DE69210519T2

DE69210519T2 - Biologisch abbaubarer Vliesstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69210519T2
Application number: DE69210519T
Authority: DE
Inventors: Kouji Esaki; Takashi Inoue; Satoshi Kasetani; Yoshiki Miyahara; Shigetaka Nishimura; Hiroshi Tanaka
Original assignee: Unitika Ltd; Nippon Unicar Co Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2012-09-25
Also published as: EP0534562B1; EP0534562A1; DE69210519T3; US5614298A; DE69210519D1; EP0534562B2; US5609809A; US5506041A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vliesstoffe, umfassend ein aus Poly-E-caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton hergestelltes Fasermaterial, die biologisch abbaubar sind und die vorteilhaft angewandt werden können als biologisch abbaubares Material für wegwerfbare Haushaltsartikel, wie Hygieneartikel, Wischtücher, und Verpackungsmaterialien, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bisher wurden Vliesstoffe verbreitet angewandt als Materialien für Hygieneartikel, allgemeine Haushaltsartikel und industrielle Artikel. Materialien, die als Fasern für solche Stoffe verwendet wurden, umfassen z.B. Polymere wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester und Polyamid. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß Vliesstoffe, die aus einem solchen Material hergestellt worden sind, unter üblichen Umgebungs-Bedingungen nicht selbst-abbaubar und chemisch sehr stabil sind. Daher ist es allgemeine Praxis, daß wegwerfbare Vliesstoffe nach der Verwendung beseitigt werden durch Verfahren wie Verbrennung oder Ablagerung auf Deponien. In Japan ist die Beseitigung durch Verbrennung weit verbreitete Praxis, die jedoch einen hohen Aufwand erfordert und zu einer Umweltverschmutzung führt, auf Grund der Kunststoff-Abfälle. Tatsächlich wird die Frage, wie das Problem der Beseitigung von Kunststoff-Abfällen zu lösen ist, zu einem Gegenstand großen öffentlichen Interesses vom Standpunkt des Schutzes der Natur und der Erhaltung der Umwelt aus. Deponien führen zu dem Problem, daß der Abfall lange Zeit unverändert im Boden bleibt, da das Material chemisch stabil ist.
Um ein derartiges Problem zu lösen, ist es erwünscht, einen neuen Vliesstoff herzustellen, der aus einem abbaubaren (d.h. mikrobiologisch abbaubaren oder biologisch abbaubaren) Material besteht und der in kurzer Zeit natürlich abgebaut werden kann.
Typischerweise umfassen Beispiele für biologisch abbaubare Fasern Cellulosefasern, beispielhaft angegeben durch Baumwolle und Leinen, und Proteinfasern, beispielhaft angegeben durch Seide. Da diese natürlichen Fasern nicht thermoplastisch sind, kann jedoch das sogenannte Präge- oder thermische Bindeverfahren nicht angewandt werden, bei dem die Fasern thermisch zu einem Vliesstoff miteinander verbunden werden, um einen Vliesstoff aus irgend welchen derartigen natürlichen Fasern herzustellen. Ein aus einem natürlichen Fasermaterial hergestellter Vliesstoff würde nicht in einem kurzen Zeitraum abgebaut werden und würde in seiner Form als solcher erhalten bleiben. Das ist unerwünscht, im Interesse des Naturschutzes und des Schutzes der Umwelt.
Biologisch abbaubare Polymere sind bekannt, einschließlich Polysacchariden wie Chitin, Proteinen wie Catgut und regeneriertem Collagen, Polypeptiden (Poiy-aminosäuren), mikrobiologischen Polyestern wie Poly-3-hydroxybutyrat, Poly-3-hydroxyvalerat und Poly-3-hydroxycaprolat, die in der Natur mikrobiologisch gebildet werden, und synthetische aliphatische Polyester wie Polyglykolid und Polyactid. Die Herstellung von Fasern aus diesen Polymeren ist jedoch darauf begrenzt, daß das Naßspinnverfahren angewandt wird. Ferner sind derartige Fasern sehr kostspielig und das begrenzt ihre Anwendbarkeit auf Verwendungszwecke für die Fasern, auf einem Gebiet wie biologisch absorbierbarem medizinischen Nahtmaterial.
In jüngster Zeit wurde eine biologisch abbaubare Folie angegeben, die ein Gemisch aus Polyethylen und Stärke umfapt. Eine solche Folie wird jetzt als Material für Einkaufstüten verwendet. Diese Art Folie kann jedoch nicht als biologisch abbaubare Folie im echten Sinne des Wortes bezeichnet werden, da Polyethylen permanent nicht verrottet. Tatsächlich ist es keine leichte Aufgabe, eine Faser aus einem solchen Gemisch herzustellen, die zur Herstellung von Vliesstoffen verwendet werden kann, und bis heute wurde keine stärkehaltige Faser zur Herstellung von Vliesstoffen angegeben.
Die US-A-3 800 006 beschreibt Pfropf-Polymere, bestehend aus &epsi;-Caprolacton und/oder β-Propiolacton.
Die Pfropf-Polymere können angewandt werden als Materialien für Fasern, die dann für Vliesstoffe verwendet werden könnten.
Die FR-A-2 519 038 beschreibt ein Schmelzspinn-Verfahren für Polypropylen-Materialien.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Hinblick auf den oben angegebenen Hintergrund soll die Erfindung einen Vliesstoff liefern, der leicht biologisch abbaubar, hoch flexibel und billig ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Die vorliegende Erfindung erreicht das obige Ziel und der biologisch abbaubare Vliesstoff nach der Erfindung umfaßt ein Fasermaterial, das aus Poly-&epsi;-caprolacton und/oder Poly-β- propiolacton besteht.
Ein solcher Vliesstoff ist gut geeignet zur Verwendung als Material für allgemeine Haushaltsartikel wie sanitäre bzw. Hygieneartikel, Wischtücher und Verpackungsmaterialien und kann nach der Verwendung zum Abbau in beliebiger Umgebung abgelagert werden, in der Mikroorganismen vorhanden sind. Es ist keine besondere Abfallbehandlung erforderlich. Das bedeutet einen erheblichen Vorteil vom Standpunkt des Umweltschutzes aus.
Eine andere Form eines biologisch abbaubaren Vliesstoffs nach der Erfindung umfaßt nicht weniger als 20 Gew.% eines Fasermaterials aus Poly-&epsi;-caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton mit einem Filamenttiter (Fadenstärke) von 0,889 bis 6,67 dtex (0,8 bis 6 Denier).
Noch eine andere Form eines biologisch abbaubaren Vliesstoffs nach der Erfindung umfaßt nicht weniger als 20 Gew.% eines Fasermaterials aus Poly-&epsi;-caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton mit einem Filamenttiter von 0,889 bis 6,67 dtex (0,8 bis 6 Denier) und nicht mehr als 80 Gew.% natürliche Fasern oder Cellulosefasern.
Das Poly-&epsi;-caprolacton (im folgenden als "PCL" bezeichnet) und/oder Poly-β-propiolacton (im folgenden als "PPL" bezeichnet) ist vorzugsweise so, daß es einen Schmelzindex (g/10 min) von nicht mehr als 45, insbesondere nicht mehr als 30, gemessen nach ASTM-D-1238(E) besitzt. Ein Schmelzindex von mehr als 45 ist unerwünscht, da die Festigkeit der erhaltenen Faser verhältnismäßig gering ist, was zur Bildung eines Vliesstoffs mit geringerer Festigkeit führt. Besonders wenn die Erfindung auf kurzfaserige Vliesstoffe angewandt wird, sollte ein PCL oder PPL mit einem Schmelzindex von nicht mehr als 20 angewandt werden, wodurch es möglich wird, die Festigkeit der kurzfaserigen Bestandteile zu erhöhen.
In der obigen Beschreibung ist der Filamenttiter der PCL- oder PPL-Fasern als Bestandteil des Vliesstoffs 0,889 bis 6,67 (0,8 bis 6). Diese Beschränkung auf 0,889 bis 6,67 dtex (0,8 bis 6 Denier) soll es ermöglichen, daß der Vliesstoff einen weichen Griff besitzt, ein charakteristisches Merkmal, das erforderlich ist für Wegwerfwindeln, Hygieneartikel, wie Abdeckungen (cover stocks) und Wischtücher u.ä. Ein Filamenttiter über 6,67 (6) ist unerwünscht, weil er dazu neigt, einen rauhen Griff des Vliesstoffs zu ergeben. Ähnlich ist ein Filamenttiter unter 0,889 (0,8) unerwünscht, da die Spinnbarkeit nicht gut ist.
Der oben beschriebene Vliesstoff enthält nicht weniger als 20 Gew.% PCL- und/oder PPL-Fasern. Ein PCL- und/oder PPL-Fasergehalt von weniger als 20 Gew.% ist unerwünscht, da die Abbaugeschwindigkeit des Vliesstoffs in der Erde so langsam ist, daß der Vliesstoff lange als solcher erhalten bleibt.
