzenbelastung ist in (pounds per inch) N/cm angegeben.
- 2. Die Reißdehnung
ist als Prozentwert (%) angegeben.
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Die
Daten in Tabelle 1 veranschaulichen die Zugeigenschaften von Bahnen
aus ungebundenem Rayon und Celluloseacetat-Fasern, die ohne die
Zugabe von Wasser, wie von der Erfindung gelehrt wird, zwischen glatten
Walzen bei den aufgeführten
Temperaturen und Drücken
kalandriert wurden. Die in Tabelle 1 verbundene Rayon/CA-Bahn war "trocken", d.h., dass sie
einen Wiederaufnahme-Gleichgewichts-Feuchtigkeitsgehalt von etwa
6% hatte. Bei Verbindungstemperaturen von 230°C und höheren Drücken werden CA enthaltende
Bahnen in Strukturen mit einer nennenswerten Festigkeit umgewandelt,
wie durch die Werte der Spitzenbelastung und der Reißdehnung
veranschaulicht wird. Bei Temperaturen über 230°C können sogar stärkere Strukturen
gebildet werden, wobei solche höheren
Temperaturen aber zur Verfärbung
der Materialien führen können.
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1 veranschaulicht
den Typ der diskreten Verbindung, die zwischen zwei CA-Fasern oder
einer CA-Faser und einer Rayon-Faser gebildet wird, wenn sie bei
225°C und
einem Druck von 6900 kPa (1000 psi) wie in Tabelle 1 verbunden werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn wie in diesen Beispielen glatte
Kalanderwalzen verwendet werden, aus Mischungen von verbindenden/nicht
verbindenden Fasern (z.B. CA/Rayon) stärkere, zähere Bahnen gebildet werden,
als wenn die Bahnen aus 100% einer verbindenden Faser gebildet werden.
Bei glatten Kalandrierwalzen können
100% verbindende Fasern zu stark verbunden werden, was zu sehr steifen
Textilmaterialien (Materialien) führt, oder sie können sogar
von einer faserartigen Struktur zu einer folienartigen Bahn umgewandelt
werden. Kalandrierwalzen mit einem Verbindungsmuster, die sogenannten
Prägewalzen,
werden bei Bahnen aus 100% verbindenden Fasern und auch bei Mischungen
aus verbindenden/nicht verbindenden Fasern oft verwendet, um Strukturen
mit einer Ausgewogenheit von Eigenschaften zu erhalten, die von
denjenigen, die mit glatten Walzen erhalten werden, verschieden
sind. Es gibt viele Typen von im Fachgebiet bekannten Verbindungsmustern,
und beliebige davon können
innerhalb der Erfindung liegen. Die verschiedenen Verbindungsmuster
haben einen weiten Bereich von Verbindungsflächen.
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2,
die auch auf Bahnen basiert, die gemäß der Bedingungen von Tabelle
1 verbunden wurden, veranschaulicht das Kalandrieren von Bahnen,
die "trockenes" CA enthalten, bei
weniger harten Bedingungen, zum Beispiel einer Temperatur von 210°C und 6900
kPa (1000 psi). 2 zeigt, dass sich unter diesen
Bedingungen "trockene" CA-Fasern verformen
und einige klebrige Verbindungen bilden, die diskreten Verbindungen,
wie sie in 1 veranschaulicht sind, aber
nicht gebildet werden. Die Daten in 2 veranschaulichen somit,
dass beim Kalandrieren von "trockenen" CA-Fasern zur Bildung
einer guten Verbindung Temperaturen von über 210°C erforderlich sind.
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Beispiel 2
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Beispiel
2 wurde durchgeführt,
um die Zugeigenschaften von kreuzweise gelegtem Krempelvlies mit
3 osy aus einer Mischung aus 80% Rayon und 20% Celluloseacetat zu
messen, wobei trilobale Fasern von 3,81 cm (1 1/2 inch) für 1 min
in Wasser getaucht, zur Entfernung überschüssigen Wassers im Vakuum abgesaugt und
zwischen glatten Walzen kalandriert wurden. Bahnmaterial wurde mit
einer Geschwindigkeit von 1 m/min und den in Tabelle 2 aufgeführten Drücken zwischen
den Walzen durchgeführt.
