DE69631359T2

DE69631359T2 - Kardierbare hydrophobische Stapelfaser mit internem Weichmacher und Verfahren zu ihrer Herstellung und zu ihrer Verwendung

Info

Publication number: DE69631359T2
Application number: DE69631359T
Authority: DE
Inventors: Rakesh Kumar Conyers Gupta; James H. Stone Mountain Harrington
Original assignee: Fibervisions Lp Wilmington; FiberVisions Inc
Current assignee: Fibervisions Lp Wilmington; FiberVisions Inc
Priority date: 1995-08-08
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2016-08-07
Also published as: DK0761846T3; MX9603248A; EP0761846B1; DE69631359D1; EP0761846A3; JPH09170112A; EP0761846A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft hydrophobe Polyolefinfasern, deren Herstellung und daraus hergestellte Non-woven-Textilien.
2. Stand der Technik
Synthetische Polymerfasern haben einen weiten Anwendungsbereich von Textilien für Bekleidung bis zu Reifenverstärkungen gefunden. Die jeweilige Anwendung der Faser schreibt die erforderlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften vor. Synthetische Fasern sind besonders nützlich in Absorberprodukten, insbesondere Umschlagtextilien für Windeln und andere Inkontinenz- und Hygieneprodukte, wie beispielsweise Damenbinden, Tampons, Unterwäsche und dergleichen. Polyolefin- und andere Fasern, die in Umschlagmaterialien und ähnlichen Textilien verwendet werden, die den Durchfluss von Flüssigkeit erlauben, sind hydrophob. Zur Erleichterung des Durchflusses von Flüssigkeit weisen sie im allgemeinen eine hydrophile Appretur auf, so dass die Flüssigkeit mit ausreichend hoher Geschwindigkeit fliesst. Die anliegenden Bereiche solcher Produkte, wie beispielsweise Beinbündchen, Bauchbund und medizinische Barrieren, werden ferner zur Führung des Flüssigkeitsflusses in Form von Barrieren anstelle von Kanälen verwendet. Dementsprechend ist es für bestimmte, in diesen anliegenden Bereichen verwendete Fasern wünschenswert, dass sie nicht nur hydrophob sind, sondern auch eine Faser/Appretur-Oberfläche aufweisen, die hydrophob ist.
Zur Erzielung der gewünschten Hydrophobizität werden üblicherweise flüssige Silicone unter Verwendung von Vorrichtungen, wie beispielsweise einem Sprüher oder einer Walze, auf die Faseroberfläche aufgebracht. Siliconflüssigkeiten werden auch üblicherweise als Oberflächengleitmittel aufgebracht; daher liefert die Anwendung dieser Flüssigkeiten auf die Oberfläche der Faser eine geschmierte hydrophobe Faser. Wenn Siliconflüssigkeiten als hydrophobe Appretur verwendet werden, so müssen sie zuerst in einem Lösungsmittel verdünnt werden, das ihre Anwendung auf der Faseroberfläche in gesteuerte Weise ermöglicht. In den meisten Fällen werden auf herkömmlichen hydrophoben Polypropylenfasern verwendete Siliconflüssigkeiten unter Zuhilfenahme von Benetzungsmitteln in einer wässrigen Lösung emulgiert. Ein Problem, das mit der Verwendung emulgierter Silicone einhergeht, ist die Verringerung der auf der Faseroberfläche durch das Silicon vermittelten Hydrophobizität aufgrund der Anwesenheit der in der Emulsion verwendeten Benetzungsmittel. Ein weiteres Problem bei der Verwendung topisch aufgebrachter Siliconflüssigkeiten ist, dass ein bestimmtes Mass an notwendiger Reibung durch die Schlüpfrigkeit der Siliconflüssigkeit verloren geht. Bestimmte typische Faserverarbeitungsschritte, wie beispielsweise Kräuseln und Kardieren, benötigen ein Mindestmass an Reibung zwischen Faser und Teilen der Verarbeitungsausrüstung, damit die Vorrichtung die Faser manipulieren kann. Das topisch aufgebrachte Silicongleitmittel stört die für diese Massnahmen erforderlichen Reibungseigenschaften. Zur Kompensierung der verringerten Reibung müssen solche Vorgänge mit einer geringeren Maschinengeschwindigkeit durchgeführt werden, und folglich muss das gesamte Verfahren zur Kompensation verlangsamt werden.