Fasermaterialien, die zum Mischen mit den PCL- und PPL-Fasern zur Verfügung stehen, umfassen Fasern solcher Polymere wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester und Polyamid, natürliche Fasern und Cellulosefasern. Um Fasern zu mischen ist es möglich, verschiedene Methoden anzuwenden, z.B. Kombinationsmischen während der Stufe des Schmelzverspinnens, Mischen von kurzen Fasern während der Stufe der Bahnbildung und des Bahnlaminierens, wodurch ein Vliesstoff aus einem Fasergemisch hergestellt werden kann.
Besonders wenn natürlichen Fasern oder Cellulosefasern in Kombination mit PCL- und/oder PPL-Fasern verwendet werden, können die POL- und/oder PPL-Fasern und die natürlichen oder Cellulosefasern leicht miteinander vermischt und zu einem Vliesstoff verarbeitet werden. Diese Art des Vermischens ist nicht geeignet, zum Vermischen von synthetischen Fasern, der Grund ist der, daß wenn eine synthetische Faser in Kombination mit PCL- und/oder PPL-Fasern verwendet wird, die synthetische Faserkomponente lange nicht abgebaut wird, wenn der Vliesstoff im Boden vergraben wird, obwohl der Vliesstoff seine Form als solche nicht beibehält. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher günstiger, die PCL- und/oder PPL-Fasern mit natürlichen Fasern oder Cellulosefasern während der Bahnbildung zu vermischen und aus dem Gemisch einen Vliesstoff herzustellen. Natürliche Fasern oder Cellulosefasern, die für die Erfindung geeignet sind, bezeichnen Fasern, die im Laufe der Zeit, nachdem sie im Boden vergraben worden sind, abgebaut und zu Ton umgewandelt werden können und umfassen z.B. natürliche Fasern, beispielhaft angegeben durch Baumwolle und Leinen, und aus Holzpulpe hergestellte Oellulosefasern, wie Rayon.
Bei dem oben beschriebenen gemischten Vliesstoff beträgt der Anteil an POL und PPL nicht weniger als 20 Gew.% und der Anteil der natürlichen Fasern oder Oellulosefasern (im folgenden als "natürliche Fasern oder ähnliches" bezeichnet) beträgt nicht mehr als 80 Gew.%. Der Grund für diese Begrenzung ist, daß das thermische Bindungs- oder thermische Verschmelz-Verfahren wirksam angewandt werden kann zur Herstellung eines Vliesstoffs, enthaltend die natürlichen Fasern oder ähnliches, in solchen Anteilen. Wenn die Menge an PCL- oder PPL-Fasern weniger als 20 Gew.% beträgt, ist ihre Bindungswirkung bezüglich der natürlichen Fasern oder ähnlichem verringert und als Folge besitzt der entstandene Vliesstoff eine so geringe Festigkeit, daß er kaum praktisch verwendet werden kann. Wenn das Spunlace-Verfahren angewandt wird, führt die Verwendung von PCL und/oder PPL im Gemisch mit natürlichen Fasern oder ähnlichem zu einer weiteren Verbesserung der Flexibilität des erzeugten Vliesstoffs. Es ist in diesem Zusammenhang wesentlich, daß der Anteil an PCL und/oder PPL nicht weniger als 20 Gew.%, vorzugsweise nicht weniger als 30 Gew.%, beträgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sollte der Vliesstoff ein Stoffgewicht von 10 bis 150 g/m², vorzugsweise 10 bis 100 g/m² besitzen. Wenn das Stoffgewicht mehr als 150 g/m² beträgt, kann kein zufriedenstellend weicher Griff des Vliesstoffs erhalten werden. Besonders wenn keine Beständigkeit des Vliesstoffs erforderlich ist, ist ein Stoffgewicht von nicht mehr als 100 g/m² bevorzugt, da es eine bessere Wirkung bezüglich eines weichen Griffs ergibt. Ein Vliesstoff mit einem Stoffgewicht von weniger als 10 g/m² ist unerwünscht, da ein solcher Vliesstoff nicht nur schwierig hergestellt werden kann, sondern er auch selbst ungleichmäßig ist.
Anschließend wird das Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs, enthaltend nicht weniger als 20 Gew.% eines Fasermaterials mit einem Filamenttiter von 0,8 bis 6 Denier erläutert. Ein solcher Vliesstoff kann hergestellt werden unter Anwendung von drei unterschiedlichen Methoden. Zunächst wird ein sogenanntes Spun-bond (Spinnvlies)-Verfahren beschrieben.
Dieses erste Verfahren umfaßt die Stufen des Schmelzverspinnens von PCL und/oder PPL zu einem Multifilament durch Spinndüsen bei Temperaturen, 100 bis 240ºC oberhalb des Schmelzpunkts des PCL und oder PPL, Abkühlen zur Verfestigung des ersponnenen Multifilaments, danach Verstrecken und Abziehen des verfestigten Multifilaments mit einer Saug-Abziehgeschwindigkeit von mehr als 2000 m/min durch Abziehvorrichtungen, wie eine Saugvorrichtung, die in einer Stellung, die sich wenigstens 100 cm unterhalb der Spinndüsen befindet, angeordnet ist, und danach Öffnen des Multifilaments und Verarbeiten desselben zu einer Bahn.
Als zweites Verfahren kann ein sogenanntes Spin-draw-spun-bond- Verfahren (Spinn/Streck-Spinnvlies-Verfahren) angewandt werden. Dieses Verfahren umfaßt die Stufen des Schmelzverspinnens von PCL und/oder PPL zu einem Multifilament durch Spinndüsen bei Temperaturen, 100 bis 240ºC oberhalb des Schmelzpunkts des PCL und oder PPL, Abkühlen zur Verfestigung des ersponnenen Multifilaments, danach Abziehen des verfestigten Multifilaments mit einer Abziehgeschwindigkeit von mehr als 500 m/min., Verstrecken des Multifilaments mit einem Streckverhältnis von 1,5 bis 3,5 zwischen der Abziehwalze und der danach angeordneten Streckwalze und danach Verarbeiten des verstreckten Multifilaments zu einer Bahn.
Als drittes Verfahren kann ein sogenanntes Kurzfaser-Verfahren angewandt werden. Dieses Verfahren umfaßt des Schmelzverspinnen von PCL und/oder PPL zu einem Multifilament durch Spinndüsen bei Temperaturen, 100 bis 240ºC oberhalb des Schmelzpunkts des PCL und oder PPL, Abkühlen zur Verfestigung des ersponnenen Multifilaments, danach Abziehen des verfestigten Multifilaments mit einer Abziehgeschwindigkeit von mehr als 500 m/min., Verstrecken des Multifilaments mit einem Streckverhältnis von 2,0 bis 3,5 zwischen der Abziehwalze und der danach angeordneten Streckwalze, dann Anwendung einer mechanischen Kräuselung auf das verstreckte Multifilament, Schneiden des Filaments in kurze Fasern einer vorgegebenen Länge und danach Verarbeiten derselben zu einer Bahn.
Bei jedem der oben beschriebenen Herstellungsverfahren sollte die Temperatur, bei der das Polymer schmelzversponnen wird, innerhalb eines Bereichs von 200 bis 300ºC liegen, was 100 bis 240ºC oberhalb des Schmelzpunkts des PCL und/oder PPL liegt, und sie kann innerhalb des angegebenen Bereichs und gemäß dem Schmelzindex des gewählten PCL und/oder PPL entsprechend gewählt werden. Wenn PCL und PPL im Gemisch verwendet werden, kann die Schmelzverspinn-Temperatur experimentell so bestimmt werden, daß sich eine gute Spinnbarkeit auf der Basis der jeweiligen Schmelzindices und einem angemessenen Mischverhältnis der angewandten Polymere ergibt. Wenn die Verspinn-Temperatur höher liegt als etwa 300ºC werden das PCL und/oder PPL leicht merklich abgebaut, während, wenn die Verspinn-Temperatur niedriger als 200ºC liegt, eine gewisse Schwierigkeit bei dem Extrusionsverfahren unter Anwendung eines Schmelzextruders auftritt.
Wenn das Spun-bond-Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs angewandt wird, sollte die Stelle, an der Abziehvorrichtungen wie eine Luftansaugvorrichtung angeordnet sind, mindestens 100 cm unter den Spinndüsen liegen. Wenn die Stellung weniger weit von den Spinndüsen entfernt ist, kann eine gewisse Haftung zwischen den Filamenten eintreten und die Spinnbarkeit kann nicht gut sein. Das Verfahren des verstreckenden Abziehens wird so durchgeführt, daß sich eine Abziehgeschwindigkeit von mehr als 2000 m/min. ergibt. Wenn die Abziehgeschwindigkeit kleiner ist als 2000 m/min. ist der Grad der Orientierung des erhaltenen Filaments verhältnismäßig gering, was zu einer geringeren Festigkeit des Filaments führt, was natürlich eine geringere Festigkeit des Vliesstoffs bedeutet. So erhaltene Filamente werden gesammelt und auf einem sich fortbewegenden endlosen Netz abgelegt, um zu einer Bahn geformt zu werden. Einzelne Filamente der Bahn werden heiß verbunden mit Hilfe einer erhitzten glatten Walze oder einer Prägewalze. So wird ein Vliesstoff hergestellt.