Der Wassergehalt der Bahn variierte beim Kalandrieren zwischen weniger
als 200% und mehr als 600% des Gewichts der trockenen Bahn.
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Hinweise:
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- 1. Die Spitzenbelastung ist in (pounds per inch) N/cm angegeben.
- 2. Die Reißdehnung
ist als Prozentwert (%) angegeben.
- 3. Das Wasser wird gemäß der Beschreibung
oben zugegeben.
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Die
in Tabelle 2 aufgeführten
Ergebnisse deuten darauf hin, dass CA enthaltende Bahnen, die auch Wasser
oberhalb der Gleichgewichts-Wiedererlangungsmenge,
mehr als 6%, enthalten, bei viel tieferen Temperaturen als Bahnen,
die nur die Gleichgewichtsmenge an Wasser enthalten, in starke Strukturen
umgewandelt werden können.
Die Daten in Tabelle 2 deuten darauf hin, dass bei 190°C Bahnen,
die CA und Rayon enthielten und kein zugegebenes Wasser aufwiesen,
niedrige Zugfestigkeiten aufwiesen. Zum Beispiel wies eine Bahn,
die bei 190°C
und 13 800 kPa (2000 psi) ohne zugegebenes Wasser kalandriert wurde,
eine Spitzenbelastungsstärke
von nur 0,21 N/cm (0,12 lb/in) auf. Im Gegensatz dazu wird, wenn
die Bahn mit Wasser behandelt und im Vakuum abgesaugt wird, eine
Struktur gebildet, deren Festigkeit fast zwei Größenordnungen höher als
diejenigen der nicht benetzten Bahn ist. (Vergleiche die ersten
beiden in Tabelle 2 aufgeführten
Bahnen). Im Allgemeinen deuten die Daten darauf hin, dass alle mit
Wasser behandelten Bahnen, die bei Temperaturen zwischen 160–190°C und Drücken von
3450 kPa bis 13 800 kPa (500–2000
psi) kalandriert wurden, eine höhere
Spitzenbelastungsstärke
als die nicht benetzte Bahn aufwiesen. Die Daten deuten somit auch
darauf hin, dass durch ein Nasskalandrieren eine stärker verbundene
Bahn bei niedrigeren Temperaturen und Drücken erreicht werden kann.
Die Daten deuten auch darauf hin, dass wie bei den nicht benetzten
Bahnen bei einer gegebenen Kalandriertemperatur höhere Kalandrierdrücke zu stärkeren Strukturen
führen.
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Beispiel 3
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Beispiel
3 wurde durchgeführt,
um die Zugeigenschaften von statistisch trocken verlegten Bahnen
aus einer Mischung aus Fasern von 3,81 cm (1 1/2 inch) von Rayon
mit 1,5 dpf und Celluloseacetat von 1,7 dpf zu messen, die in Wasser
getaucht, zur Entfernung überschüssigen Wassers
im Vakuum abgesaugt und bei den in Tabelle 3 aufgeführten Temperaturen
und Drücken
zwischen glatten Walzen kalandriert wurden. Bahnmaterial wurde mit
einer Geschwindigkeit von 1 m/min durch die Walzen geleitet. "Keine Zugabe" bedeutet, dass die
Bahn nicht eingetaucht wurde und es sich beim Feuchtig keitsgehalt
um den normalen Wiederaufnahme-Gleichgewichts-Feuchtigkeitsgehalt
handelte. Faserbahnen mit verschiedenen Größen wurden vor dem Eintauchen
in Wasser und nach dem Absaugen im Vakuum gewogen, um den Wassergehalt
der Bahn zu bestimmen.
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Hinweise:
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- 1. Die Spitzenbelastung ist in (pounds per inch) N/cm angegeben.
- 2. Die Reißdehnung
ist als Prozentwert (%) angegeben.
