DE69302131T2

DE69302131T2 - Schleifender, absorbierender Verbundvliesstoff mit Öffnungen

Info

Publication number: DE69302131T2
Application number: DE69302131T
Authority: DE
Inventors: Kenneth J G Currie; Philip J Mogel
Original assignee: Kimberly Clark Ltd
Current assignee: Kimberly Clark Ltd
Priority date: 1992-06-02
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 1996-11-07
Anticipated expiration: 2013-06-03
Also published as: AU3995593A; GB2267680A; CA2097369A1; ES2086882T3; DE69302131D1; EP0573277A1; GB9211672D0; CA2097369C; US5560794A; EP0573277B1; US5429854A; JPH0718552A; KR100236742B1; MX9303147A; KR940000647A; AU667536B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbundvliesstoff und auf ein Verfahren zum Herstellen davon gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und dem Oberbegriff des Anspruchs 10 und ist zum Beispiel aus dem Dokument US-A 4 659 609 bekannt.
Thermoplastische Vliesstoffe sind für eine breite Vielfalt von Endanwendungen bekannt, wie beispielsweise für Wischvorrichtungen, Handtücher, chirurgische Bekleidung, Verbände, und dergleichen. Diese Produkte werden allgemein durch entweder Schmelzblasen oder eine Herstellung nach dem Schmelzspinnverfahren oder eine Kombination aus schmelzgeblasenen oder im Schmelzspinnverfahren gefertigte Schichten hergestellt. Die Verfahren von sowohl einem Schmelzspinnherstellen als auch einem Schmelzblasen sind ausreichend nach dem Stand der Technik bekannt. Siehe zum Beispiel US-Patent Nummer 3,978,185 für Bunting et al, das am 31. August 1976 herausgegeben ist, das Schmelzblasen beschreibt und hier unter Bezug darauf eingeschlossen wird. Diejenigen, die auf dem Fachgebiet bewandert sind, werden auch auf das US-Patent Nummer 3,692,616 für Dorschner et al hingewiesen, das am 19. September 1972 herausgegeben ist, das Schmelzspinnen beschreibt und hier unter Bezugnahme darauf eingeschlossen wird.
Schmelzspinnen umfaßt allgemein ein Extrudieren einer Vielzahl von kontinuierlichen, thermoplastischen Polymerfasern bzw. -fäden durch eine Vielzahl von Düsenöffnungen in einer nach unten gerichteten Richtung auf eine sich bewegende Oberfläche, wo die extrudierten Fasern in einer zufällig verteilten Weise gesammelt werden. Die zufällig niedergeschlagenen Fasern werden in einem beheizten Klemmspalt miteinander verbunden, um eine ausreichende Integrität in Bezug auf den sich ergebenden Vliesstoff aus allgemein kontinuierlichen Fasern zu liefern. Nach dem Schmelzspinnverfahren hergestellte Vliese sind allgemein durch ein hohes Festigkeitslgewichtsverhältnis, eine isotropische Festigkeit, eine hohe Porosität und eine gute Abrasionsbeständigkeit gekennzeichnet und sind für eine breite Vielfalt von Produktanwendungen nützlich, die von Kleidung aus Leinen bis zu Straßenreparaturgeweben reichen.
Ein Schmelzblasen unterscheiden sich vom Schmelzspinnen dadurch, daß extrudierte Polymerfasern, in Abhängigkeit von den Prozeßbedingungen und dem Material, das schmelzgeblasen bzw. im Schmelzblasverfahren hergestellt wird, zerbrochen werden und als individuelle Fasern durch einen zwangsgeführten Luftstrom verteilt werden, bevor sie auf einer sammelnden Oberfläche niedergeschlagen werden. Zusätzlich können die Fasern, in Abhängigkeit von dem formenden Abstand, wesentlich durch die Luft gekühlt werden, so daß sie sich nicht wesentlich miteinander verbinden. In dieser Situation tritt ein Verbinden des Vlieses, um eine Integrität und Festigkeit zu erhalten, allgemein als ein separater, auslaufseitiger Vorgang auf. Alternativ können, allgemein gesagt, mit einem kürzeren Bildungsabstand die schmelzgeblasenen Fasern in einem klebrigen Zustand niedergeschlagen werden, so daß in-situ ein autogenes Bonden ohne weitere Bond- bzw. Bindeschritte auftritt. Vliesstoffe sind typischerweise durch deren Weichheit, Volumen bzw. Größe, Absorptionsfähigkeit, niedrige Porosität und schlechte Abrasionsbeständigkeit gekennzeichnet und sind für eine Vielfalt von Produktanwendungen, einschließlich für zum Beispiel chirurgische Stoffe und Wischteile, nützlich.
Ungeachtet der Tatsache, daß eine starke Vliesproduktentwicklung auf Produkte gerichtet wird, die eine erhöhte Weichheit und größere Flexibilität liefern, haben Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet auch ein kostengünstiges Vliesprodukt entwickelt, das ausreichend abrasiv ist, um als ein Reinigungswischgegenstand ohne eine Verwendung hinzugefügter, abrasiver Materialien zu dienen. Dieser Wischgegenstand ist auch weich genug, um ein Verkratzen der Oberfläche, die gereinigt werden soll, zu reduzieren oder wesentlich zu eliminieren. Dieses Material ist in dem US-Patent Nr.4,659,609 für Lammers et al offenbart, das einen geschichteten, abrasiven Stoff offenbart, der eine Stützschicht und eine schmelzgeblasene, abrasive Schicht umfaßt, die innig thermisch miteinander verbunden sind. Die schmelzgeblasene, abrasive Schicht besitzt allgemein ein Basisgewicht von etwa 5 bis etwa 25 Gramm pro Quadratmeter (g/m²) und ist aus Fasern gebildet, die einen mittleren Faserdurchmesser von mindestens etwa 40 Mikrometern besitzen, zum Beispiel von etwa 40 bis etwa 85 Mikrometern. Genauer gesagt ist die schmelzgeblasene, abrasive Schicht aus Fasern gebildet, die einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von etwa 50 Mikrometern besitzen. Ein solcher Stoff liefert einen abrasiven Wischgegenstand bei sehr niedrigen Materialkosten. Es ist angeführt, daß die schmelzgeblasene Schicht sehr dünn ist, die ein Basisgewicht im wesentlichen niedriger als diejenige typischer Vliesstoffe besitzt. Es ist auch angeführt, daß die Stützschicht, die vorzugsweise ein im Schmelzspinnverfahren hergestelltes Vlies ist, aufgrund ihres hohen Festigkeits/Gewichts-Verhältnisses eine notwendige Produktfestigkeit und -integrität liefert und in einigen Fällen eine Absorptionsfähigkeit. Ein anderes Beispiel eines Produkts von dieser Erfindung ist angeführt, daß es ein einschichtiger, drei-lagiger, abrasiver Wischgegenstand (schmelzgeblasen/im Schmelzspinnverfahren hergestellt/schmelzgeblasen) ist, in dem beide äußeren Oberflächen abrasive, schmelzgeblasene Schichten sind. Ein weiteres Beispiel ist dahingehend angegeben, daß es ein drei-lagiges Wischprodukt ist, wobei eine erste, äußere Lage (1) einen abrasiven, schmelzgeblasene, im Schmelzspinnverfahren hergestellten, geschichteten Stoff, der eine abrasive, schmelzgeblasene Schicht besitzt, die nach außen weist, (2) eine innere Lage eines wasser-permeablen, thermoplastischen Stoffes und (3) eine zweite, äußere Lage aus einem wasser-permeablen, schmelzgeblasenen, thermoplastischen Stoff umfaßt. Es ist angeführt, daß jede dieser drei Lagen entlang des Umfangs des Wischgegenstands verbunden ist und ein Waschmittel zwischen der inneren Lage und der zweiten äußeren Lage enthalten ist. Ein noch weiteres Beispiel einer Produktform dieser Erfindung ist ein Duschvorhang, der einen zwei-lagigen, schmelzgeblasenen, im Schmelzspinnverfahren hergestellten Stoff aufweist, der aus zwei separaten Lagen oder einer Lage, die auf sich selbst gefaltet ist, aufgebaut ist, so daß die abrasive, schmelzgeblasene Schicht die freigelegte Schicht auf den beiden äußeren Oberflächen ist. Im Hinblick auf die Verfügbarkeit dieser verschiedenen Produkte werden Fachleute auf dem Fachgebiet fortfahren, nach Verbesserungen für solche Produkte zu suchen, und es besteht noch ein Bedarf für solche Verbesserungen in einigen Fällen dahingehend, daß die Absorptionsfähigkeit der Materialien nicht ausreichend ist oder die Zwischenschicht-Kohäsion des Materials unzureichend ist. In solchen Fällen können sich die Schichten gut delaminieren, wenn das Material den starken Scherkräften unterworfen wird, die bei einem Wischen während des Wischvorgangs vorhanden sind. In anderen Fällen kann die Abrasionsfähigkeit des Materials auch unzufriedenstellend sein.