Wenn entweder das Spin-draw-spun-bond-Verfahren oder das Kurzfaser-Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs angewandt werden, werden gesponnene Multifilamente mit Hilfe einer Abziehwalze abgezogen und dann zwischen der Abziehwalze und einer nach der Abziehwalze angeordneten Streckwalze verstreckt. Zum Verstrecken wird ein einstufiges oder zwei- oder mehrstufiges Verfahren des Kaltverstreckens oder Heißverstreckens angewandt. Beim Verstrecken von PCL kann das Verstrecken bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Bei PPL oder einem PCL/PPL- Gemisch kann ein Heißverstrecken bei 40 bis 60ºC durchgeführt werden. Wenn das Spin-draw-Spun-bond-Verfahren angewandt wird, werden Filamente mit einer Abziehgeschwindigkeit von mehr als 500 m/min abgezogen und mit einem Streckverhältnis von 1,5 bis 3,5 verstreckt, wobei ein Fasermaterial mit einer Zugfestigkeit von mehr als 2,5 g/Denier erhalten werden kann. Dieses Verfahren ist besonders geeignet, wenn ein hoch-viskoses Polymer verwendet wird. Im Falle von kurzen Fasern kann ein Gesamtstreckverhältnis von 2,0 bis 3,5 angewandt werden, wobei ein Fasermaterial mit einer Zugfestigkeit von 3,0 g/Denier hergestellt werden kann.
Dann werden die Filamente einer mechanischen Kräuselung unter Anwendung einer Stuffer-Box (Stopfbüchse) oder ähnlichem unterworfen und dann in Fasern einer vorgegebenen Länge geschnitten. Dann werden die kurzen Fasern einer Kardiervorrichtung oder ähnlichem zugeführt, um zu einer Bahn verarbeitet zu werden. Um aus den Fasern einen Vliesstoff herzustellen, wird die Temperatur der Kräuselung entsprechend gewählt unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Schmelzpunkt von PCL etwa 60ºC beträgt und der Schmelzpunkt von PPL etwa 100ºC. Die Temperatur sollte für PCL 45 bis 55ºC betragen und für PPL etwa 80 bis 95ºC. Im Falle eines PCL/PPL-Gemisches wird eine geeignete Temperatur ausgewählt unter Berücksichtigung der jeweiligen Schmelzpunkte von PCL und PPL und dem Mischverhältnis des einen mit dem anderen, um so sicher zu stellen, daß ein Vliesstoff mit einer guten Strukturwirkung erhalten werden kann. Normalerweise kann jedoch ein Temperaturbereich von 45 bis 60ºC gut angewandt werden. Um die Filamente zu einem Vliesstoff zu verarbeiten, können verschiedene Methoden angewandt werden, umfassend das Wärmebinde-Verfahren, bei dem eine erhitzte glatte Walze oder Prägewalze angewandt wird, das Heißverschweiß-Verfahren, beispielhaft angegeben durch "thermal-through" ("Durchwärmen") unter Anwendung von heißer Luft, das Vernadelungs-Verfahren, das Spunlace-Verfahren und das Ultraschall-Binde-Verfahren. Wenn das Heißbinde-Verfahren angewandt wird, kann die Bindungstemperatur für PCL 47 bis 57ºC betragen, für PPL 85 bis 97ºC und für PCL/PPL-Gemische 55 bis 65ºC. Wenn das Heißverschweiß- Verfahren angewandt wird&sub1; kann die Schweißtemperatur für PCL 47 bis 60ºC betragen, für PPL 85 bis 100ºC und für PCL/PPL-Gemische 55 bis 85ºC. Bei dem Spunlace-Verfahren werden feine Düsen mit einem Durchmesser von 0,05 bis 1,0 mm, flache Düsen mit einem ähnlichen Querschnitt, schlitzförmige Düsen mit einem Verhältnis Schlitzlänge zu Schlitzbreite von etwa 100 bis 5000, vorzugsweise etwa 500 bis 2000, und einer Schlitzbreite von 0,02 bis 0,06 mm o.ä. in einer oder einer Mehrzahl von Reihen angeordnet und Ströme von Wasser oder warmem Wasser werden unter einem Druck von 5 bis 200 kg/cm² hindurchgepreßt. Ein Vliesstoff kann auch erhalten werden unter Anwendung des Naßlege-Verfahrens, bei dem nicht gekräuselte kurze Fasern zu einer Bahn verarbeitet werden.
Der Querschnitt der Filamente und/oder Fasern ist nicht auf einen runden begrenzt sondern kann natürlich variiert werden, z.B. hohl, flach oder Y-förmig sein, je nach der vorgesehenen Verwendung der Filamente oder Fasern.
Bei einem erfindungsgemäßen Vliesstoff ist das Mischverhältnis der PCL- und/oder PPL-Fasern zu den natürlichen Fasern oder ähnlichem so, daß der Anteil an PCL- und/oder PPL-Fasern nicht weniger als 20 Gew.% beträgt und der Anteil der natürlichen Fasern oder ähnlichem nicht mehr als 80 Gew.%. Das ermöglicht die Anwendung des thermischen Binde-Verfahrens und des Heißverschweiß-Verfahrens bei der Herstellung des Vliesstoffs. Eine gute Binder-Wirkung kann so erzielt werden zur Bindung zwischen den PCL und/oder PPL-Fasern und den natürlichen Fasern oder ähnlichem, so daß ein Vliesstoff mit einer ausreichenden Festigkeit für die praktische Anwendung hergestellt werden kann. Wenn das Spunlace-Verfahren angewandt wird, kann üblicherweise ein Vliesstoff mit guter Flexibilität erhalten werden: Und die Verwendung von PCL- und/oder PPL-Fasern im Gemisch mit anderen Faser-Komponente ergibt eine weitere Verbesserung der Flexibilität des Vliesstoffs.
Eine andere Form eines biologisch abbaubaren Vliesstoffs nach der Erfindung umfaßt ein ultrafeines Fasermaterial aus PCL und/oder PPL mit einem Filamenttiter von weniger als 0,889 dtex (0,8 Denier).
Eine weitere Form eines biologisch abbaubaren Vliesstoffs nach der Erfindung umfaßt nicht weniger 10 Gew.% einer Bahn aus einem ultrafeinen Fasermaterial aus PCL und/oder PPL mit einem Filamenttiter von weniger als 0,889 dtex (0,8 Denier) und damit laminiert nicht mehr als 90 Gew.% einer Bahn aus einem Fasermaterial aus PCL und/oder PPL mit einem Filamenttiter von 0,889 bis 6,67 dtex (0,8 bis 6 Denier).
Noch eine weitere Form eines biologisch abbaubaren Vliesstoffs nach der Erfindung umfaßt nicht weniger 20 Gew.% einer Bahn aus einem ultrafeinen Fasermaterial aus PCL und/oder PPL mit einem Filamenttiter von weniger als 0,889 dtex (0,8 Denier) und damit laminiert nicht mehr als 80 Gew.% einer Bahn aus natürlichen Fasern oder Cellulose-Fasern.
Ein anderes Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Vliesstoffs nach der Erfindung umfaßt die Herstellung eine Vliesstoffs aus PCL und/oder PPL nach einem Blasschmelz-Verfahren, bei dem, nach dem Schmelzverspinnen eines Polymers aus PCL und/oder PPL, Abzugs-Luftströme eliminiert werden mit Hilfe eines Leitblechs, anschließend Kühlluft seitlich auf das schmelzverblasene Material zur Abkühlung aufgeblasen wird und dann das abgekühlte Material zu einer Bahn verarbeitet wird.
Zur Bildung eines Vliesstoffs aus solchen ultrafeinen Teilchen sollte das PCL und/oder PPL vorzugsweise einen Schmelzindex (g/10 min.) von mehr als 70 aber weniger als 300, vorzugsweise mehr als 100 aber weniger als 200, gemessen nach ASTM-D 1238(E) besitzen. Ein Schmelzindex von weniger als 70 oder mehr als 300 ist nicht erwünscht, da er zu Problemen führt, wie dem Brechen von Filamenten und Tropfen von geschmolzenem Polymer, das beim Brechen der Filamente auftritt, und einer gewissen Schwierigkeit, die bei der Herstellung von Filamenten mit geringer Fadenstärke auftritt und die es unmöglich macht, ultrafeine Filamente unter gleichmäßigen Bedingungen herzustellen.
Bei solchen aus ultrafeinenen Filamenten hergestellten Vliesstoffen ist der Filamenttiter der PCL- und/oder PPL-Komponente auf weniger als 0,8 Denier begrenzt. Der Grund dafür ist, daß die Erfindung ein Material liefern möchte, das geeignet ist zur Verwendung auf Anwendungsgebieten wie Wegwerfwindeln, Hygieneabdeckungen, Wischtüchern, medizinischen Hilfsmitteln und Hygieneartikeln, die insbesondere einen weichen Griff haben sollen, und daß für solche Zwecke eine Faser-Feinheit von mehr als 0,8 Denier unerwünscht ist, weil sie zu einem rauhen Griff des daraus hergestellten Vliesstoffs führt.
Da der Vliesstoff aus PCL- und/oder PPL-Fasern hergestellt ist, ist der Vliesstoff im Boden schnell abbaubar und behält nicht lange seine Form bei.
Wenn eine über einen bestimmten Grad hinausgehende Festigkeit des Vliesstoffs erforderlich ist, kann der Vliesstoff eine Mehrzahl von Bahnen aus PCL- und/oder PPL-Fasern umfassen, die miteinander laminiert sind, oder Bahnen aus PCL- und/oder PPL- Fasern und anderen Fasern, die miteinander laminiert sind. Bei der Herstellung derartiger laminierter Vliesstoffe können unterschiedliche Laminierungs-Methoden angewandt werden, einschließlich z.B. einer Methode, bei der kurze Fasern in der Stufe der Bahnbildung verblasen werden, und eine andere Methode, bei der einzelne Bahnen übereinander laminiert werden.