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Die
Daten in Tabelle 3 deuten darauf hin, dass starke Strukturen aus
CA enthaltenden Bahnen bei Temperaturen von nur 150°C gebildet
werden. Es wird angenommen, dass bei höheren Kalandrierdrücken auch
bei Temperaturen unterhalb von 150°C starke Strukturen gebildet
werden können.
Zum Beispiel wird angenommen, dass bei einer Temperatur von 130°C und einem
Druck von 20 700 kPa bis 34 500 kPa (3000–5000 psi) eine Struktur mit
der Festigkeit einer Bahn gebildet werden kann, die bei 170°C und 6900
kPa (1000 psi) kalandriert wurde.
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3 veranschaulicht
eine durch Nasskalandern bei 170°C
und 6900 kPa (1000 psi) verbundene Bahn aus 60/40 Rayon/CA. Die
CA-Faser in der Bahn ist weitgehend geflossen. Obwohl ein solches
Textilmaterial einen beschränkten
Nutzen haben könnte,
deuten die Ergebnisse auf eine gute Verbindung hin, die bei dieser
niedrigen Temperatur und bei niedrigen Drücken erreicht werden können. Eine
gute Verbindung wird bei sehr niedrigen Walzendrücken, zum Beispiel 138 kPa–345 kPa
(20–50
psi) erwartet. Dies ist kommerziell vorteilhaft und ermöglicht die
Bildung weniger dichter Strukturen.
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4 deutet
in Vergleich zu 1 darauf hin, dass bei 150°C mit einer
benetzten Bahn eine stärkere Verbindung
als bei 225°C
mit einer nicht benetzten Bahn erfolgte.
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Beispiel 4
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Beispiel
4 wurde durchgeführt,
um die Zugeigenschaften von Krempelvlies von 3 osy aus Fasern aus 100%
Cellulseacetat mit 1,8 dpf von 3,9687 cm (1 9/16 inch) zu messen,
die unmittelbar vor dem Kalandrieren mit Wasser besprüht wurden.
Das Kalandrieren erfolgte zwischen glatten Walzen bei den in Tabelle
3 aufgeführten
Temperaturen und Drücken.
Bahnmaterial wurde mit einer Geschwindigkeit von 1 m/min zwischen
den Walzen durchgeführt. "Keine" bedeutet, dass die
Bahn nicht mit Wasser besprüht
wurde und der Feuchtigkeitsgehalt der normale Wiederaufnahme-Feuchtigkeitsgehalt
war. Auf jede Seite der Bahn wurde etwa eine Hälfte des Wasser aufgetragen.
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Hinweise:
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- 1. Die Spitzenbelastung ist in N/cm (pounds per inch) angegeben.
- 2. Die Reißdehnung
ist als Prozentwert (%) angegeben.
- 3. Gewicht des Wassers in der Bahnprobe.
- 4. Gew.-% Wasser in der benetzten Probe.
- 5. Die Bahn 62D wurde so plastisch, dass sie an der heißen Walze
haftete und abgekratzt werden musste.
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Die
Daten in Tabelle 4 deuten darauf hin, dass die Bindung unter Verwendung
von 100% CA mit und ohne Wasserzugabe erreicht wird. In der Bahn
war kein zweiter Fasertyp vorhanden, um Komplikationen bei der Interpretation
der Daten aufgrund der Wasseradsorptionsmerkmale der zweiten Faser
auszuschließen.
Die Daten deuten darauf hin, dass es eine nennenswerte Änderung
der Festigkeit der kalandrierten Struktur gibt, wenn vor dem Kalandrieren
nur 20% Wasser in der Struktur vorhanden sind.
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Beispiel 5
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Beispiel
5 wurde durchgeführt,
um die Zugeigenschaften von Bahnen von 2 osy aus 80% Rayon mit 1,5
dpf und 20% CA mit 2,3 dpf zu bestimmen. Die Bahn wurde gebildet,
indem feingekerbte, runde Fasern von 1,27 cm (1/2 inch) verwendet
wurden, die in Wasser nass verlegt wurden, zur Entfernung überschüssigen Wassers
im Vakuum abgesaugt und zwischen glatten Walzen bei den in Tabelle
5 aufgeführten
Temperaturen und Drücken
kalandriert wurden. Bahnmaterial wurde der Walze mit einer Geschwindigkeit
von 1 m/min zugeführt.