Im Hinblick auf die Probleme, die vorstehend besprochen sind, die für die Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet vorgefunden worden sind, ist ein Material, das entweder als ein Wischgegenstand, eine Fußmatte, oder in anderer Weise verwendet werden kann, entdeckt worden.
Gemäß der Erfindung weist ein Verbundvliesstoff eine Oberflächenschicht aus einer groben, mit einem Granulat beladenen, schmelzgeblasenen Schicht, die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, eine erste Stützträgerschicht unmittelbar benachbart der Oberflächenschicht und die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, und eine zweite Stützschicht, die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, auf, dadurch gekennzeichnet, daß eine absorbierende, schmelzgeblasene Schicht, die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, als eine Innenschicht des Vliesstoffes unmittelbar benachbart der zweiten Stützschicht angeordnet ist und daß die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Oberflächenschicht um die erste Stützträgerschicht in einer dreidimensionalen Matrix aus im wesentlichen konischen Vorsprüngen gebildet ist, die sich zu einer Öffnung verjüngen, die sich durch die zwei Schichten erstreckt.
Dieses Material, das zufriedenstellende Abrasions- und Absorptionscharakteristika besitzt, wird durch ein Verbundvlies geschaffen, das (1) eine erste Oberflächenschicht, die eine grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht umfaßt, die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, (2) eine erste Innenschicht unmittelbar benachbart der ersten Oberflächenschicht, wobei die erste Innenschicht eine Stützträgerschicht umfaßt, die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, (3) eine zweite Oberflächenschicht, die eine Stützträgerschicht umfaßt, die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, und (4) eine zweite Innenschicht unmittelbar angrenzend an die zweite Oberflächenschicht, umfaßt, und die zweite Innenschicht eine feine, absorbierende, schmelzgeblasene Schicht umfaßt, die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundvliesstoffes gemäß der Erfindung weist die Schritte eines Schmelzblasens einer groben, mit einem Granulat beladenen Schicht, die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, auf einer ersten Stützträgerschicht, die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, um ein abrasives Präkursor-Verbund-Material zu bilden, und eine Heißstift-Durchlöcherung des abrasiven Präkursor- Verbund-Materials zu bilden, um den abrasiven Präkursor-Verbund in einer Vielzahl von im wesentlichen konischen Vorsprüngen zu bilden, wobei sich jeder davon zu einer Öffnung verjüngt, gekennzeichnet durch Schmelzblasen einer absorbierenden Schicht, die aus einem thermoplastischen Material auf einer zweiten Stützträgerschicht gebildet ist, die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, um ein absorbierendes Präkursor-Verbund-Material zu bilden, und durch Verbinden aller Schichten des Verbundvliesstoffes durch Ultraschallbonden, so daß die abrasive, schmelzgeblasene Schicht eine Oberflächenschicht aus dem Verbundvliesstoff und die absorbierende Schicht eine innere Schicht des Verbundvliesstoffes bildet.
Es ist wichtig, daß die grobe, mit einem Granulat beladene Schicht und die angrenzende Stützträgerschicht, bevor sie mit der absorbierenden Schicht und deren Stützträgerschicht verbunden werden, mit heißem Stift durchlöchert sind. Die Heißstift-Durchlöcherung dieser zwei Schichten liefert einen dreidimensionalen Effekt, der die Abrasionsfähigkeit der groben, mit einem Granulat beladenen, schmelzgeblasenen Schicht verbessert.
Wünschenswerterweise wird die Heißstift-Durchlöcherung unter einer erhöhten Temperatur von etwa 100 Grad F (38 Grad Celsius) bis etwa 150 Grad F (66 Grad Celsius) durchgeführt. Zum Beispiel kann die Heißstift-Durchlöcherung bei einer erhöhen Temperatur von etwa 115 Grad F (46 Grad Celsius) bis etwa 125 Grad F (52 Grad Celsius) durchgeführt werden.
Typischerweise wird die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht und deren Stützträgerschicht zwischen dem Klemmspalt, der durch eine Stiftwalze und einer durchlöcherten Walze gebildet ist, hindurchgeführt, wo die Öffnungen der durchlöcherten Walze den Stiften der Stiftwalze entsprechen. Die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht ist typischerweise so orientiert, daß sie benachbart der durchlöcherten Walze liegt. Allgemein gesagt sollten die Temperaturen der Stiftwalze und der durchlöcherten Walze ungefähr dieselben aufgrund der Effekte einer thermischen Expansion an den Stiften und Öffnungen sein.
Typischerweise sollte die Tiefe des Eindringens der Stifte und der Stiftwalze mindestens etwa 0,061 Inch (0,155 Zentimeter) sein. Zum Beispiel kann die Tiefe einer Eindringens der Stifte der Stiftwalze von etwa 0,061 Inch (0,155 Zentimeter) bis etwa 0,100 Inch (0,254 Zentimeter) reichen. Insbesondere kann die Tiefe eines Eindringens der Stifte der Stiftwalze von etwa 0,071 Inch (0,180 Zentimeter) bis etwa 0,095 Inch (0,241 Zentimeter) reichen. Noch bevorzugter kann die Tiefe des Eindringens der Stifte der Stiftwalze von etwa 0,081 Inch (0,206 Zentimeter) bis etwa 0,091 Inch (0,231 Zentimeter) reichen.
Der Druck in dem Klemmspalt, der durch die Stiftwalze und die durchlöcherte Walze hervorgerufen wird, kann von etwa 60 bis 110 Pound pro Quadrat-Inch, Maßsystem (psig), variieren. Zum Beispiel kann der Druck in dem Klemmspalt, der durch die Stiftwalze und die durchlöcherte Walze gebildet wird, von etwa 70 bis etwa 100 Pound pro Quadrat-Inch, Maßsystem (psig), variieren. Noch bevorzugter kann der Druck in dem Klemmspalt, der durch die Stiftwalze und die durchlöcherte Walze erzeugt wird, von etwa 90 Pound pro Quadrat-Inch, Maßsystem (psig), bis etwa 100 Pound pro Quadrat- Inch, Maßsystem (psig), reichen. Zum Beispiel kann der Druck in dem Klemmspalt, der durch die Stiftwalze und die durchlöcherte Walze erzeugt wird, etwa 100 Pound pro Quadrat-Inch, Maßsystem (psig), sein.
Die Stift- und die durchlöcherte Walze dienen dazu, die Fasern der groben, mit einem Granulat beladenen, schmelzgeblasenen Schicht und die Fasern der Stützträgerschicht in einer drei-dimensionalen, im wesentlichen konischen Form zu formen. Eine Anhebung der Temperatur des mittels Stift durchlöchernden Gerits dient dazu, die durchlöcherte Oberfläche in der drei-dimensionalen Form zu fixieren, wenn die beheizten Stifte durch sowohl die grobe, mit einem Granulat beladene Schicht als auch deren Stützträgerschicht in die durchlöcherte Walze eindringen. Demgemäß wird der Oberflächenbereich der durchlöcherten Schichten erhöht. Zusätzlich stellt die drei-dimensionale, stabilisierte Struktur ein viel aggressiveres, abrasives Medium für die Entfernung groben, trockenen Schmutzes dar, wenn das Material als Teil eines Wischers verwendet wird.
Weiterhin liefert die drei-dimensionale Struktur Makro-Löcher und Makro-Tröge, die dahingehend wirken, Schmutz zusätzlich zu der Schmutzaufnahmefähigkeit der Hohlräume der groben, mit einem Granulat beladenen, schmelzgeblasenen Schicht aufzunehmen. Schließlich kann auch ausgeführt werden, daß die Öffnungen die Überführung von Flüssigkeit durch den Verbundstoff erleichtern, wenn er dazu verwendet wird, Flüssigkeiten aufzuwischen.