Fasermaterialien, die für die oben erwähnte Laminierung mit PCL und/oder PPL zur Verfügung stehen, umfassen Materialien wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polyamid, natürliche und Cellulose-Fasern. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es günstiger, die Bahn aus PCL- und/oder PPL-Fasern mit natürlichen Fasern oder Cellulose-Fasern zu laminieren.
Der Grund, warum natürliche und Cellulose-Fasern zur Verwendung geeignet sind, liegt darin., daß synthetische Fasern, wenn sie im Gemisch mit PCL- und/oder PPL-Fasern verwendet werden, nicht abgebaut werden, wenn sie im Boden vergraben werden, obwohl die Form des Vliesstoffs nicht lange erhalten bleibt. Erfindungsgemäß werden daher Bahnen aus PCL- und/oder PPL-Fasern miteinander laminiert oder eine Bahn aus den PCL- und/oder PPL-Fasern und eine Bahn aus natürlichen Fasern oder Cellulose-Fasern werden miteinander laminiert zu einem Vliesstoff. Der Ausdruck "natürliche Fasern oder Cellulose-Fasern", wie er hier verwendet wird, bezeichnet ein Material, das wenn es im Boden vergraben wird, abgebaut im Laufe der Zeit wieder zu Erde wird. Beispiele für ein solches Material umfassen natürliche Fasern, beispielhaft angegeben durch Baumwolle und Leinen, und Cellulose-Fasern wie Rayon, hergestellt aus Holzpulpe.
Wenn Bahnen aus den PCL- und/oder PPL-Fasern miteinander laminiert werden sollen, sollte eine der Bahnen einen Filamenttiter von weniger als 0,889 dtex (0,8 Denier) aufweisen, während die andere Bahn einen Filamenttiter von 0,889 bis 6,67 dtex (0,8 bis 6 Denier) aufweisen sollte. Durch Begrenzung des Filamenttiters der anderen Bahn auf 0,889 bis 6,67 dtex (0,8 bis 6 Denier), soll ein Vliesstoff geliefert werden, der einen ausreichend weichen Griff besitzt, um die charakteristischen Anforderungen von Wegwerfwindeln, Hygieneabdeckungen, Wischtüchern und ähnlichem zu erfüllen, und außerdem eine ausreichende Festigkeit für die praktische Verwendung besitzt.
Eine Filament-Feinheit (Filamenttiter) von mehr als 6,67 dtex (6 Denier) ist unerwünscht, da sie zur Bildung eines Vliesstoffs mit einem rauhen Griff führt. Ähnlich ist ein Filamenttiter von weniger als 0,889 dtex (0,8 Denier) unerwünscht, da sie zur Bildung eines Vliesstoffs mit einer geringeren Festigkeit führt als erforderlich, der kaum zur praktischen Anwendung kommen kann auf einem Gebiet, auf dem eine Produkt-Festigkeit erforderlich ist.
Das Laminierungsverhältnis einer Bahn mit einem Filamenttiter von weniger als 0,889 dtex (0,8 Denier) sollte so sein, daß der Anteil der Bahn nicht weniger als 10 Gew.% beträgt, da, wenn der Anteil weniger als 10 Gew.% beträgt, ein Vliesstoff mit einer guten Luftdurchlässigkeit und guten Flexibilität nicht erhalten werden kann.
Bei dem oben angegebenen laminierten Vliesstoff, umfassend eine Bahn aus PCL- und/oder PPL-Fasern und eine Bahn aus natürlichen oder Cellulose-Fasern ("natürlichen Fasern oder ähnlichem"), sind die Anteile der jeweiligen Bahnen so, daß der Anteil der PCL- und/oder PPL-Fasern nicht weniger als 20 Gew.% ausmacht und der natürlichen Fasern oder ähnlichem nicht mehr als 80 Gew.%. Durch diese Begrenzung ist es möglich, das thermische Binde- und das thermische Verschweiß-Verfahren zur Herstellung des Vliesstoffs anzuwenden. Wenn der Anteil der PCL- und/oder PPL-Fasern weniger als 20 Gew.% ausmacht, kann keine ausreichende Bindungswirkung zu den natürlichen Fasern oder ähnlichem erreicht werden und der erhaltene Vliesstoff besitzt eine geringere Festigkeit und kann kaum praktisch verwendet werden. Wenn das Spunlace-Verfahren angewandt wird, ist es durch Vermischen der PCL- und/oder PPL-Fasern mit anderen Fasern möglich, eine weitere Verbesserung der Flexibilitäts-Eigenschaften des hergestellten Vliesstoffs zu erreichen, aber zu diesem Zweck ist es wesentlich, daß der Anteil an den PCL- und/oder PPL- Fasern nicht weniger als 20 Gew.%, vorzugsweise nicht weniger als 30 Gew.%, beträgt.
Es ist bevorzugt, daß der erfindungsgemäße Vliesstoff ein Stoffgewicht von 5 bis 50 g/cm² besitzt. Wenn das Stoffgewicht mehr als 50 g/cm² beträgt, kann kein Vliesstoff mit einem weichen Griff erhalten werden. Ein Vliesstoff mit einem Stoffgewicht von weniger als 5 g/cm² ist ungünstig, da ein solcher Vliesstoff nicht nur schwer herzustellen sondern auch in sich ungleichmäßig ist.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff umfaßt ein ultrafeines Fasermaterial, das aus den PCL- und/oder PPL-Fasern nach dem Verfahren des Schmelzblasens hergestellt worden ist. Bekanntlich ist das Schmelzblas-Verfahren das einfachste und bequemste Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs aus einem ultrafeinen Fasermaterial, das insbesondere die Herstellung eines Vliesstoffs mit einem weichen Griff ermöglicht. Bei der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren der Herstellung eines ultrafeinen Filaments nach dem Schmelzblas-Verfahren nicht besonders beschränkt. Es ist möglich, ein solches bekanntes Verfahren, wie unten angegeben, anzuwenden. Es ist möglich einen Spritzkopf anzuwenden, wie z.B. in der JP-OS 499-10258 oder der JP-OS 49-48921 angegeben, so daß das Polymer durch Spinndüsen mit einem Porendurchmesser von 0,1 bis 1,0 mm schmelzgeblasen wird und in diesem Zusammenhang wird ein mit einer Geschwindigkeit von 80 bis 300 m/s und einer Temperatur, die 20ºC höher liegt als die Temperatur der Spinndüsen, austretender Luftstrom auf das Polymer in einem Winkel von 5 bis 45º, bezogen auf die Richtung des Blasens des Polymers, aufgeblasen, wodurch der Durchmesser des verblasenen Polymers schnell feiner werden kann.
In diesem Zusammenhang liegt die Schmelzspinn-Temperatur vorzugsweise im Bereich von 170 bis 310ºC und kann günstig gewählt werden, entsprechend dem Schmelzindex des angewandten PCL und/oder PPL. Wenn PCL und PPL im Gemisch verwendet werden, kann eine geeignete Spinntemperatur experimentell so bestimmt werden, daß sie eine gute Spinnwirkung ergibt, und auf der Basis der Schmelzindices der jeweiligen Polymere und dem Mischverhältnis des einen mit dem anderen. Spinntemperaturen über 310ºC sind unerwünscht, da PCL und/oder PPL deutlich abgebaut werden. Spinntemperaturen unter 170ºC sind ebenfalls unerwünscht, da solche Temperaturen zu Schwierigkeiten beim Extrudieren mit dem Schmelzextruder führen und das Polymer häufig tropft.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig.1 ist eine Ansicht, die einen Spritzkopf und die angrenzende Anordnung einer Vorrichtung zur Herstellung von Vliesstoffen aus ultrafeinen Fasern nach der Erfindung zeigt, und Fig.2 ist eine Ansicht, die schematisch die allgemeine Anordnung einer Vorrichtung zur Herstellung von Vliesstoffen aus ultrafeinen Fasern nach der Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bei dem Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen vom ultrafeinen Faser-Typ nach der Erfindung kann ein Polymerstrom in Form eines Vliesstoffs nicht nach üblichen Verfahren gesammelt werden, da der Schmelzpunkt sowie die Kristallisationstemperatur von PCL und/oder PPL etwas höher liegen als oder in der Nähe von Raumtemperatur. Günstiger Weise wird ein Polymerstrom auf einem Fließband oder mit Hilfe einer sich drehenden Trommel gesammelt, nachdem er aus einem Spritzkop£ ausgetreten ist. Im Falle des/der erfindungsgemäß angewandten Polymers/Polymere befindet sich Polymer nur in unzureichend gekühltem Zustand, so daß das Polymer noch nahezu in geschmolzener Form vorliegt.