Ein weiteres auftretendes Problem bei der Verwendung aufgebrachter (hydrophober) Silicongleitmittel, das aus der Veränderung der Oberflächeneigenschaften der Faser resultiert, ist, dass selbst dann, wenn eine Faser zu Stapelfasern verarbeitet und zu einem Netz gekräuselt und kardiert werden kann, das Silicongleitmittel die Intaktheit des Netzes beeinträchtigt und es den kardierten Stapelfasern ermöglicht, aneinander vorbeizugleiten, so dass das Netz während der Verarbeitung auseinandergezogen wird. Zur Kompensation muss wiederum die Verarbeitungsgeschwindigkeit verringert werden.
Noch ein weiteres Problem tritt auf, wenn Antistatikappreturen verwendet werden, die typischerweise von hydrophiler Natur sind. Diese Appreturen werden häufig zur Erleichterung der Handhabung der Faser während der Verarbeitung aufgebracht. Sie können jedoch die Effektivität einer beliebigen Gleitmittelappretur auf der Faser verringern, wodurch eine erneute Aufbringung des Gleitmittels erforderlich wird.
Es gibt ein Gleichgewicht zwischen der Schmierung der Faser für ihren Transport über und durch die Verarbeitungsausrüstung und der notwendigen Reibung, damit diese Ausrüstung die Faser erfassen und verändern kann. Typischerweise werden Siliconflüssigkeiten zur Verringerung der Reibung in geringen Mengen (< 0,3 Gew.-%) auf die Faseroberflächen aufgebracht. Die Steuerung so geringer Mengen an topisch zugeführtem Silicon zur Erzielung einer gleichförmigen Anwendung auf der Faseroberfläche ist sehr schwierig. Ferner kann eine ernsthafte Verringerung der Faserreibung (durch Überanwendung des Silicons) zu verschiedenen Verarbeitungsproblemen führen, einschliesslich der Verringerung der Maschinengeschwindigkeit. Wenn andererseits zuerst eine hydrophile Spinnappretur zur Vermeidung der Probleme bei der Verwendung geringer Mengen Silicon auf die Faser aufgebracht wird, bleibt die resultierende Faser selbst in Kombination mit einem Silicongleitmittel hydrophil.
Beispiele für neuere Fasern mit einem darauf befindlichen Gleitmittel werden von Schmalz in US 4 938 832 und EP-A2-0 486 158 (entspricht US-Patentanmeldung Nr. 914 213, eingereicht am 15. Juli 1992) beschrieben, worin die gesponnene Faser mit Appreturen behandelt wird, die neutralisierte Phosphorsäureester und Polysiloxanverbindungen umfassen.
Johnson und Theyson beschrieben in US 5 403 426 und EP-A2-0 516 412 eine kardierbare hydrophobe polyolefinhaltige Faser, die mit Appreturzusammensetzungen hergestellt wurden, die neutralisierte Phosphorsäureester und Gleitmittel, wie beispielsweise Ester, Polyester, Glykole, gedeckelte Glykole, alkoxylierte Produkte (wie beispielsweise Polyoxyethylen oder Polyoxypropylen) und damit hergestellte hochpolare oder ionische Strukturen (wie beispielsweise Methylethylammoniummethylsulfat) und andere darin beschriebene Verbindungen einschliessen. Gegebenenfalls wird eine solche Appretur in Verbindung mit einer Überappretur, die eine neutralisierte Phosphorsäure und gegebenenfalls ein Polysiloxan umfasst, verwendet.