Die Laufgeschwindigkeit des groben, mit einem Granulat beladenen, schmelzgeblasenen Schicht und deren Stützträgerschicht sollte, während eine Heißstift-Durchlöcherung stattfindet, auf nicht mehr als etwa 50 Fuß pro Minute (15,2 Meter pro Minute) begrenzt werden. Unter größeren Geschwindigkeiten tritt eine Ablösung der zwei Schichten auf, was nahelegt, daß die Stifte einen "rupfenden" Effekt auf den Verbund ausüben. Insbesondere kann die Laufgeschwindigkeit der Schichten während der Heißstift-Durchlöcherung von etwa 10 bis etwa 50 Fuß pro Minute (3 bis etwa 15 Meter pro Minute) reichen. Insbesondere kann die Laufgeschwindigkeit der Schichten während der Heißstift-Durchlöcherung von etwa 15 bis etwa 30 Fuß pro Minute (4,5 bis etwa 9 Meter pro Minute) reichen. Noch bevorzugter kann die Laufgeschwindigkeit der Schichten während der Heißstift-Durchlöcherung von etwa 15 bis etwa 20 Fuß pro Minute (4,5 bis etwa 6 Meter pro Minute) reichen.
Die Trägerschichten der vorliegenden Erfindung können durch eine breite Vielfalt von Prozessen gebildet werden. Zum Beispiel können die Trägerschichten durch Schmelzspinn-Prozesse, durch gebundene-kardierte, stoffbildende Prozesse oder durch Schmelzblas-Prozesse gebildet werden.
In einigen Ausführungsformen können sowohl die schmelzgeblasene als auch die Trägerschicht aus einem thermoplastischen Material gebildet werden, das aus der Gruppe der Materialien ausgewählt ist, die eines oder mehrere von Polyolefinen, Polyestern, Polyethern, Polyvinylchloriden und Polyamiden umfaßt. Copolymere oder Mischungen einer oder mehrerer dieser Materialien können auch erwünscht sein. Zum Beispiel können die schmelzgeblasene Schicht und die Trägerschicht aus Polyethylen, Polypropylen, Polybuthylen oder Ethylenvinylacetat gebildet werden. Noch bevorzugter können die schmelzgeblasene Schicht und die Trägerschicht aus einem thermoplastischen Polypropylen-Material gebildet sein. In einigen Ausführungsformen können die schmelzgeblasene Schicht und die Trägerschicht aus einem thermoplastischen Polypropylen- Material gebildet werden.
Typischerweise reicht das Basisgewicht der groben, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 40 bis etwa 100 Gramm pro Quadratmeter. Zum Beispiel kann das Basisgewicht der groben, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 60 bis etwa 80 Gramm pro Quadratmeter reichen. Noch bevorzugter kann das Basisgewicht der groben, schmelzgeblasenen Schicht von etwa 60 bis etwa 70 Gramm pro Quadratmeter reichen.
Typischerweise reicht das Basisgewicht der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht von etwa 150 bis etwa 200 Gramm pro Quadratmeter. Zum Beispiel kann das Basisgewicht der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht von etwa 160 bis etwa 190 Gramm pro Quadratmeter reichen. Noch bevorzugter kann das Basisgewicht der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 170 bis etwa 180 Gramm pro Quadratmeter reichen.
Typischerweise reicht das Basisgewicht der Trägerschicht benachbart der groben, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 40 bis etwa 90 Gramm pro Quadratmeter. Zum Beispiel reicht das Basisgewicht der Trägerschicht benachbart der groben, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 45 bis etwa 70 Gramm pro Quadratmeter. Noch bevorzugter kann das Basisgewicht der Trägerschicht benachbart der groben, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 50 bis etwa 55 Gramm pro Quadratmeter reichen.
Typischerweise reicht das Basisgewicht der Trägerschicht benachbart der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht von etwa 10 bis etwa 30 Gramm pro Quadratmeter. Zum Beispiel kann das Basisgewicht der Trägerschicht benachbart der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht von etwa 10 bis etwa 20 Gramm pro Quadratmeter reichen. Noch bevorzugter kann das Basisgewicht der Trägerschicht benachbart der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 12 bis etwa 18 Gramm pro Quadratmeter reichen.
Typischerweise reicht der durchschnittliche Faserdurchmesser der groben, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 10 bis etwa 80 Mikron. Zum Beispiel kann der durchschnittliche Faserdurchmesser der groben, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 20 bis etwa 60 Mikron reichen. Noch bevorzugter kann der durchschnittliche Faserdurchmesser der groben, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 30 bis etwa 50 Mikron reichen. Der durchschnittliche Faserdurchmesser wird optisch bestimmt und wird unter Heranziehung und Mittelung mindestens dreißig (30) zufähiger Faserdurchmesser-Messungen bestimmt werden.
Typischerweise reicht der durchschnittliche Faserdurchmesser der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht von etwa 1 bis 10 Mikron. Zum Beispiel kann der durchschnittliche Faserdurchmesser der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht von etwa 2 bis etwa 5 Mikron reichen. Noch bevorzugter kann der durchschnittliche Faserdurchmesser der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 3 bis etwa 5 Mikron reichen.
Typischerweise reicht der durchschnittliche Faserdurchmesser der Trägerschicht benachbart der groben, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 10 bis etwa 30 Mikron. Zum Beispiel kann der durchschnittliche Faserdurchmesser der Trägerschicht benachbart der groben, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 10 bis etwa 25 Mikron reichen. Noch bevorzugter kann der durchschnittliche Faserdurchmesser der Trägerschicht benachbart der groben, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 20 bis etwa 25 Mikron reichen.
Typischerweise reicht der durchschnittliche Faserdurchmesser der Trägerschicht benachbart der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht von etwa 10 bis etwa 30 Mikron. Zum Beispiel kann der durchschnittliche Faserdurchmesser der Trägerschicht benachbart der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht von etwa 15 bis etwa 25 Mikron reichen. Noch bevorzugter kann der durchschnittliche Faserdurchmesser der Trägerschicht benachbart der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 20 bis etwa 25 Mikron reichen.
In einigen Ausführungsformen kann der Stoff mit einem melierten Oberflächenerscheinungsbild versehen werden. Der melierte Oberflächeneffekt kann durch die zufällige Verteilung der groben, granulierten bzw. geschroteten, schmelzgeblasenen Fasern erzeugt werden, wenn sie zu einem schmelzgeblasenen Stoff gebildet sind. Dieser Effekt wird weiterhin durch die Hinzufügung von Pigmenten in das Polymer-Zugabesystem verstärkt.
In einigen Ausführungsformen kann eine oder können mehrere der Schicht(en) mit einem grenzflächenaktiven Stoff behandelt werden, um die Feuchtigkeitsübertragung durch und in die jeweilige Schicht zu verstärken.
In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Schichten zwischen der schmelzgeblasenen, absorbierenden Schicht und der Trägerschicht benachbart der groben, mit Granulat beladenen, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht positioniert sein.
Der Verbundvliesstoff kann als eine Fußbodenmatte oder als ein Wischteil verwendet werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wischteil zu schaffen, das zufriedenstellende abrasive und absorbierende Charakteristika besitzt.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fußbodenmatte zu schaffen, die zufriedenstellende abrasive und absorbierende Charakteristika besitzt.
Noch weitere Aufgaben und der breite Umfang einer Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird für den Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet aus den Details, die nachfolgend angegeben werden, ersichtlich. Es sollte allerdings verständlich werden, daß die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nur in Form einer Erläuterung vorgenommen wird, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung für den Fachmann auf dem vorliegenden Fachgebiet unter Berücksichtigung der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung ersichtlich werden sollten.
Figur I zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Bilden eines mit Öffnungen versehenen, abrasiven Präkursor-Verbund-Materials.
Figur II zeigt eine Querschnittsansicht einer Schmelzblasdüse, die in dem Prozeß verwendet werden kann, der schematisch in Figur I dargestellt ist.
Figur III zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Bilden eines absorbierenden Präkursor-Verbund-Materials.
Figur IV zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Verbinden des abrasiven Präkursors mit dem absorbierenden Präkursor.
Figur V zeigt eine Querschnittsansicht einer vier-schichtigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Allgemein kann angegeben werden, daß der absorbierende, abrasive Verbundvliesstoff der vorliegenden Erfindung durch zuerst Bilden eines mit Öffnungen versehenen, abrasiven Präkursor-Verbund-Materials, das eine abrasive Schicht, die an einer stützenden Trägerschicht verbunden ist, vorbereitet wird. Zweitens wird ein absorbierendes Präkursor-Verbund-Material gebildet, wobei das absorbierende Präkursor-Verbund-Material, das eine absorbierende Schicht umfaßt, an einer stützenden Trägerschicht verbunden ist. Zuletzt werden die zwei Präkursor-Verbund-Materialien derart miteinander verbunden, daß die abrasive Schicht des abrasiven Präkursor-Verbund-Materials eine äußere Oberflächenschicht des absorbierenden, abrasiven Verbundvliesstoffmaterials bildet und die absorbierende Schicht des absorbierenden Präkursor-Verbund-Materials eine innere Schicht des absorbierenden, abrasiven Verbundvliesstoffmaterials bildet.