Eine Vorrichtung, die in dieser Beziehung Mittel zur Korrektur umfaßt, wird im Detail in Bezug auf Fig.1 beschrieben. Ein Polymerstrom 3, der aus einem Spritzkopf 1 austritt, wird zunächst durch heiße Luftströme 2, die von beiden Seiten aufgeblasen werden, zu feinen Fasern geformt. Um die Luftströme im wesentlichen zu eliminieren, sind Leitbleche 4 an einer Stelle angebracht, die einige zehn Zentimeter von dem Spritzkopf 1 entfernt ist. Nachdem die Luftströme mit Hilfe der Leitbleche 4 eliminiert worden sind, werden Ströme von Kühlluft, die auf eine Temperatur unter Raumtemperatur kontrolliert werden, aus Kühlluft-Vorrichtungen 5, die auf beiden Seiten in einer Stellung einige Zentimeter von den Leitblechen 4 entfernt angeordnet sind, aufgeblasen, um dadurch den Polymerstrom 3 zu kühlen, und dann wird das gekühlte Polymer in Form von ultrafeinen Fasern gesammelt. Die so erhaltenen ultrafeinen Fasern werden dann in Form einer Bahn auf einem Fließband oder ähnlichem gesammelt, um zu einer Faserbahn 6 mit einer vorgegebenen Dicke und Ausrichtung der Fasern geformt zu werden. In der Figur zeigen die Pfeile die Richtung des Luftstroms. Es ist zu verstehen, daß die Erfindung nicht auf die Anordnung der Fig.1 beschränkt ist; wahlweise kann die Anordnung so sein, daß das Polymer seitlich schmelz-verblasen wird.
Das auf diese Weise erhaltene Fasermaterial hat einen mittleren Filament-Durchmesser von etwa 0,5 bis 1,0 µm. Das ergibt einen weichen Griff und eine proportionale Zunahme der Faseroberfläche, was vorteilhaft ist bezüglich der biologischen Abbaubarkeit, da eine größere Oberfläche den mikrobiologischen Abbau verstärken kann.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff kann ein Einzelschicht-Vliesstoff sein, der hergestellt worden ist nach dem Blasschmelz- Verfahren wie oben beschrieben, oder es kann ein Vliesstoff sein, umfassend eine Vielzahl von Schichten von Vliesstoffen, die nach dem Blasschmelz-Verfahren hergestellt worden und übereinander laminiert worden sind. Wahlweise kann der erfindungsgemäße Vliesstoff einen Vliesstoff aus PCL und PPL, der nach dem Spun-bond- oder Kurzfaser-Verfahren hergestellt worden ist, und damit laminiert einen Vliesstoff aus natürlichen Fasern oder Cellulose-Fasern, hergestellt nach dem Kurzfaser-Verfahren, umfassen. Bei dem Laminierungs-Verfahren können die Faser- Bestandteile miteinander verbunden werden durch Aufbringen von Hochdruck-Wasserströmen, oder sie können einer thermischen Bindung unterworfen werden mit Hilfe einer Prägewalze oder ähnlichem. Die Behandlung nach dem Spunlace-Verfahren wird durchgeführt wie oben erwähnt. Zur thermischen Bindung zwischen den Fasern kann ein Paar von Prägewalzen oder ein Satz von Walzen, umfassend eine Prägewalze und eine glatte Walze, angewandt werden.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff ist ausgezeichnet biologisch abbaubar und er kann, wenn er in die Erde eingegraben wird, innerhalb von etwa zwei Monaten so weit abgebaut werden, daß er keine Spur seiner ursprünglichen Form mehr besitzt.
Der erfindungsgemäße Vliesstoff kann auch hergestellt werden durch Laminieren von Bahnen aus PCL- und/oder PPL-Fasern miteinander oder durch Laminieren einer Bahn aus PCL- und/oder PPL-Fasern und einer Bahn aus anderen Fasern wie natürlichen Fasern, wie oben angegeben. Ein Verfahren zum Laminieren besteht darin, daß eine Bahn aus PCL- und/oder PPL-Fasern und eine Bahn aus anderen Fasern aufeinander gelegt werden und dann die Faser-Bestandteile miteinander verbunden werden, indem sie Hochdruck-Wasserströmen ausgesetzt werden. Bei einem anderen Verfahren kann die Vorrichtung der Fig.2 so angewandt werden, daß während der Herstellung von ultrafeinen PCL- und/oder PPL- Fasern ein Strom der obigen anderen Fasern auf einen Strom von PCL- und/oder PPL-Fasern aufgeblasen wird und die erhaltene Masse gesammelt wird mit Hilfe eines Netzes, wodurch ein laminierter Vliesstoff erhalten werden kann.
Bei der in Fig.2 gezeigten Laminier-Vorrichtung wird eine "Ritzen"-Walze 7, die sich an einer Stelle im seitlichen Abstand zu dem Spritzkopf 1 der Schmelzblas-Vorrichtung befindet, so betrieben, daß ein Strom von Fasein, die laminiert werden sollen, in den Strom von ultrafeinen Fasern 3 eingeführt wird. Eine Bahn 8 kann z.B. hergestellt werden mit Hilfe einer Fadenöffner-Vorrichtung oder eines Randowebbers. Die Bahn 8 wird entlang einem Stützgestell 10 vorwärts bewegt, das sich neben einer Antriebswalze 9 befindt, so daß die vorderen Enden in die "Ritzen"-Walze 7 gelangen. Die "Ritzen"-Walze 7 dreht sich in Pfeilrichtung und reibt Fasern von dem vorderen Ende der Bahn 8 ab. Die abgeriebenen Fasern werden mit einem Luftstrom durch die Leitung 12 bewegt, bis sie mit einem Strom ultrafeiner Fasern zusammentreffen, in den der Polymerstrom 3 umgewandelt worden ist. Die erhaltenen miteinander verbundenen Massen werden auf einem Netz-Förderband 13 abgeschieden und die oben erwähnten abgeriebenen Fasern und die ultrafeinen Fasern werden gemeinsam zu einer laminierten Bahn 14 laminiert. Der oben erwähnte Luftstrom kann erzeugt werden durch die Umdrehung der "Ritzen"-Walze 7 oder durch Luftzufuhr von einem Gebläse 11 wie angegeben.
Bei dem Laminier-Verfahren sollte der Anteil der ultrafeinen PCL- und/oder PPL-Fasern nicht weniger als 20 Gew.% betragen. Wenn der Anteil weniger als 20 Gew.% beträgt, besitzt der erhaltene Vliesstoff einen ziemlich schlechten Griff, wenn die Laminierung nach dem Spunlace-Verfahren durchgeführt wird. Wenn ein Sprüh-Verfahren angewandt wird zur Herstellung eines laminierten Vliesstoffs ist ein so geringer Anteil an ultrafeinen PCL- und/oder PPL-Fasern unerwünscht, da er zu einer geringen Bindungs-Wirkung zwischen den Fasern und somit zu einer geringen Festigkeit des Stoffs führt.
Beispiele für die Erfindung werden nun im Detail beschrieben.
Der Schmelzindex (im folgenden als "MFR" bezeichnet) von PCL und/oder PPL wurde in Bezug auf jedes der folgenden Beispiele gemessen nach ASTM-D 1238(E). Der Schmelzpunkt wurde gemessen unter Anwendung einer Vorrichtung von DSC-7-Typ von Perkin Elmer und mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 20ºC. Bei der Messung der Zugfestigkeit der in den folgenden Beispielen angegebenen jeweiligen Vliesstoffe wurde ein Probenstück mit einer Breite von 3 cm (cmm) und einer Länge von 10 cm angewandt und die maximale Zugfestigkeit mit einer Zuggeschwindigkeit von 10 cm/min. nach dem in JIS-L 1096 beschriebenen Streifen- Verfahren gemessen. Die in jedem Beispiel angegebene Anfangs- Zugfestigkeit wurde gemessen nach Messung des Stoffgewichts zum Zwecke des Vergleichs in Werten von 30 g/m², nach der folgenden Gleichung:
Anfangs-Zugfestigkeit (g/3 cm) = 30 × Zugfestigkeit (g) / Stoffgewicht (g/m²)
Die Flexibilität jedes Vliesstoffs wurde angegeben in Werten für die Weichheit. Zur Messung der Weichheit wurde ein Probenstück mit einer Breite (längs) von 5 cm und einer Länge (seitlich) von 10 cm seitlich in Zylinderform gebogen, wobei die Enden miteinander verbunden wurden, das als Testprobe verwendet wurde. Das zylinderförmige Teststück wurde längs mit einer Kompressions-Geschwindigkeit von 5 cm/min. zusammengedrückt unter Anwendung einer Vorrichtung vom "Tensilon UTM-4-100-Typ" von Rheometrics Co. Ltd. Die Weichheit stellt den Wert der Spannung bei maximaler Last dar, gemessen während des Zusammendrückens. Je kleiner der Wert der Spannung ist, um so besser ist die Weichheit. Bei der Bewertung der Messungen wurde jeder Wert von mehr als 70 g als "nicht gut" bezeichnet, entsprechend dem allgemeinen Bewertungsmaßstab.
Zur Bewertung der biologischen Abbaubarkeit wurden Vliesstoffe, die im Boden vergraben worden waren, nach drei Monaten herausgenommen und jeweils untersucht, ob sie noch ihre Form bewahrt hatten oder nicht. Wenn es sich zeigte, daß ein Vliesstoff seine Form bewahrt hatte, aber seine Zugfestigkeit auf einen Wert unter 50% (96) des ursprünglichen Werts abgesunken war, wurde der Vliesstoff als zufriedenstellend bezüglich der biologischen Abbaubarkeit beurteilt. Wenn es sich zeigte, daß ein Vliesstoff gut war bezüglich der biologischen Abbaubarkeit aber seine Anfangs-Zugfestigkeit (in Werten von 30 g/m² Stoffgewicht) weniger als 1000 g/3 cm betrug, wurde er bei der allgemeinen Bewertung als nicht gut beurteilt.