Harrington beschreibt in EP-A1-0 557 024 und der US-Patentanmeldung Ser. Nr. 08/016 346 (eingereicht am 11.2.1993, Fortsetzung von 07/835 895, eingereicht am 14.2.1992) Polyolefinfasern und daraus hergestellte Non-woven-Produkte, worin die Fasern in ihrer Oberfläche eine Antistatikzusammensetzung einschliessen, die mindestens ein neutralisiertes C_3-12-Alkyl- oder Alkenylphosphat, Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalz und einen Löslichmacher, wie beispielsweise Glykole, Polyglykole, Glykolether und neutralisierte Phosphorsäureestersalze der allgemeinen Formel (MO)_x-(PO)-(O(R₁)_nR)_y, worin M ein Alkali- oder Erdalkalimetall oder Wasserstoff ist, R ist C_16-22-Alkyl oder -Alkenyl, R₁ ist Ethylenoxid oder Propylenoxid, und n ist 1–10, x ist 1–2, y ist 2–1 und x + y = 3 umfasst. Die Appretur kann ferner ein Gleitmittel, wie beispielsweise Mineralöle, Paraffinwachse, Polyglykole und Silicone, enthalten.
Nohr und MacDonald beschreiben in US 4 923 914 eine faser- oder filmbildende Polyolefinzusammensetzung mit einem bestimmten Polysiloxanadditiv; diese Additive sind im allgemeinen hydrophil. Das Additiv ist mit dem Polyolefin bei Schmelzextrusionstemperaturen kompatibel, aber bei niedrigeren Temperaturen inkompatibel, und umfasst zwei Einheiten, die in dem gleichen Additiv oder in getrennten Additiven bereitgestellt sind; sind sie als separate Additive bereitgestellt, sind beide mit dem Polyolefin bei allen Temperaturen inkompatibel. Die Einheiten sind beide Alkoxygruppen, in einem Fall deckeln die Gruppen die Enden der Siloxankette, und im anderen Fall hängen die Gruppen am Grundgerüst. Als Ergebnis der Inkompatibilität hat das Additiv eine Konzentration innerhalb der Faser, die von der Faserachse zur Oberfläche zunimmt.
Lovgren et al. beschrieben in US 4 446 090 die Vermischung hochviskoser Siliconflüssigkeiten mit einer Vielzahl von Zusammensetzungen zu einer Vielzahl von verschiedenen thermoplastischen Polymeren. Das Verhältnis der hochviskosen Siliconflüssigkeit zu thermoplastischem Polymer liegt im Bereich von 0,005–200,0. Das Verfahren ist besonders nützlich für flammhemmende Siliconflüssigkeiten.
Riffle und Yilgor beschrieben in US 4 659 777 Polysiloxan/Polyoxazolidin-Copolymere, die bei Inkorporierung in eine faserbildende Zusammensetzung eine Faser liefern, die sowohl durch polare, als auch nicht-polare Flüssigkeiten benetzbar ist.
Foster und Metzler beschreiben in US 4 535 113 eine Olefinpolymerzusammensetzung, die Siloxanadditive enthält, die zur Herstellung von Folien geeignet sind. Das Siloxan schliesst ein monovalentes organisches Radikal ein, das mindestens eine Ethylenoxidgruppe, eine vicinale Epoxygruppe oder eine Aminogruppe in von dem Polymergrundgerüst abhängender Weise enthält.
Steklenski beschreibt in US 4 473 676 die Inkorporierung eines vernetzten Siliconpolycarbinols in folienbildende Zusammensetzungen, wodurch die Polymerzusammensetzungen einen geringen Reibungskoeffizienten aufweisen und für Schutzschichten in fotografischen Elementen geeignet sind.
Hansen et al. beschreiben in US 5 456 982 die Inkorporierung eines oberflächenaktiven Mittels, wie beispielsweise eines Emulgators, eines Tensids oder eines Detergens in die Umhüllungskomponente einer Umhüllungs- und Kerntyp-Bikomponentenfaser, wodurch die Faser hydrophob wird.
Siliconadditive, wie von Nohr und MacDonald (wie oben zitiert) beschrieben, die mit der Polymermasse bei Umgebungstemperatur inkompatibel, aber bei Verspinnungstemperaturen kompatibel sind, nutzen ein mit solchen Additiven verbundenes Problem aus. Höhere Molekulargewichte solcher Additive machen das Additiv in Polypropylen (und in anderen Polyolefinen) weniger löslich. Die Verwendung eines niedermolekulargewichtigeren Silicons verringert jedoch die thermische Stabilität des Gleitmitteladditivs.