Unter Bezugnahme nun auf die Figuren, wo sich entsprechende Bezugszeichen auf eine entsprechende Struktur oder einen entsprechenden Verfahrensschritt beziehen, wird die Aufmerksamkeit auf Figur I gerichtet, wo das Verfahren zum Bilden eines mit Öffnungen versehenen, abrasiven Präkursor-Verbund-Materials dargestellt ist. Figur I zeigt, daß eine Schicht 10 aus groben, granulierten bzw. geschroteten, schmelzgeblasenen Fasern 12 auf einer stützenden Trägerschicht 14 niedergeschlagen wird, um das abrasive Präkursor-Verbund-Material 16 zu bilden.
Der Begriff "Granulieren", der hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Masse eines nichtfasrigen Polymers (fest Polymerglobule), die einen Durchmesser von größer als 0,3 Mikrometern besitzen. Ein "granuliertes" Vlies oder eine Schicht ist ein Vlies oder eine Schicht, die ein Granulat enthält.
Genauer gesagt werden Polymerzugabepellets (nicht dargestellt) in einen Extruder 18 eingeführt, in dem das Polymer geschmolzen und zu einem Schmelzblas-Düsenkopf 20 befördert wird. Der Schmelzblas-Düsenkopf 20 ist mit (1) zwei Heißdrucklufteinlässen 22 und 24, einer Vielzahl von Extrusionsöffnungen 26, durch die die Polymerschmelze als ein Strom schmelzgeblasener Fasern 12 extrudiert wird, und (2) konvergierenden bzw. zusammenlaufenden Luftschlitzen 28 und 30 versehen. Typische Schmelzblas-Düsenköpfe 20 können von etwa 10 bis etwa 15 Öffnungen 26 pro Zentimeter Strecke (etwa 40 Öffnungen pro Inch) eines Düsenkopfs 20 enthalten. Zum Beispiel kann der Schmelzblas-Düsenkopf 20 von etwa 10 bis etwa 20 Öffnungen 26 pro Zentimeter Strecke (etwa 20 bis 50 Öffnungen pro Inch) eines Düsenkopfs 20 enthalten. Die Öffnungen 26 können typischerweise im Durchmesser von etwa 0,0040 bis etwa 0,0070 Zentimeter reichen. Zum Beispiel können die Öffnungen 26 einen Durchmesser von etwa 0,0057 Zentimeter haben.
Wenn die Polymerschmelze den Schmelzblas-Düsenkopf 20 verläßt, unterbricht die Wechselwirkung des Extrudats mit heißer Luft von den Luftschlitzen 28 und 30 das Extrudat, um im wesentlichen diskontinuierliche, halbgeschmolzene, schmelzgeblasene Fasern 12 zu bilden, die unmittelbar beginnen, sich zu verfestigen. Allerdings werden bei der vorliegenden Erfindung vor einer Verfestigung der Fasern 12, während sie noch unter einer erhöhten Temperatur und in einem verbindbaren Zustand stehen, die Fasern 12 auf der stützenden Trägerschicht 14 niedergeschlagen, wobei sie zu diesem Zeitpunkt unmittelbar thermisch daran angebunden werden, wenn der Prozeß ihrer Verfestigung abgeschlossen ist. Das sich ergebende, zweischichtige, abrasive Präkursor- Verbund-Material 16 umfaßt (1) eine grobe, mit einem Granulat beladene, abrasive, schmelzgeblasene Schicht 10, die einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von etwa 10 bis etwa 80 Mikrometern und ein Basisgewicht von etwa 40 bis etwa 100 Gramm pro Quadratmeter besitzt, und (2) eine stützende Trägerschicht 14, die einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von etwa 10 bis 30 Mikrometern und ein Basisgewicht von etwa 40 bis etwa 90 Gramm pro Quadratmeter besitzt.
Zum Beispiel kann die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von etwa 20 bis etwa 60 Mikrometern haben. Insbesondere kann die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von etwa 30 bis etwa 50 Mikrometern haben.
Zum Beispiel kann die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 ein Basisgewicht von etwa 60 bis etwa 80 Gramm pro Quadratmeter haben. Insbesondere kann die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 ein Basisgewicht von etwa 60 bis etwa 70 Gramm pro Quadratmeter haben.
Zum Beispiel kann die Stütz- oder Trägerschicht 14, auf der die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 niedergeschlagen wird, einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von etwa 15 bis etwa 25 Mikrometern haben. Insbesondere kann die Stütz- oder Trägerschicht 14, auf die die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 niedergeschlagen wird, einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von etwa 20 bis etwa 25 Mikrometern haben.
Zum Beispiel kann die Stütz- oder Trägerschicht 14, auf der die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 niedergeschlagen wird, ein Basisgewicht von etwa 45 bis etwa 70 Gramm pro Quadratmeter haben. Insbesondere kann die stützende Trägerschicht 14 ein Basisgewicht von etwa 50 bis etwa 55 Gramm pro Quadratmeter haben.
Falls es erwünscht ist, kann das abrasive Präkursor-Verbund-Material 16 dann durch ein Paar Klemmspaltwalzen 32 und 34 kalandriert bzw. geglättet werden.
Danach wird das abrasive Präkursor-Verbund-Material mittels heißen Stiften mit Öffnungen versehen, indem das abrasive Präkursor-Verbund-Material 16 durch den Spalt hindurchgeführt wird, der durch eine beheizte Stiftwalze 36 und eine entsprechende, beheizte, mit Öffnungen versehene Walze 38 gebildet ist, wobei die Öffnungen der mit Öffnungen versehenen Walze 38 den beheizten Stiften der Heißstiftwalze 36 entsprechen. Die Öffnungsbildung mittels heißen Stiften dieser zwei Schichten liefert einen dreidimensionalen Effekt, der die Abrasionsfähigkeit der groben, mit einem Granulat beladenen, schmelzgeblasenen Schicht verbessert.
In erwünschter Weise wird die Öffnungsbildung mittels heißer Stifte unter einer erhöhten Temperatur von ungefähr 100 Grad F (38 Grad Celsius) bis ungefähr 150 Grad F (66 Grad Celsius) ausgeführt. Zum Beispiel kann die Öffnungsbildung mit heißen Stiften unter einer erhöhten Temperatur von etwa 115 Grad F (46 Grad Celsius) bis etwa 125 Grad F (52 Grad Celsius) ausgeführt werden.
Die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 ist typischerweise so orientiert, daß sie an die heiße, mit Öffnungen versehene Walze 38 angrenzt. Allerdings kann die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 in einigen Ausführungsformen so orientiert sein, daß sie an die Walze 36 mit heißen Stiften während des Öffnungsbildungsschritts angrenzend ist.
Typischerweise sollte die Tiefe eines Eindringens der Stifte der Stiftwalze 36 mindestens etwa 0,061 Inch (0,155 Zentimeter) sein. Zum Beispiel kann die Tiefe des Eindringens der Stifte der Stiftwalze 36 von etwa 0,061 Inch (0,155 Zentimeter) bis etwa 0,100 Inch (0,254 Zentimeter) reichen. Insbesondere kann die Tiefe eines Eindringens der Stifte der Stiftwalze 36 von etwa 0,071 Inch (0,180 Zentimeter) bis etwa 0,095 Inch (0,241 Zentimeter) reichen. Noch bevorzugter kann die Tiefe eines Eindringens der Stifte der Stiftwalze 36 von etwa 0,081 Inch (0,206 Zentimeter) bis etwa 0,091 Inch (0,231 Zentimeter) reichen.
Der Druck in dem Spalt, der durch die Stiftwalze 36 und die mit Öffnungen versehene Walze 38 erzeugt wird, kann von etwa 60 bis etwa 110 Pound pro Quadrat-Inch, Maßsystem (psig), variieren. Zum Beispiel kann der Druck in dem Spalt, der durch die Stiftwalze 36 und die mit Öffnungen versehene Walze 38 erzeugt wird, von etwa 70 bis etwa 110 Pound pro Quadrat-Inch, Maßsystem (psig), variieren. Insbesondere kann der Druck in dem Spalt, der durch die Stiftwalze 38 und die mit Öffnungen versehene Walze 38 erzeugt wird, von etwa 90 Pound pro Quadrat-Inch, Maßsystem (psig), bis etwa 110 Pound pro Quadrat-Inch, Maßsystem (psig), variieren. Zum Beispiel kann der Druck in dem Spalt, der durch die Stiftwalze 36 und die mit Öffnungen versehene Walze 38 erzeugt wird, etwa 100 Pound pro Quadrat-Inch, Maßsystem (psig), sein.