Beispiel 1

Es wurde ein PCL mit einem Schmelzpunkt von 59ºC und einem MFR von 25 g/10 min. verwendet. Das Schmelzverspinnen wurde bei einer Spinntemperatur von 230ºC durchgeführt unter Anwendung einer Vielzahl von Düsenanordnungen mit jeweils 84 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,35 mm. Ein endloses ersponnenes Multifilament wurde verstreckt und abgezogen mit Hilfe einer Luftsaug-Vorrichtung, die 150 cm unterhalb einer Düsenplatte angeordnet war, bei verschiedenen Luftdrücken und mit unterschiedlichen Saug/Abzieh-Geschwindigkeiten. Das Multifilament wurde geöffnet, gesammelt und auf einem sich bewegenden endlosen Netz abgelegt unter Bildung einer Bahn. Anschließend wurde die Bahn einer Wärmebehandlung unterworfen, indem sie zwischen einer erhitzten Prägewalze und einer glatten Metallwalze unter den folgenden Bedingungen durchgeführt wurde: Last 40 kg/lineare cm, Kompaktierungsbereich 17% und Wärmebehandlungstemperatur 57ºC. So wurde ein Spun-bond-Vliesstoff mit einem Stoffgewicht von 30 g/m² erhalten. Zum Spinnen wurde die Menge an ausgetragenem Polymer für jeden Test so eingestellt, daß ein Filament mit einer solchen Filament-Feinheit erhalten wurde, wie in Fig.1 angegeben. Jeder so erhaltene Vliesstoff wurde auf seine Festigkeit, Weichheit und biologische Abbaubarkeit untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Nr. Abziehgeschw. m/min. Fasertiter dtex (den.) Anfangs-zugfestigkeit g/3 cm Weichheit g biologische Abbaubarkeit allgemeine Bewertung gut nicht gut
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, waren die jeweiligen Vliesstoffe nach den erfindungsgemäßen Beispielen 1 bis 3, 5 und 6 alle zufriedenstellend bezüglich der Festigkeit, Weichheit und biologischen Abbaubarkeit. In Beispiel 4, bei dem der Fasertiter außerordentlich hoch war, hatte der erhaltene Vliesstoff eine unbefriedigende Struktur und einen rauhen Griff. In Beispiel 7, bei dem die Abziehgeschwindigkeit zu gering war, besaß der erhaltene Vliesstoff eine geringe Anfangs-Zugfestigkeit und erwies sich als ungeeignet für die praktische Anwendung.

Bezugsbeispiel 1

Das Spinnen wurde bei einer Spinntemperatur von 180ºC mit einer Abziehgeschwindigkeit von 3500 m/min. und unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die ersponnenen Filamente brachen jedoch häufig und folglich konnte kein Vliesstoff erhalten werden.
Die Spinntemperatur wurde auf 230ºC eingestellt und die Luftsaug-Vorrichtung 80 cm unterhalb der Spinndüsen angeordnet. Das Spinnen wurde mit einer Abziehgeschwindigkeit in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Es trat jedoch eine Verklebung zwischen den Filamenten ein und es konnte kein Vliesstoff erhalten werden.

Beispiel 2

Es wurde ein PCL mit einem MFR von 13 g/10 min. verwendet. Es wurde eine Vielzahl von Düsenanordnungen mit jeweils 300 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,5 mm angewandt. Das Schmelzverspinnen wurde bei einer Spinntemperatur von 260ºC durchgeführt. Es wurde mit einer Wickelgeschwindigkeit von 400 bzw. 1000 m/min aufgewickelt und es wurden so nichtverstreckte Filamente erhalten. Eine Vielzahl von erhaltenen nicht-verstreckten Filament-Bündeln wurde gedoppelt und dann in einem solchen Streckverhältnis wie in Tabelle 2 gezeigt verstreckt. Nach dem mechanischen Kräuseln in einer Stuffer-Box wurden die verstreckten Filamente auf eine Faserlänge von 51 mm geschnitten. So wurden kurze PCL-Fasern mit einer Faser-Feinheit von 3 Denier und 23 Kräuselungen pro inch erhalten. Tabelle 2 Nr. Wickel-Geschw.-m/min. Streck-Verhältnis Faser-Festigkeit g/d Spinnbarkeit häufiges Brechen
Zum Spinnen wurde die Geschwindigkeit des Polymer-Austrags unter Berücksichtigung der Wickelgeschwindigkeit und des Streckverhältnisses so eingestellt, daß kurze Fasern mit einer Feinheit von 3,33 dtex (3 Denier) erhalten werden konnten. Bei dem Verfahren der Bahn-Bildung wurde eine Parallel-Kardier- Vorrichtung angewandt und eine 100% PCL-Kurzfaser-Bahn und eine gemischte Bahn mit einer Rayon-Komponente mit einer Faser-Feinheit von 3,33 dtex (3 Denier) wurden hergestellt und beide einem Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs zugeführt. Bei den gemischten Bahnen aus Kurzfaser PCL und Rayon wurden die Art der kurzen PCL-Fasern und das Mischverhältnis (Gew.%) wie in Tabelle 3 gezeigt variiert.
Zur Herstellung des Vliesstoffs wurden das Wärmebindungs- Verfahren und das Spunlace-Verfahren angewandt für Bahnen mit unterschiedlichen Mischverhältnissen, wie in Tabelle 3 angegeben. Bei dem Wärmebindungs-Verfahren wurden eine erhitzte Metall-Prägewalze und eine erhitzte glatte Metallwalze angewandt, um eine Wärmebehandlung unter den folgenden Bedingungen zu erreichen: Last 30 kg/linere cm, Kompaktierungsbereich 20% und Wärmebehandlungstemperatur 55ºC. So wurden Vliesstoffe mit jeweils einem Stoffgewicht von 30 g/m² erhalten. Bei dem Spunlace-Verfahren wurden Bahnen mit Hochdruck- Wasserströmen von 35 kg/cm² aus Düsen mit einem Durchmesser der Öffnungen von 0,1 mm, die in einem Abstand von 2,5 mm angeordnet waren, behandelt und so Vliesstoffe mit einem Stoffgewicht von 40 g/cm² erhalten. Die Vliesstoffe wurden jeweils auf die Festigkeit, Weichheit und biologische Abbaubarkeit untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3 Nr. angew.Kurzfaser Herst. des Vliesstoffs Mischverhältnis PCL/Rayon Anfangs-Zugfestigkeit g/3 cm Weichheit g biologische Abbaubarkeit allgemeine Bewertung gut nicht gut W.B. = Wärmebindung S.L. = Spunlace
Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, waren die jeweiligen Vliesstoffe nach den erfindungsgemäßen Beispielen 2 bis 6 und 8 bis 11 alle zufriedenstellend bezüglich der Festigkeit und biologischen Abbaubarkeit und besaßen einen weichen Griff. In den Beispielen 1, 7, 12 und 13, bei denen der Anteil an PCL-Kurzfasern zu gering war, waren die erhaltenen Vliesstoffe entweder bezüglich der Festigkeit (zu gering) oder der Weichheit unbefriedigend.