Wie bereits oben angemerkt, ist es sehr schwierig, die topische Anwendung einer aufgebrachten Oberflächenappretur mit Bestandteilen in Mengen in einer Grössenordnung von nur einigen Zehnteln eines Prozents der gesamten Appreturzusammensetzung zu steuern. Es ist daher sehr schwierig, eine homogene Appreturzusammensetzung mit nur etwa 0,3% Siliconadditiv bereitzustellen, und es ist sehr schwierig, eine gleichförmige Beschichtung einer solchen Appretur auf einer Faser zu erzielen. Die Verwendung einer unzureichenden Gleitmittelmenge in der Appretur kann im kommerziellen Betrieb sehr störend sein. Ferner kann die Verwendung von zuviel Silicon (was in der Grössenordnung von nur einem Zehntel eines Prozents liegen kann) die Faser zur Verarbeitung, insbesondere der Kräuselung, mit kommerziellen Geschwindigkeiten zu schlüpfrig machen. Ferner kann selbst dann, wenn die Fasern gekräuselt und zu einem Non-woven-Netzwerk verarbeitet werden können, die Festigkeit des Netzes signifikant verschlechtert sein, da das Siliconöl an der Oberfläche der Fasern, die miteinander verdichtet (z. B. warmgebondet) werden sollen, die Verbindung der Fasern miteinander beeinträchtigt.
Die vorliegende Anmeldung betrifft die in den anhängenden Patentansprüchen definierte Erfindung. Die nachfolgenden Kommentare und Beschreibungen sind demgemäss zu verstehen.
Im Hinblick auf das Vorstehende wäre es nützlich, eine hoch hydrophobe Faser bereitzustellen, die ohne Auftreten von Unverarbeitbarkeit leicht verarbeitet werden kann.
Ferner wäre es hilfreich, eine solche hydrophobe Faser bereitzustellen, bei der aufgebrachte wässrige Gleitmittel die gewünschte hydrophobe Natur der Faser nicht untergräbt. Wässrige Gleitmittel, die als Oberflächenappretur aufgebracht sind, besitzen Vorteile gegenüber nicht-wässrigen Oberflächengleitmitteln (wie beispielsweise Siliconölen) bezüglich der Einfachheit ihrer Aufbringung und Entfernung, ihrer geringen Toxizität und der Einfachheit ihrer Dispergierung (und folglich Gleichförmigkeit der Gleitmittelbeschichtung nach dem Aufbringen auf die Faseroberfläche).
Ein zusätzlicher Vorteil wäre die Bereitstellung einer solchen Faser mit verbesserter Hydrophobizität für verbesserte Barriereeigenschaften und zur Erhöhung der kommerziellen Verarbeitungsgeschwindigkeiten.
Ein noch weiterer Vorteil wäre die Bereitstellung einer inhärent geschmierten, hydrophoben Faser, die wirksam die Verarbeitung der Faser zu einem kardierten Non-woven-Artikel ohne die Anwendung einer schmierenden Appretur ermöglicht. Im Vergleich zum Stand der Technik lieferte eine solche Faser eine Verbesserung bei der herkömmlichen Verarbeitung durch Eliminierung eines oder mehrerer Gleitmittelappretur-Aufbringungsschritte.
Noch ein weiterer Vorteil wäre die Bereitstellung einer solchen hydrophoben Faser mit einem thermisch stabilen, intrinsischen Gleitmittel.
Noch ein weiterer Vorteil wäre die Bereitstellung einer wie gesponnenen polyolefinhaltigen Faser, die einen Kontaktwinkel, insbesondere einen ansteigenden Kontaktwinkel, aufweist, der grösser ist als der intrinsische Kontaktwinkel eines solchen Polyolefins.