Die Stift- 36 und die mit Öffnungen 38 versehene Walze dienen dazu, die Fasern der groben, mit einem Granulat beladenen, schmelzgeblasenen Schicht 10 und die Fasern der stützenden Trägerschicht 14 in eine dreidimensionale, im wesentlichen konische Form in dem Bereich jeder Öffnung zu formen. Eine Anhebung der Temperatur des mittels Stiftöffnungen bildenden Geräts dient dazu, die mit Öffnungen versehene Oberfläche in der dreidimensionalen Form, die gebildet ist, zu stabilisieren, dann die beheizten Stifte durch die grobe, mit einem Granulat beladene Schicht 10 und deren stützende Trägerschicht 14 hindurch in die mit Öffnungen versehene Walze einzudringen. Demgemäß wird der Oberflächenbereich der mit Öffnungen versehenen Schichten erhöht. Zusätzlich stellt eine dreidimensional stabilisierte Struktur ein viel stärker aggressives, abrasives Medium zur Entfernung von grobem, trockenem Schmutz dar, wenn das Material als Teil einer Wischvorrichtung verwendet wird. Weiterhin liefert die drei-dimensionale Struktur Makro-Vertiefungen und Makro-Mulden bzw. Tröge, die dahingehend wirken, Schmutz bzw. Staub zusätzlich zu der Schmutz einfangenden Fähigkeit der Lücken der groben, mit einem Granulat beladenen, schmelzgeblasenen Schicht 10 einzuschließen. Letztendlich kann auch angeführt werden, daß die Öffnungen die Übertragung von Flüssigkeit durch das Endprodukt erleichtern, wenn es dazu verwendet wird, Flüssigkeiten aufzuwischen.
Die Laufgeschwindigkeit des abrasiven Präkursor-Verbund-Materials 16 sollte, wenn eine Öffnungsbildung mittels heißer Stifte stattfindet, auf nicht mehr als etwa 50 Fuß pro Minute (etwa 15 Meter pro Minute) begrenzt werden. Unter größeren Geschwindigkeiten tritt eine Ablösung der zwei Schichten auf, was nahelegt, daß die Stifte einen sich "festfressenden" Effekt auf den abrasiven Präkursor-Verbund 16 haben. Insbesondere kann die Laufgeschwindigkeit des abrasiven Präkursor-Verbunds 16 während der Öffnungsbildung mittels heißer Stifte von etwa 10 bis etwa 50 Fuß pro Minute (3 bis etwa 15 Meter pro Minute) reichen. Noch spezieller kann die Laufgeschwindigkeit des abrasiven Präkursor-Verbunds 16 während der Öffnungsbildung mittels heißer Stifte von etwa 15 bis etwa 30 Fuß pro Minute (4,5 bis etwa 9 Meter pro Minute) reichen. Noch weiter bevorzugt kann die Laufgeschwindigkeit des abrasiven Präkursor-Verbund-Materials 16 während der Öffnungsbildung mittels heißer Stifte von etwa 15 bis etwa 20 Fuß pro Minute (4,5 bis etwa 6 Meter pro Minute) reichen. Nachdem die Öffnungsbildung mittels heißer Stifte vorgenommen ist, wird das mit Öffnungen versehene, abrasive Präkursor- Verbund-Material 16 auf eine Vorratsrolle 40 für eine darauffolgende Verwendung beim Bilden des absorbierenden, abrasiven Verbundvliesstoffes 42 der vorliegenden Erfindung aufgewickelt.
Wie in Figur I dargestellt ist, kann die stützende Trägerschicht 14 von einer Zufuhrrolle 44 geliefert werden und wird einfach unter der erwünschten Menge abgewickelt, oder sie kann auch durch Bildung davon in einer kontinuierlichen Linie auf dem Formgebungsdrahtnetz 46 vor einem Niederschlagen der schmelzgeblasenen Fasern 12, die die schmelzgeblasene Schicht 10 darauf bilden werden, erzeugt werden.
Geeignete Polymer-Zugabematerialien zum Erzeugen der groben, mit einem Granulat beladenen, schmelzgeblasenen Schicht 10 der abrasiven Präkursor-Verbundmaterialschicht 16 umfassen, ohne Einschränkung, thermoplastische Materialien, die aus der Gruppe der Materialien ausgewählt sind, die eines oder mehrere von Polyolefinen, Polyestern, Polyethern, Polyvinylchloriden und Polyamiden umfassen. Copolymere oder Mischungen aus einem oder mehren dieser Materialien können auch wünschenswert sein. Zum Beispiel kann die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 aus Polyethylen, Polypropylen, Polybuthylen oder Ethylenvinylacetat gebildet sein. Insbesondere kann die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 aus einem thermoplastischen Polypropylen-Material gebildet sein. Geeignete, kommerziell erhältliche Materialien umfassen Exxon 3045 und Hercules PORO-FAX Polypropylen-Pellets.
Geeignete Typen von Prozessen, die dazu verwendet werden können, die stützende Schicht 14 des abrasiven Präkursor-Verbundvlieses 16 der vorliegenden Erfindung zu bilden, umfassen Spinn-Verbindungs-Prozesse, verbundene-kardierte Prozesse und Schmelzblas-Prozesse. Jeder dieser Prozesse kann dazu verwendet werden, die Stützschicht 14 zu bilden, und eine breite Vielfalt von Polymeren oder Mischungen oder Verschnitten aus Polymeren können verwendet werden, um die Stützschicht 14 zu bilden. Geeignete polymere Materialien, aus denen die Stützträgerschicht 14 hergestellt werden kann, umfassen, ohne Einschränkung, thermoplastische Materialien, die aus der Gruppe der Materialien ausgewählt sind, die eines oder mehrere von Polyolefinen, Polyestern, Polyethern, Polyvinylchloriden und Polyamiden umfassen. Copolymere oder Mischungen aus einem oder mehreren dieser Materialien können ebenfalls erwünscht sein. Zum Beispiel kann die Stützträgerschicht 14 aus Polyethylen, wie beispielsweise lineares, niedrig-dichtes Polyethylen, Polypropylen, Polybuthylen oder Ethylenvinylacetat, gebildet werden. Insbesondere kann die Stützträgerschicht 14 aus einem thermoplastischen Polypropylen-Material gebildet sein. Ein wünschenswertes Material ist ein thermoplastisches Polypropylen-Material, das ein durchschnittliches Molekulargewicht größer als 200.000 besitzt. Dieses thermoplastische Material ist aufgrund dessen Verfügbarkeit, seiner einfachen Verspinnbarkeit und seinen abrasiven Eigenschaften erwünscht. Geeignete, kommerziell verfügbare Materialien umfassen Exxon 3045 und Hercules PRO-FAX Polypropylen-Pellets.
Natürlich können andere Fasern und/oder Teilchen, wie zum Beispiel Zellulosefasern, Holzzellstoff-Fasern, aktivierte Holzkohle- und Hydrogel-Materialien, wie beispielsweise super-absorbierende Hydrogel-Materialien, falls es erwünscht ist, innerhalb entweder der Schichten 10 oder 14 aus einer Vielzahl unterschiedlicher Gründen eingeschlossen werden. Zum Beispiel kann aktivierte Holzkohle in der Stützschicht als eine Hilfe beim Entfernen von Gerüchen eingesetzt werden, die während der Verwendung der vorliegenden Erfindung entstehen könnten.
Es ist erwünscht, daß die Stützträgerschicht 14 einen Erweichungspunkt besitzt, der ausreichend niedriger als die Temperatur zur Bildung der schmelzgeblasenen Fasern 12 ist, und daß die schmelzgeblasenen Fasern 12 aus einem Material gebildet sein können, das mit Materialien mischbar ist, aus denen das Stützträgermaterial 14 gebildet ist. Diese Beziehung stellt sicher, daß eine thermische Bindung zwischen den Fasern der zwei Schichten auftritt, wenn die Fasern 12 der schmelzgeblasenen Schicht 10 auf der Stützträgerschicht 14 niedergeschlagen werden.