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Die
Daten in Tabelle 5 veranschaulichen die physikalischen Eigenschaften
einer nass verlegten, Rayon und CA enthaltenden Bahn. In Abwesenheit
von Wasser und bei einer Kalandriertemperatur von 165°C entwickelte
sich in der Bahn keine Kohäsivfestigkeit.
Wenn Wasser zur Bahn gegeben wurde, entwickelte sich beim Kalandrieren
eine signifikante Festigkeit. Obwohl die Wassermenge in Probe 4
nicht gemessen wurde, ist es vernünftig, anzunehmen, dass in
Probe 4 ein Teil des Wassergehalts verdampfte und dass im Vergleich zu
den Proben, die nicht an Luft trocknen gelassen wurden, eine bessere
Verbindung aus einem etwas erniedrigten Wassergehalt resultierte.
Ein an Luft erfolgendes Trocknen für 10 min oder mehr vermindert
die Menge des in der Bahn vorhandenen Wassers. Alternativ können zusätzlich zum
Aufsprühen
oder Eintauchen der Bahn, um sie mit Wasser zu benetzen, andere
Methoden angewandt werden, um einen optimalen Wassergehalt für optimale
Eigenschaften des Textilmaterials bei einem spezifizierten Satz
von Verbindungstemperaturen, Walzendruck und Kalandergeschwindigkeit
zu erhalten. Das Textilmaterial kann benetzt und dann durch eine
Kammer mit einer spezifizierten Temperatur und einem spezifizierten
Feuchtigkeitsgehalt geleitet werden, um den Wassergehalt auf einem
spezifizierten Niveau zu äquilibrieren.
Auch eine Dampfkammer kann zum Benetzen des Textilmaterials verwendet
werden.
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Beispiel 6 (Bezug)
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Ein
Krempelvlies aus Cellulosetriacetat wird gemäß dem im Fachgebiet bekannten
Verfahren gebildet. Die Bahn besteht aus einer Faser von 2,5 dpf
und hat ein Gewicht von 3 osy. Proben der Bahn werden trocken und
nach einem erfindungsgemäßen Benetzen
kalandriert. Das benetzte Textilmaterial hat einen erfindungsgemäßen Wassergehalt
von etwa 200% bis etwa 600% des Trockengewichts. Das Kalandrieren
der benetzten Proben erfolgte bei Temperaturen von 190°C und Walzendrücken von
6900 kPa (1000 psi). Die Bahn wird mit einer Geschwindigkeit von
0,2 m/min durch die Walzen geleitet, um die Triacetatfasern miteinander
zu verbinden. Im Gegensatz dazu erfordert eine trockene Triacetat-Bahn,
die nur die normale Wiederaufnahme-Feuchtigkeit enthält, eine Temperatur im Bereich
von 210–280°C für einen
Zeitraum von 1–5
min unter Einwirkung einer zusätzlichen
Spannung, um ein Verbinden von Triacetatfaser zu erreichen, wie
in der oben zitierten Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,
Band 6, S. 700, aufgeführt
ist.
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Die
obigen Beispiele sind angegeben worden, um die Erfindung zu veranschaulichen,
und dürfen
nicht dahingehend aufgefasst werden, dass sie den Rahmen oder die
Anwendbarkeit der Erfindung einschränken. Bestimmte Änderungen
können
bei der Durchführung
des hier aufgeführten
Kalandrierverfahrens und an den mittels eines solchen Verfahrens
gebildeten Produkten vorgenommen werden, ohne vom Rahmen der Erfindung
abzuweichen. Weiterhin gilt als vereinbart, dass die folgenden Ansprüche alle
allgemeinen und speziellen Merkmale der hier beschriebenen Erfindung
abdecken sollen.