Gemäss einem weiteren erfindungsgemässen Aspekt wird eine faserformbare Schmelzzusammensetzung bereitgestellt, die zum Schmelzspinnen einer Faser geeignet ist, die wie gesponnen eine verbesserte Hydrophobizität und eine verbesserte Gleitfähigkeit besitzt. Diese neue Polymerschmelze umfasst eine innige Mischung aus einem faserbildenden Polyolefin, insbesondere mit Ethylen- und/oder Propyleneinheiten, mit einem Polysiloxan.
Gemäss noch einer weiteren Ausführungsform wird erfindungsgemäss eine intern geschmierte Polyolefinfaser bereitgestellt, die vorzugsweise auch hydrophob ist und die ein im wesentlichen nicht-extrahierbares internes Gleitmittel aufweist.
Erfindungsgemäss wird ferner eine neue wie gesponnene Polyolefinfaser bereitgestellt, die ein internes Polysiloxan umfasst und einen Kontaktwinkel aufweist, der grösser ist als der einer vergleichbaren Polyolefinfaser ohne das interne Polysiloxan. Der erhöhte Kontaktwinkel bedeutet, dass die neue wie gesponnene Faser hydrophober ist als ohne das interne Polysiloxan. Die hiesigen Fasern haben vorzugsweise einen intrinsischen Kontaktwinkel von mindestens 95°, weiter bevorzugt mindestens etwa 96°, noch weiter bevorzugt mindestens etwa 100°, noch weiter bevorzugt mindestens etwa 105°, und am meisten bevorzugt mindestens etwa 110° oder mehr.
Unter Bereitstellung dieser und anderer Vorteile wird gemäss einer erfindungsgemässen Ausführungsform eine hydrophobe Faser bereitgestellt, die ein internes Gleitmittel aufweist (d. h. sie kann ohne eine aufgebrachte topische Gleitmittelappreturzusammensetzung verarbeitet werden). Gegebenenfalls kann die Faser mit einer topisch aufgebrachten, hydrophilen Antistatikappretur versehen werden. In jedem Fall ist die Faser unter Aufrechterhaltung der Hydrophobizität mit kommerziellen Geschwindigkeiten zu einem kardierten Non-woven-Artikel verarbeitbar.
Genauer wird in einer anderen Ausführungsform erfindungsgemäss eine polyolefinhaltige Faser oder eine polyolefinhaltige faserformbare Zusammensetzung, je nachdem, ob die Zusammensetzung in geschmolzenem oder verfestigtem Zustand vorliegt, bereitgestellt, die ein internes Polysiloxan der allgemeinen Formel X-[Si(R¹)(R²)-O-]_z-Y umfasst, worin X, Y, R¹ und R² unabhängig ausgewählt sind aus hydrophoben und nicht-polaren Gruppen, vorzugsweise Kohlenwasserstoffgruppen, weiter bevorzugt Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl- und/oder Aralkylgruppen, und/oder mit beliebigen der vorgenannten Gruppen substituiertem Aryl, die bis zu etwa 22, und weiter bevorzugt bis zu etwa 16 Kohlenstoffatomen aufweisen, und Ether davon, R¹ und R² können ferner unabhängig voneinander ausgewählt werden aus hydrophoben und nicht-polaren Alkyl-, Aryl- und heterocyclischen Gruppen, und z ist eine positive Zahl, die ausreichend hoch ist, so dass das Polysiloxan hydrophob ist. Die Faser ist "polyolefinhaltig", wenn mindestens die Hälfte, vorzugsweise mindestens etwa 75%, weiter bevorzugt mindestens etwa 90%, und noch weiter bevorzugt mindestens etwa 95% des Gewichts der Strukturkomponenten der Faser (d. h. ausschliesslich Zusatzstoffe) Polyolefin ist. Das Polysiloxan ist "hydrophob" im herkömmlichen Sinne, dass es keine Affinität zu Wasser hat und funktionell in bezug auf bestimmte bevorzugte erfindungsgemässe Ausführungsformen liefert es eine hydrophobe Faseroberfläche, insbesondere für die oben genannten hydrophoben Fasern, die in Barrierevorrichtungen nützlich sind. In bevorzugten Ausführungsformen sind R¹ und R² unabhängig voneinander ausgewählt aus unsubstituierten und substituierten hydrophoben, unverzweigten und verzweigten Alkylgruppen, die nicht mehr als etwa 16 Kohlenstoffatome aufweisen, weiter bevorzugt nicht mehr als etwa 8 Kohlenstoffatome, und Arylgruppen (z. B. Phenyl), die gegebenenfalls mit bis zu drei hydrophoben Gruppen Alkylgruppen substituiert sind. In anderen bevorzugten Ausführungsformen sind X und Y Niederalkylgruppen mit nicht mehr als etwa 16 Kohlenstoffatomen, und weiter bevorzugt nicht mehr als etwa 8 Kohlenstoffatomen. In noch anderen bevorzugten Ausführungsformen liegt z im Bereich von etwa 10–50 oder mehr.