Figur II stellt in einem schematischen Querschnitt die Konfiguration des schmelzblasenden Düsenkopfs dar, der in Figur I gezeigt ist. Der schmelzblasende Düsenkopf 20 umfaßt einen Polymerschmelzzufuhrdurchgangsweg 48, der in der Größe um etwa 0,0057 Zentimeter an der Öffnung 26 abgestuft verkleinert ist. In Abhängigkeit von den Verfahrensbedingungen können die Öffnungen 26 eine ausgenommene, nach außen erweiterte, tangentiale Konfiguration in Bezug auf die Düsenspitze 50 des Düsenkopfs 20 haben. Während die ausgenommene Konfiguration in Figur II dargestellt ist, kann unter einigen Prozeßbedingungen eine "nach außen erweiterte" Konfiguration wünschenswerter sein. Die Extrusionstemperatur des Polymermaterials, das die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 bilden wird, wird etwas mit dem thermoplastischen, polymeren Material, das verwendet wird, variieren. Wenn thermoplastisches Polypropylen verwendet wird, kann die Temperatur einer Extrusion von etwa 228 Grad Celsius (443 Grad F) bis etwa 315 Grad Celsius (600 Grad F) variieren. Der schmelzblasende Düsenkopf 20 ist auch mit Heißluftschlitzen 28 und 30 versehen, die so konvergieren, um eine Schlitzöffnung 52 zu bilden und die Breite des schmelzblasenden Düsenkopfs 20 zu erweitern. Im Betrieb wird heiße Luft zu den Heißlufteinlässen 22 und 24 zugeführt, die mit den Heißluftschlitzen 28 und 30 in Verbindung stehen. Wenn die heiße Luft die Schlitzöffnung 52 verläßt, wird eine nach unten gerichtete Heißluftströmung gebildet, die das Polymerextrudat zerbricht, wenn es die Öffnungen 26 des schmelzblasenden Düsenkopfs 20 verläßt. Die Heißluftströmung dient dazu, die extrudierten Fasern 12 herauszuziehen und zu verfeinern, und die Strömungsrate kann dazu verwendet werden, den sich ergebenden Faserdurchmesser und, bis zu einem bestimmten Grad, die Abrasionsfähigkeit der sich ergebenden, schmelzgeblasenen Schicht 10 zu kontrollieren. Diese Ausführungen können aus der Tatsache hergeleitet angesehen werden, daß, falls alles andere ansonsten allgemein dasselbe ist, je größer der Faserdurchmesser der schmelzgeblasenen Faser 12 ist, desto größer der Abrasionswiderstand der schmelzgeblasenen Schicht 10 sein wird. In dieser Hinsicht ist es bekannt, allgemein gesagt, daß niedrigere Heißluftströmungsraten dickere, abrasiv widerstandsfähigere Fasern liefern und höhere Strömungsraten dünnere, weniger abrasiv widerstandsfähige Fasern erzeugen.
Die sich ergebenden, schmelzgeblasenen Fasern 12 werden nach unten auf die Stützträgerschicht 14 geblasen, die auf dem Formbildungsdrahtnetz 46 nebeneinandergelegt werden. Wie zuvor ausgeführt worden ist, ist es wichtig, daß die schmelzgeblasenen Fasern 12 auf der Stützträgerschicht 14 niedergeschlagen werden, bevor die Fasern 12 ausreichend Zeit haben, sich zu verfestigen. Demzufolge werden die schmelzgeblasenen Fasern 12 auf der Stützträgerschicht 14 niedergeschlagen, während sie sich in einem halbgeschmolzenen Zustand befinden. Diese Wirkung begünstigt nicht nur die Bildung eines Eintrags, sondern ermöglicht auch, daß die schmelzgeblasenen Fasern 12 innig thermisch an der Stützträgerschicht 14 angebunden werden. Um eine adäquate Granulatbildung und einen zufriedenstellenden Niederschlag der schmelzgeblasenen Fasern 12 zu erzielen, während sie sich noch in einem halbgeschmolzenen Zustand befinden, sollte eine Anzahl Parameter geeignet ausgewogen sein. Zum Beispiel sollte die Polymerströmungsrate und die Heißluftströmungsrate geeignet eingestellt werden. In ähnlicher Weise sollte der Durchmesser der Schlitzöffnung 52 und der Abstand zwischen der Düsenspitze 50 und der Stützträgerschicht 14 eingestellt sein. Diese Einstellungen sind für den Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt. In der Vergangenheit sind diese Bedingungen gelegentlich unbeabsichtigt während kommerzieller Schmelzblas-Faservorgänge aufgetreten, die schmelzgeblasene Vliese bzw. Gewebe mit einem feinen Denier herstellten. Das sich ergebende Material wurde von den Fachleuten auf dem Fachgebiet als "granuliertes" ("shotty") oder "granulat-beladenes" ("shot- laden") Material bezeichnet und wurde typischerweise als nicht zufriedenstellendes Abfallmaterial ausgesondert. Allerdings verbessert eine konsistente Bildung einer halbgeschmolzenen, granulat-beladenen, schmelzgeblasenen Schicht 10 auf der Trägerschicht 14 stark die abrasiven Charakteristika der schmelzgeblasenen Schicht 10 der vorliegenden Erfindung und demzufolge sind solche Prozeßbedingungen zum Zwecke einer Bildung der abrasiven, schmelzgeblasenen Schicht 10 des abrasiven Präkursor-Verbundvlieses 42 der vorliegenden Erfindung erwünscht.
Es ist herausgefunden worden, daß die abrasive, schmelzgeblasene Schicht 10 der vorliegenden Erfindung direkt auf der Stützträgerschicht 14 durch das vorstehend angegebene Gerät mittels des Verfahrens und unter Verwendung eines Polypropylenpolymers gebildet werden kann, das eine Schmelzflußrate, wenn es gemäß der ASTM D 1238, Bedingung L (230 Grad C), gemessen wird, von etwa 25 bis 1.000 Dezigramm pro Minute besitzt. Diese Materialien werden durch die Öffnungen 26 der Düsenspitze 50 bei einer Temperatur von etwa 225 Grad Celsius (403 Grad F) bis etwa 280 Celsius (536 Grad F) und unter einer Rate von etwa 0,25 bis etwa 0,71 Kilogramm pro Zentimeter der Breite der Düsenspitze 50 pro Stunde extrudiert. Zusätzlich wird heiße Luft, die eine Temperatur von etwa 200 bis 300 Grad Celsius (392 bis etwa 572 Grad F) besitzt, durch den schmelzblasenden Düsenkopf 20 unter einem Druck von etwa 0,25 bis 1 Pound pro Quadrat-Inch und einer Strömungsrate von etwa 50 bis etwa 125 Standard-Kubik-Fuß pro Minute hindurchgeführt. Weiterhin wird die Spitze 50 des schmelzblasenden Düsenkopfs 20 unter einem Abstand von etwa 25 bis etwa 35 Zentimetern (10 bis etwa 14 Inch) von der Stützträgerschicht 14 gehalten. Diese Bedingungen führen zu dem Niederschlagen halbgeschmolzener Polypropylenfasern 12, die einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von etwa 40 bis etwa 70 Mikrometern (Mikron) besitzen. Dieser durchschnittliche Faserdurchmesser ist wesentlich größer als herkömmliche, nicht elastische, schmelzgeblasene Fasern, die typischerweise einen Faserdurchmesser geringer als etwa 10 Mikrometer besitzen.
Experimente haben demonstriert, daß ein Polypropylen-Material mit einer Schmelzströmungsrate von etwa 35 Dezigramm pro Minute, wenn sie gemäß ASTM D 1238, Bedingung L (230 Grad C), gemessen wird, höchst wünschenswerte Ergebnisse liefert, wenn es bei einer Temperatur von etwa 279 Grad Celsius (535 Grad F) extrudiert wird und einer primären Luft, die auf eine Temperatur von etwa 290 Grad Celsius (545 Grad F) aufgeheizt ist und unter einem Druck von 0,06 Pound pro Quadrat-Inch und unter einer Rate von etwa 95 Standard-Kubik-Fuß pro Minute zugeführt wird, unterworfen wird. Die resultierenden Fasern besitzen einen durchschnittlichen (der Durchschnitt von 30 Messungen) Faserdurchmesser von etwa 46 Mikron mit einer Standardabweichung von etwa 23 Mikron. Der Bereich der Faserdurchmesser, die beobachtet wurden, reichte von etwa 15 Mikron bis etwa 100 Mikron. Der Bildungsabstand zwischen der Düsenspitze und dem formenden Drahtnetz 46 betrug etwa 31 Zentimeter (etwa 12 Inch).
Andere Polypropylen-Materialien sind getestet worden. Zum Beispiel lieferte Polypropylen-Material mit einer Schmelzströmungsrate von etwa 90 Dezigramm pro Minute, wenn es gemäß ASTM D 1238, Bedingung L (230 Grad C), gemessen wurde, wenn es bei einer Temperatur von etwa 248 Grad Celsius (478 Grad F) extrudiert und einer primären Luft unterworfen wurde, die auf eine Temperatur von 280 Grad Celsius (535 Grad F) aufgeheizt war und die bei einem Druck von etwa 1,0 Pound pro Quadrat-Inch und unter einer Rate von 100 Standard-Kubik-Fuß pro Minute beaufschlagt wurde, Fasern, die einen durchschnittlichen (Durchschnitt von 30 Messungen) Faserdurchmesser von etwa 68 Mikron mit einer Standardabweichung von etwa 39 Mikron besaßen. Der Bereich der Faserdurchmesser, die beobachtet wurden, reichte von etwa 10 Mikron bis etwa 150 Mikron. Der Bildungsabstand zwischen der Düsenspitze und dem formenden Drahtnetz 46 betrug etwa 31 Zentimeter (etwa 12 Inch).