Beispiel 3

Es wurde ein PPL mit einem Schmelzpunkt von 101ºC und einem MFR von 25 g/10 min. verwendet und eine Vielzahl von Düsenanordnungen mit jeweils 84 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,35 mm wurde angewandt. Das Schmelzverspinnen wurde bei einer Spinntemperatur von 250ºC durchgeführt. Die ersponnenen Filamente wurden mit einer solchen Abziehgeschwindigkeit abgezogen wie in Tabelle 4 angegeben. Dann wurde mit einem solchen Streckverhältnis wie in Tabelle 4 angegeben und bei einer Temperatur von 50ºC verstreckt . In diesem Zusammenhang wurde die Geschwindigkeit des Polymer-Austrags so eingestellt, daß ein Filamenttiter von 4,44 dtex (4 Denier) erhalten wurde. Anschließend wurde eine Wärmebehandlung durchgeführt unter Anwendung einer erhitzten Metall-Prägewalze und einer glatten Metallwalze unter den folgenden Bedingungen: Last 40 kg/linere cm, Kompaktierungsbereich 17% und Wärmebehandlungstemperatur 95ºC. So wurden Vliesstoffe mit jeweils einem Stoffgewicht von 30 g/m² erhalten. Die jeweilige Festigkeit und Weichheit der Vliesstoffe sind in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4 Nr. Abziehgeschw. m/min. Streckverhältnis Anfangs-Zugfestigkeit g/3 cm Weichheit g biologische Abbaubatkeit allgemeine Bewertung gut nicht gut bricht
Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, waren die jeweiligen Vliesstoffe nach den erfindungsgemäßen Beispielen 2 und 3 zufriedenstellend bezüglich der Festigkeit und biologischen Abbaubarkeit und besaßen einen weichen Griff.

Beispiel 4

Es wurden ein PCL mit einem MFR von 20 gib min. und ein PPL mit einem MFR von 25 g/10 min. in Form von Ohips in einem Mischverhältnis von 50/50 verwendet. Es wurde eine Vielzahl von Düsenanordnungen mit jeweils 84 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,35 mm angewandt. Das Schmelzverspinnen wurde bei einer Spinntemperatur von 250ºC durchgeführt. Ersponnene endlose Multifilamente wurden verstreckt und durch Luftsaug- Vorrichtungen, die sich 150 cm unterhalb der Düsenplatte befanden, mit einer Saug-Abziehgeschwindigkeit von 3500 m/min. abgezogen. So wurde ein Multifilament mit einem Filamenttiter von 4 Denier erhalten. Das Multifilament wurde geöffnet, gesammelt und auf einem sich bewegenden endlosen Netz abgelegt unter Bildung einer Bahn. Anschließend wurde die Bahn einer Wärmebehandlung unterworfen, indem sie zwischen einer erhitzten Metall-Prägewalze und einer glatten Metallwalze unter den folgenden Bedingungen durchgeführt wurde: Last 40 kg/lineare cm, Kompaktierungsbereich 17% und Wärmebehandlungstemperatur 60ºC. So wurde ein Spunbond Vliesstoff mit einem Stoffgewicht von 30 g/m² erhalten. Der Vliesstoff besaß eine Festigkeit von 2480 g/3 cm und eine Weichheit von 33 g und erwies sich als zufriedenstellend biologisch abbaubar.
In den folgenden Beispielen wurde die Dicke jedes Vliesstoffs gemessen nach dem in JIS-L 1096 beschriebenen Verfahren, so daß das Probestück einem Druck von 100 g/cm² ausgesetzt und 10 s stehen gelassen wurde, bevor die Messung durchgeführt wurde.
Die Fülligkeit jedes Vliesstoffs wurde auf der Basis seines Gewichts und der Dicke nach der folgenden Gleichung berechnet. Je größer die Fülligkeit ist, um so geringer ist die Porosität des Vliesstoffs. Bei der Bewertung wurde ein Vliesstoff mit einer Fülligkeit von 0,150 g/cm³ als zufriedenstellend bezüglich der Porosität angesehen.
Fülligkeit (g/cm³) = Stoffgewicht (g/m²) / (Dicke (mm) × 1000)
Die Luftdurchlässigkeit jedes Vliesstoffs wurde gemessen nach der Methode von Frazir, wie es angegeben ist in JIS-L 1096. Bei der Bewertung wurde ein Vliesstoff mit einer Luftdurchlässigkeit von mehr als 5 cm³/cm² s als zufriedenstellend beurteilt.

Beispiel 5

Es wurde ein PCL mit einem MFR von 200 verwendet. Unter Anwendung einer Schmelzspinn-Vorrichtung vom Extruder-Typ wurde das PCL bei einer Spinntemperatur von 230ºC mit einer Austrag- Geschwindigkeit von 80 g/min. aus einem Spritzkopf mit 200 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,15 mm versponnen. Es wurde ein Luftstrom mit einer Temperatur 30ºC über der Temperatur des Spritzkopfs mit einer Geschwindigkeit von 170 m/s und in einem Winkel von 25º, bezogen auf die Richtung des Polymer-Austrags, auf den Polymerstrom aufgeblasen.
Dabei wurden Leitbleche zur Eliminierung von Luftströmen 15 cm unterhalb des Spritzkopfs angebracht und Kühlluft von 10ºC seitlich auf den Polymerstrom an einer Stelle 5 cm unterhalb der Leitbleche aufgeblasen. Die Filamente wurden auf einem Netz-Förderband, das sich 40 cm unterhalb des Spritzkopfs befand, gesammelt und dadurch zu einer Bahn geformt. Hierzu wurde die Einstellung so vorgenommen, daß ein Bahngewicht von 30 g/m² erhalten wurde.
Die Spinnbarkeit war zur Herstellung des Vliesstoffs zufriedenstellend und der erhaltene Vliesstoff besaß eine Anfangs-Zugfestigkeit von 750 g/3 cm, eine Fülligkeit von 0,200 g/cm³ und eine Luftdurchlässigkeit con 15 cm³/cm² s und erwies sich als zufriedenstellend biologisch abbaubar.

Beispiel 6

Es wurde ein PPL mit einem MFR von 160 verwendet. Unter Anwendung einer Schmelzspinn-Vorrichtung vom Extruder-Typ wurde das PPL bei einer Spinntemperatur von 270ºC mit einer Austrag- Geschwindigkeit von 80 g/min. aus einem Spritzkopf mit 200 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,15 mm versponnen. Dabei wurde ein Luftstrom mit einer Temperatur 30ºC über der Temperatur des Spritzkopfs mit einer Geschwindigkeit von 170 m/s und in einem Winkel von 25º, bezogen auf die Richtung des Polymer-Austrags, auf den Polymerstrom aufgeblasen.
Dabei wurden, wie in Beispiel 5, Leitbleche zur Eliminierung von Luftströmen 15 cm unterhalb des Spritzkopfs angebracht und Kühlluft von 10ºC seitlich auf den Polymerstrom an einer Stelle 5 cm unterhalb der Leitbleche aufgeblasen. Die Filamente wurden auf einem Netz-Förderband, das sich 45 cm unterhalb des Spritzkopfs befand, gesammelt und dadurch zu einer Bahn geformt. Hierzu wurde die Einstellung so vorgenommen, daß ein Bahngewicht von 30 g/m² erhalten wurde.
Die Spinnbarkeit war zur Herstellung des Vliesstoffs zufriedenstellend und der erhaltene Vliesstoff besaß eine Anfangs-Zugfestigkeit von 870 g/3 cm, eine Fülligkeit von 0,231 g/cm³ und eine Luftdurchlässigkeit con 12 cm³/cm² s und erwies sich als zufriedenstellend biologisch abbaubar.

Beispiel 7

Es wurden 50 Gew.-Teile PCL mit einem MFR von 200 und 50 Gew.- Teile PPL mit einem MFR von 160 in Chip-Form vermischt. Unter Anwendung einer Schmelzspinn-Vorrichtung vom Extruder-Typ wurde das Gemisch bei einer Spinntemperatur von 255ºC mit einer Austrag-Geschwindigkeit von 80 g/min. aus einem Spritzkopf mit 200 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,15 mm versponnen. Dabei wurde ein Luftstrom mit einer Temperatur 30ºC über der Temperatur des Spritzkopfs mit einer Geschwindigkeit von 170 m/s und in einem Winkel von 25º, bezogen auf die Richtung des Polymer-Austrags, auf den Polymerstrom aufgeblasen.
Anschließend wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gekühlt und die Fasern auf einem Netz-Förderband, das sich 40 cm unterhalb des Spritzkopfs befand, gesammelt und dadurch eine Bahn erzeugt. Hierzu wurde die Einstellung so vorgenommen, daß ein Bahngewicht von 30 g/m² erhalten wurde.
Die Spinnbarkeit war zur Herstellung des Vliesstoffs zufriedenstellend und der erhaltene Vliesstoff besaß eine Anfangs-Zugfestigkeit von 810 g/3 cm, eine Fülligkeit von 0,188 g/cm³ und eine Luftdurchlässigkeit von 10 cm³/cm² s und erwies sich als zufriedenstellend biologisch abbaubar.