Erfindungsgemäss wird ferner eine wie gesponnene Polyolefinfaser mit einem intrinsischen Kontaktwinkel von mindestens etwa 95°, weiter bevorzugt mindestens etwa 100°, noch weiter bevorzugt mindestens etwa 105°, und am meisten bevorzugt mindestens etwa 110° oder mehr bereitgestellt. Der "intrinsische Kontaktwinkel" bedeutet den Kontaktwinkel der wie gesponnenen Faser vor dem Aufbringen jeglicher topischer Appretur. Daher hat die neue erfindungsgemässe, wie gesponnene Faser einen Kontaktwinkel nach dem Spinnen und ohne Aufbringen eines topischen Gleitmittels, der grösser ist als eine vergleichbare wie gesponnene Faser ohne internes Gleitmittel. Diese neuen Fasern sind im wesentlichen frei von auf ihrer Oberfläche vorhandenem Tensid.
Gemäss noch einer weiteren Ausführungsform wird erfindungsgemäss eine Polyolefinfaser mit einem im wesentlichen nicht-extrahierbaren Gleitmittel bereitgestellt. Die neuen erfindungsgemässen Fasern mit einem internen Gleitmittel neigen nicht dazu, dass das Gleitmittel von der Oberfläche der Faser entfernt wird, im Gegensatz zu Fasern, die nur ein topisch aufgebrachtes Gleitmittel aufweisen.
Gemäss noch einer weiteren Ausführungsform wird erfindungsgemäss ein neues Verfahren zur Anwendung dieser Fasern bereitgestellt, insbesondere zur Herstellung von Non-woven-Artikeln und Produkten daraus, das vorzugsweise die Bereitstellung einer faserbildenden Zusammensetzung, die einen Hauptanteil aus Polyolefin und einem innig damit vermischten, kompatiblen Polysiloxan einschliesst, Verspinnen der faserbildenden Zusammensetzung zu einer oder mehreren Fasern, Verziehen der Fasern, Kräuseln der Fasern, Schneiden der gekräuselten Fasern auf Stapellänge, und Kardieren und Verdichten der Fasern unter Erzeugung eines Non-woven-Artikels umfasst. Der Non-woven-Artikel wird vorzugsweise zu einem Hygieneprodukt, wie beispielsweise einer Windel, verarbeitet. Gegebenenfalls kann, wenn notwendig oder gewünscht, eine topische hydrophobe Appretur, vorzugsweise auf Wasserbasis, auf die Faser aufgebracht werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine polyolefinhaltige, geschmierte, faserbildende Zusammensetzung, die daraus hergestellten Fasern und daraus hergestellte Zwischen- und Endprodukte. Mit "faserbildender" Zusammensetzung ist eine Zusammensetzung gemeint, die zu Fasern verspinnbar ist, vorzugsweise durch Schmelzspinnen. Das Gleitmittel ist ein hydrophobes Polysiloxan.