Zusätzlich besaß Polypropylen-Material mit einer Schmelzströmungsrate von etwa 800 Dezigramm pro Minute, wenn es gemäß ASTM D 1238, Bedingung L (230 Grad C), gemessen wurde, wenn es bei einer Temperatur von etwa 228 Grad Celsius (443 Grad F) extrudiert und einer primären Luft unterworfen wurde, die auf einer Temperatur von etwa 195 Grad Celsius (385 Grad F) aufgeheizt war und bei einem Druck von etwa 0,3 Pound pro Quadrat-Inch und unter einer Rate von etwa 75 Standard-Kubik-Fuß pro Minute beaufschlagt wurde, Fasern, die einen durchschnittlichen (Durchschnitt von 33 Messungen) Faserdurchmesser von etwa 62 Mikron mit einer Standardabweichung von etwa 37 Mikron besaßen. Der Bereich der Faserdurchmesser, die beobachtet wurden, reichte von etwa 25 Mikron bis etwa 200 Mikron. Der Bildungsabstand zwischen der Düsenspitze und dem formenden Drahtnetz 46 betrug etwa 31 Zentimeter (etwa 12 Inch).
In einigen Ausführungsformen kann es erwünscht sein, den abrasiven Präkursor-Verbund 16 mit benetzenden Mitteln, wie zum Beispiel grenzflächenaktiven Stoffen, zu behandeln. Beispielhafte Materialien dieses Typs können unter den Handelsbezeichnungen Gemtex Sm-33 (ein nichtionischer, grenzflächenaktiver Stoff), Triton X-102 (ein nichtionischer, grenzflächenaktiver Stoff) und Aerosol OT (ein anionischer, grenzflächenaktiver Stoff) bezogen werden.
Es wird nun Bezug auf Figur III genommen, wo das Verfahren zum Bilden eines absorbierenden Präkursor-Verbund-Materials dargestellt ist. Figur III zeigt, daß eine Schicht 54 aus herkömmlichen, schmelzgeblasenen Fasern 56 mit feinem Denier, die auf einer Stützträgerschicht 58 niedergeschlagen wird, um das absorbierende Präkursor-Verbund-Material 60 zu bilden. Das sich ergebende, zweischichtige, absorbierende Präkursor-Verbund-Material 60 umfaßt (1) eine absorbierende, schmelzgeblasene Schicht 54 aus schmelzgeblasenen Fasern 56 mit feinem Denier, die ein Basisgewicht von etwa 150 bis etwa 200 Gramm pro Quadratmeter besitzt, und (2) eine Stützträgerschicht 58, die ein Basisgewicht von etwa 10 bis etwa 30 Gramm pro Quadratmeter besitzt.
Zum Beispiel kann die absorbierende, schmelzgeblasene Schicht 54 ein Basisgewicht von etwa 160 bis etwa 190 Gramm pro Quadratmeter besitzen. Insbesondere kann die absorbierende, schmelzgeblasene Schicht 54 ein Basisgewicht von etwa 170 bis etwa 180 Gramm pro Quadratmeter besitzen.
Zum Beispiel kann die Stützträgerschicht 58, auf die die absorbierende, schmelzgeblasene Schicht 54 niedergeschlagen wird, ein Basisgewicht von etwa 10 bis etwa 20 Gramm pro Quadratmeter besitzen. Zum Beispiel kann die Stützträgerschicht 58 ein Basisgewicht von etwa 12 bis etwa 18 Gramm pro Quadratmeter haben.
Typischerweise reicht der durchschnittliche Faserdurchmesser der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht 54 von etwa 1 bis 10 Mikron. Zum Beispiel kann der durchschnittliche Faserdurchmesser der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht 54 von etwa 2 bis etwa 5 Mikron reichen. Insbesondere kann der durchschnittliche Faserdurchmesser der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht 54 von etwa 3 bis etwa 5 Mikron reichen.
Typischerweise reicht der durchschnittliche Faserdurchmesser der im Schmelzspinnverfahren hergestellten Schicht 58 benachbart der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht von etwa 10 bis etwa 30 Mikron. Zum Beispiel kann der durchschnittliche Faserdurchmesser der im Schmelzspinnverfahren hergestellten Schicht 58 benachbart der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht von etwa 15 bis etwa 25 Mikron reichen. Insbesondere kann der durchschnittliche Faserdurchmesser der im Schmelzspinnverfahren hergestellten Schicht 58 benachbart der feinen, absorbierenden, schmelzgeblasenen Oberflächenschicht von etwa 20 bis etwa 25 Mikron reichen.
Die Materialien, die vorstehend dahingehend angeführt sind, daß sie zufriedenstellend sind, um die schmelzgeblasene Abrasionsschicht 10 und die Stützträgerschicht 14 zu bilden, sind in gleicher Weise allgemein zur Verwendung bei der Bildung der absobierenden, schmelzgeblasenen Schicht 54 und der Stützträgerschicht 58 zufriedenstellend.
Wie in dem Fall der Stützträgerschicht 14 kann die Stützträgerschicht 60 durch die Verwendung einer breiten Vielfalt von Prozessen gebildet werden. Zum Beispiel kann die Stützträgerschicht 58 durch spinn-verbindende Prozesse, gebundene-kardierte Gewebe bzw. Vlies-Prozesse und schmelzblasende Prozesse gebildet werden.
In einigen Ausführungsformen kann es erwünscht sein, die absorbierende, schmelzgeblasene Schicht 54 mit herkömmlichen Materialien zu behandeln, die deren Fähigkeit erhöhen, Flüssigkeiten zu absorbieren. Die Materialien können die absorbierende Fähigkeit der Schicht durch entweder Erhöhen der Menge an Flüssigkeit, die die Schicht 54 absorbieren kann, oder durch Erhöhen der Absorptionsrate von Flüssigkeiten durch die Schicht 54 erhöhen. Beispielhafte Materialien dieses Typs umfassen, ohne eine Einschränkung darzustellen, Gemtex Sm-33 (ein nichtionisches, grenzflächenaktiver Stoff), Triton X-102 (ein nichtionischer, grenzflächenaktiver Stoff) und Aerosol OT (ein anionischer, grenzflächenaktiver Stoff).
Figur IV zeigt eine schematische Darstellung des Prozesses, durch den die zwei Zwischen- bzw. Präkursor-Materialien 16 und 60 miteinander verbunden werden, um das absorbierende, abrasive Verbund-Vliesmaterial 42 der vorliegenden Erfindung zu bilden. Figur IV stellt dar, daß die zwei Präkursor-Gewebe 16 und 60 ungewickelt und übereinandergelegt in einer sich überlegenden, nebeneinandergelegten Konfiguration derart vorhanden sind, daß die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Schicht 10 des abrasiven Präkursor-Vlieses 16 eine äußere Oberfläche mit feinem Denier bildet, wobei die absorbierende, schmelzgeblasene Schicht 54 des absorbierenden Präkursor-Vlieses 60 am nächsten zu der Stützträgerschicht 14 der groben, mit einem Granulat beladenen, abrasiven, schmelzgeblasenen Schicht 10 des abrasiven Präkursor-Vlieses 16 plaziert wird.
Wenn die zwei Präkursor-Vliese 16 und 60 so positioniert worden sind, werden sie durch eine Station 62 hindurchgeführt, wo sie miteinander in einer herkömmlichen Art und Weise verbunden werden. Die Station 62 umfaßt allgemein zwei Paare Klemmspaltwalzen 64/66 und 69/70, die dazu dienen, die Ausrichtungen der Präkursor-Materialien 16 und 60 und eine verbindende Anordnung 72 beizubehalten. Eine Vielfalt unterschiedlicher Verfahren zum Verbinden der zwei Präkursor-Vliese 16 und 60 miteinander können verwendet werden. Zum Beispiel können die zwei Präkursor-Vliese 16 und 60 miteinander durch eine Klebemittelbeaufschlagung oder ein thermisches Binden verbunden werden. Ein wünschenswertes Verfahren zum Verbinden der zwei Präkursor-Vliese 16 und 60 zusammen ist ein Ultraschallverbinden bzw. -bonden. Ein Ultraschallverbinden kann unter der Verwendung einer Calemard-Ultraschallbondeinrichtung durchgeführt werden. In dieser Maschine beträgt die Arbeitsbreite zum Bonden etwa 1,6 Meter. Die Arbeitsbreite wird durch sieben Ultraschweißvorrichtungen (Typ HS 20 1200 W) mit einem Titan-Booster bzw. -Verstärker und einem Wellenleiter von neun Inch, der mit Titan beschichtet ist, abgedeckt. Die Schwingungsfrequenz beträgt etwa 20 Kilohertz und die Bondköpfe können unabhängig und zusammen angehoben und erniedrigt werden. Betriebsgeschwindigkeiten können in dem Bereich von etwa 5 bis über 20 Meter pro Minute liegen.