Beispiel 8

Es wurde ein PCL mit einem MFR von 25 verwendet. Es wurde eine Vielzahl von Düsenanordnungen mit jeweils 84 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,35 mm angewandt. Das Schmelzverspinnen wurde bei einer Spinntemperatur von 230ºC durchgeführt. Ersponnene endlose Multifilamente wurden verstreckt und durch eine Luftsaug-Vorrichtung, die sich 150 cm unterhalb der Düsenplatte befand, mit einer Saug-Abziehgeschwindigkeit von 3500 m/min. abgezogen. Die Geschwindigkeit des Polymer-Austrags wurde so eingestellt, daß ein Multifilament mit einem Filamenttiter von 2,22 dtex (2 Denier) erhalten wurde. Eine Bahn mit einem Gewicht von 40 g/cm² wurde erhalten durch Öffnen, Sammeln und Ablegen auf einem sich bewegenden Netz-Förderband. Anschließend wurden PCL-Fasern mit einem MRF von 200 auf die Bahn laminiert durch Aufblasen nach dem Schmelzblas-Verfahren. Die Bedingungen des Schmelzblasens waren die gleichen wie in Beispiel 5, wobei die Einstellung so vorgenommen wurde, daß sich ein Bahngewicht von 10 g/m² ergab. Die laminierte Bahn wurde einer Wärmebehandlung unter den folgenden Bedingungen unterworfen: Last 40 kg/lineare cm, Kompaktierungsbereich 17% und Wärmebehandlungstemperatur 57ºC. So wurde ein laminierter Vliesstoff mit einem Stoffgewicht von 50 g/m² erhalten.
Der laminierte Vliesstoff besaß eine Anfangs-Zugfestigkeit von 2400 g/3 cm, ein Fülligkeit von 0,185 g/cm und eine Luftdurchlässigkeit von 10 cm³/cm² s und erwies sich als zufriedenstellend biologisch abbaubar.

Beisniel 9

Es wurde ein PCL mit einem MFR von 200 g/10 min. verwendet. Eine PCL-Bahn mit einem Bahngewicht von 15 g/m² wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 hergestellt. Anschließend wurde eine parallel kardierte Bahn mit einem Bahngewicht von 35 g/m², die aus kurzen Rayon-Fasern mit einem Filamenttiter von 2,22 dtex (2 Denier) hergestellt worden war, mit einer Faserlänge von 51 mm auf die PCL-Bahn auflaminiert und so eine laminierte Bahn hergestellt. Die laminierte Bahn wurde mit Hochdruck- Wasserströmen von 40 kg/cm² aus Düsen mit einem Durchmesser der Öffnungen von 0,1 mm, die in einem Abstand von 2,5 mm angeordnet waren, behandelt und ein Vliesstoff mit einem Stoffgewicht von 50 g/cm² erhalten. Der Vliesstoff besaß eine Anfangs-Zugfestigkeit von 1800 g/3 cm, eine Fülligkeit von 0,190 g/cm³ und eine Luftdurchlässigkeit von 50 cm³/cm² s und erwies sich als zufriedenstellend biologisch abbaubar.

Claims

1. Biologisch abbaubarer Vliesstoff, der ein aus Poly-&epsi;- caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton hergestelltes Fasermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial einen Fasertiter von 0,887 bis 6,67 dtex (0,8 bis 6 Denier) aufweist, das Poly-&epsi;-caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton einen Schmelzindex von nicht mehr als 45 g/10 min., gemessen nach ASTM-D-1238(E) aufweist, und der Vliesstoff nicht weniger als 20 Gew.-% des Fasermatenais aufweist.

2. Biologisch abbaubarer Vliesstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dap der Stoff aus nicht weniger als 20 Gew.-% Fasermaterial aus Poly-&epsi;-caprolacton und/oder Poly- β-propiolacton und nicht mehr als 80 Gew.-% einer natürlichen Faser oder Zellulosefaser besteht.

3. Biologisch abbaubarer Vliesstoff, der ein aus Poly-&epsi;- caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton bestehendes Fasermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial einen Filamenttiter von weniger als 0,887 dtex (0,8 Denier) aufweist und das Poly-E-caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton einen Schmelzindex von mehr als 70, jedoch weniger als 300 g/10 min., gemessen nach ASTM-D-1238(E), aufweist.

4. Biologisch abbaubarer Vliesstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff nicht weniger als 20 Gew.-% eines ersten Gewebes aus einem Fasermaterial aus Poly-&epsi;- caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton und nicht mehr als 80 Gew.-% eines zweiten Gewebes aus einer natürlichen Faser oder einer Zellulosefaser im Laminat mit dem ersten Gewebe (6) aufweist.

5. Biologisch abbaubarer Vliesstoff, der aus einem aus Poly- &epsi;-caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton hergestelltes Fasermaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff ein erstes Gewebe aus einem ersten Fasermaterial mit einem Filamenttiter von weniger als 0,889 dtex (0,8 Denier) sowie ein zweites Gewebe aus einem Fasermaterial mit einem Filamenttiter von 0,889 bis 6,67 dtex (0,8 bis 6 Denier) aufweist, das Poly-&epsi;-caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton des ersten Fasermaterials einen Schmelzindex von mehr als 70, jedoch weniger als 300 g/lomin., gemessen nach ASTM-D-1238(E), aufweist, das Poly-E-caprolacton und/oder Poly-p-propiolacton des zweiten Fasermaterials einen Schmelzindex von nicht mehr als 45 g/10min., gemessen nach ASTM-D-1238(E) aufweist, und das erste und das zweite Gewebe aufeinander laminiert sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Vliesstoffes, das als Schritte das Schmelzverspinnen des Materials durch Spinndüsen bei Temperaturen, die höher liegen als der Schmelzpunkt des Materials, das Abkühlen unter Verfestigung des ersponnenen Multifilaments und danach das Verstrecken und Abziehen des verfestigten Multifilaments einschließt, gekennzeichnet durch die Verwendung von Poly-&epsi;-caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton als Material, das Einstellen der Temperatur auf 100 bis 240ºC oberhalb des Schmelzpunktes des Poly-&epsi;-caprolactons und/oder Poly- β-propiolactons, das Einstellen der Abziehgeschwindigkeit auf mehr als 500 m/min. und danach das Verarbeiten des abgezogenen Multifilaments zu einer Bahn (6).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es als Schritte, nach dem Abkühlen zur Verfestigung des ersponnenen Multifilaments, das Abziehen des verfestigten Multifilaments bei einer Saug-Abziehgeschwindigkeit von mehr als 2000 m/min durch eine Abziehvorrichtung, wie eine Saugvorrichtung, die in einer Stellung, die sich wenigstens 100 cm unterhalb der Spinner befindet, angeordnet ist, und danach das Öffnen des Multifilaments und die Verarbeitung desselben zu einer Bahn (6) einschließt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es als Schritte das Verstrecken des Multifilaments mit einem Streckverhältnis von 1,5 bis 3,5 zwischen der Abziehwalze und der danach angeordneten Streckwalze und danach die Verarbeitung des verstreckten Multifilaments zu einer Bahn (6) einschließt.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es als Schritte das Verstrecken des Multifilaments in einem Streckverhältnis von 2,0 bis 3,5 zwischen der Abziehwalze und der danach angeordneten Streckwalze, danach die Anwendung einer mechanischen Kräuselung auf das verstreckte Multifilament, das Schneiden des Filaments in kurze Fasern einer vorgegebenen Länge, und danach das Verarbeiten desselben zu einer Bahn (6) einschließt.

10. Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Vliesstoffes mit einem Blasschmelzverfahren, das als Schritte das Schmelz-Verspinnen des Materials durch Spinndüsen (1) bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts des Materials und danach das Abkühlen des ersponnenen Multiüs filaments (3) unter Verfestigung umfaßt, gekennzeichnet durch, die Verwendung von Poly-β-caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton als Material, nach dem Schmelz-Verblasen eines Polymers aus Poly-&epsi;- caprolacton und/oder Poly-β-propiolacton durch einen Düse (1) das Eliminieren der Abzugs-Luftströme (2) mit Hilfe eines Leitblechs (4), danach das seitliche Aufblasen von Kühlluft auf das schmelzverblasene Material (3) zur Abkühlung desselben, und danach das Verarbeiten des abgekühlten Materials zu einer Bahn (6).