In einigen Ausführungsformen kann es erwünscht sein, eine breite Vielfalt Materialien zwischen den Präkursor-Materialien 16 und 60 einzusetzen oder aufzubringen, bevor sie miteinander an der Station 62 verbunden werden. Demzufolge sieht die vorliegende Erfindung Ausführungsformen vor, die mehr als vier Schichten umfassen, wie dies im Detail in dieser Anmeldung beschrieben ist.
Figur V zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform mit vier Schichten der vorliegenden Erfindung, die in Bezug auf die Figuren I-IV besprochen worden ist.
Der Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird leicht erkennen, daß eine breite Vielfalt von Variationen der Ausführungsformen, die vorstehend diskutiert sind, vorgenommen werden kann. Zum Beispiel können zusätzliche Schichten, die andere Funktionen erfüllen, zwischen den zwei Präkursor-Schichten zwischengefügt werden und alle Schichten können an der Verbindungsstation 62 miteinander verbunden werden. Zusätzlich können andere Schichten angrenzend an die Stützträgerschicht 58 der absorbierenden, schmelzgeblasenen Schicht 54 mit feinem Denier des absorbierenden Präkursors 60 nebeneinandergelegt werden. Solche Schichten können gerade die Form beispielsweise einer Filmschicht annehmen, die verhindert, daß die Hand des Benutzers naß wird, wenn das Endprodukt zum Wischen verwendet wird.
In einigen weiteren Ausführungsformen kann es erwünscht sein, mit der Stützträgerschicht 58 die absorbierende, schmelzgeblasene Schicht 54 mit feinem Denier zusammen zu verteilen. In einer solchen Situation kann die absorbierende, schmelzgeblasene Schicht 54 mit feinem Denier, falls dies erwünscht ist, direkt auf der Oberfläche der Stützträgerschicht 14 für die abrasive, schmelzgeblasene Schicht 10 gebildet werden. Eine solche Anordnung würde zu einer drei-schichtigen Ausführungsform führen.
In allen Produktformen dieser Erfindung kann es vorteilhaft sein, verschiedene Schichten mit verschiedenen Additiven, wie beispielsweise Waschmitteln, grenzflächenaktiven Stoffen, Reinigungsmitteln, Bleichmitteln, Parfümen, Desinfektions- bzw. Ungeziefermitteln, Germiziden, Viruziden und absorbierenden Teilchen, wie zum Beispiel Holzpulpe- Fasern und/oder Hydrogel-Teilchen, die gewöhnlich als super-absorbierende, aus Partikeln bestehende Stoffe bezeichnet werden, zu imprägnieren.
Das Material der vorliegenden Erfindung kann in einer breiten Vielfalt von Umgebungen verwendet werden. Typischerweise wird der Wischer oder Lappen für eine begrenzte Zeitdauer verwendet, entsorgt und durch einen anderen Wischer oder einen Lappen ersetzt.

Claims

1. Verbundvliesstoff (42), der eine Oberflächenschicht (10) aus einer groben, mit einem Granulat beladenen, schmelzgeblasene Schicht, die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, eine erste Stützträgerschicht (14) unmittelbar benachbart der Oberflächenschicht (10) und die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, und eine zweite Stützschicht (58), die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine absorbierende, schmelzgeblasene Schicht (54), die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, als eine Innenschicht des Vliesstoffes (42) unmittelbar benachbart der zweiten Stützschicht (58) angeordnet ist und daß die grobe, mit einem Granulat beladene, schmelzgeblasene Oberflächenschicht (10) um die erste Stützträgerschicht (14) in einer dreidimensionalen Matrix aus im wesentlichen konischen Vorsprüngen gebildet ist, die sich zu einer Öffnung verjüngen, die sich durch die zwei Schichten (10, 14) erstreckt.

2. Verbundvliesstoff (42) nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der Stützträgerschicht(en) aus einem oder mehreren Materialien der Gruppe Polyolefinen, Polyester, Polyether, Polyvinylchloride oder Polyamide, oder aus Mischungen oder Copolymeren davon, gebildet ist (sind).

3. Verbundvliesstoff (42) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eine der Stützträgerschichten (14, 58) eine im Schmelzspinnverfahren hergestellte Schicht, eine gebundene-kardierte Schicht oder eine schmelzgeblasene Schicht ist.

4. Verbundvliesstoff (42) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei mindestens eine der schmelzgeblasenen Schicht(en) (10, 54) aus einem oder mehreren Materialien der Gruppe Polyolefine, Polyester, Polyether, Polyvinylchloride, Polyamide, oder aus Mischungen oder Copolymeren davon, gebildet ist (sind).

5. Verbundvliesstoff (42) nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei der durchschnittliche Faserdurchmesser der groben, mit Granulat beladenen Schicht (10) von etwa 10 bis etwa 80 Mikron, vorzugsweise von etwa 20 bis etwa 60 Mikron, noch bevorzugter von etwa 30 bis etwa 50 Mikron reicht.

6. Verbundvliesstoff (42) nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei das Basisgewicht der groben, mit Granulat beladenen, schmelzgeblasenen Schicht (10) von etwa 40 bis 100 Gramm pro Quadratmeter (g/m²), vorzugsweise von etwa 60 bis etwa 80 g/m² und noch bevorzugter von etwa 60 bis etwa 70 g/m² reicht.

7. Verbundvliesstoff (42) nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei das Basisgewicht der ersten Stützträgerschicht (14) von etwa 40 bis etwa 90 Gramm pro Quadratmeter (g/m²), vorzugsweise von etwa 45 bis 70 g/m², noch bevorzugter von etwa 50 bis etwa 55 g/m², reicht.

8. Verbundvliesstoff (42) nach einem der Ansprüche 1 - 7, wobei das Basisgewicht der inneren, absorbierenden Schicht (54) von etwa 150 bis 200 Gramm pro Quadratmeter (g/m²), vorzugsweise von etwa 160 bis 180 g/m², noch bevorzugter von etwa 170 bis etwa 180 g/m², reicht.

9. Verbundvliesstoff (42) nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei das Basisgewicht der zweiten Stützträgerschicht (58) von etwa 10 bis etwa 30 Gramm pro Quadratmeter (gm²), vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 20 gm², noch bevorzugter von etwa 12 bis etwa 18 gm², reicht.

10. Verfahren zum Herstellen eines Verbundvliesstoffes (42), das die Schritte eines Schmelzblasens einer groben, mit einem Granulat beladenen Schicht (10), die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, auf einer ersten Stützträgerschicht (14), die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, um ein abrasives Präkursor-Verbund-Material (16) zu bilden, und einer Heißstift-Durchlöcherung des abrasiven Präkursor-Verbund-Materials (16), um den abrasiven Präkursor-Verbund (16) zu einer Vielzahl von im wesentlichen konischen Vorsprüngen zu bilden, wobei sich jeder davon zu einer Öffnung verjüngt, aufweist, gekennzeichnet durch Schmelzblasen einer absorbierenden Schicht (54), die aus einem thermoplastischen Material auf einer zweiten Stützträgerschicht (58) gebildet ist, die aus einem thermoplastischen Material gebildet ist, um ein absorbierendes Präkursor-Verbund-Material (60) zu bilden, und durch Verbinden aller Schichten (10, 14, 54, 58) des Verbundvliesstoffes (42) durch Ultraschallbonden zusammen, so daß die abrasive, schmelzgeblasene Schicht (10) eine Oberflächenschicht des Verbundvliesstoffes (42) und die absorbierende Schicht (54) eine innere Schicht des Verbundvliesstoffes (42) bildet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Heißstift-Durchlöcherung bei einer Temperatur von etwa 38 Grad C (100 Grad F) bis etwa 66 Grad C (150 Grad F), vorzugsweise von etwa 46 Grad C (115 Grad F) bis etwa 52 Grad C (125 Grad F), durchgeführt wird.