Die erfindungsgemäss geeigneten, faserbildenden Zusammensetzungen schliessen schmelzverspinnbare Polyolefine ein, die von unverzweigten und verzweigten Olefinmonomeren, vorzugsweise Alkenmonomeren, mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen, vorzugsweise etwa 2–8 Kohlenstoffatomen oder mehr, weiter bevorzugt etwa 2–4 Kohlenstoffatomen und am meisten bevorzugt 2 oder 3 Kohlenstoffatomen abgeleitet sind (einschliesslich Polyethylen und Polypropylen). Das Polyolefin kann ein Homopolymer oder ein Copolymer sein (z. B. Terpolymer), das alleine oder in verschiedenen Anteilen mit anderen polyolefinhaltigen Homopolymeren oder Copolymeren vermischt oder vermengt verwendet wird. Beispiele für geeignete Polyolefine schliessen ohne Beschränkung Polyethylen, Polypropylen, Poly(1-buten), Poly(4-methyl-1-penten), Poly(α-methylstyrol), Poly(o-methylstyrol), Polybutadien und dergleichen, und kompatible Mischungen und Gemenge daraus ein. Die am meisten bevorzugte Zusammensetzung ist Polypropylen, insbesondere Propylen-Homopolymer oder ein Copolymer, das zu mindestens 50 Gew.-%, weiter bevorzugt mindestens 75 Gew.-%, und am meisten bevorzugt mindestens 90 Gew.-% von Propylen abgeleitet ist, wobei der Rest von Ethylen, Buten, Hexen und Mischungen daraus abgeleitet ist.
Ebenso bevorzugt sind verspinnbare Mischungen oder Gemenge aus Polymeren, die mindestens 50%, weiter bevorzugt mindestens 75%, und am meisten bevorzugt mindestens 90%, nach Gewicht, Propylen-Homopolymer umfassen.
Die faserbildende Zusammensetzung kann daher ein oder mehrere faserbildende Polymere einschliessen, die mit dem darin vorhandenen Polyolefin kompatibel sind. Es ist bevorzugt, dass die faserbildende Zusammensetzung mindestens 90 Gew.-% Polyolefin aufweist, obwohl ein Polyolefingehalt von mindestens 75% für bestimmte Anwendungen geeignet sein kann, und die Mindestmenge an Polyolefin ist nicht weniger als etwa 50 Gew.-%. Geeignete Polymere zum Vermischen oder Legieren mit dem Polyolefin können ausgewählt werden aus Polyestern, Polyamiden und Polyaramiden und dergleichen, die mit den anderen Bestandteilen kompatibel sind. Eine bevorzugte Mischung umfasst Polyethylenterephthalat (PET) und Polypropylen. Bevorzugte Polyolefine schliessen Polyethylen-Homopolymer, Polypropylen-Homopolymer und Ethylen-Propylen-Copolymer und Mischungen daraus ein. Besonders bevorzugt ist eine Mischung aus Polyethylen : Polypropylen im Bereich von etwa 19 : 1–1 : 19, von etwa 10 : 1–1 : 10, von etwa 6 : 1–1 : 6 und in etwa gleichen Gewichtsanteilen von etwa 1 : 1, im wesentlichen eine beliebige Menge von reinem Ethylen- oder Propylen-Homopolymer bis zu etwa gleichen Mengen der beiden Homopolymere (von denen eines durch ein Ethylen-Propylen-Copolymer ersetzt sein kann).
Zu der polyolefinhaltigen faserbildenden Zusammensetzung wird mindestens ein Polysiloxan der Formel X-[Si(R¹)(R²)-O-]_z-Y zugegeben, vorzugsweise während es in Form von Polymerkörnern vor dem Schmelzen vorliegt. In der Formel sind X und Y identisch oder voneinander verschieden und sind unabhängig voneinander ausgewählt aus hydrophoben und nicht-polaren Gruppen, vorzugsweise Kohlenwasserstoffgruppen, weiter bevorzugt aliphatischen Gruppen, wie beispielsweise Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl- und Cycloalkylgruppen, vorzugsweise C_1-22 weiter bevorzugt C_1-16 noch weiter bevorzugt C_1-8 und am meisten bevorzugt C_1-3, und Ethern daraus; beispielsweise ein Octyl- oder Octylsiloxyether davon. R¹ und R², die ebenfalls identisch oder voneinander verschieden sein können, sind ebenfalls aliphatische Kohlenwasserstoffgruppen, die vorzugsweise ausgewählt sind aus Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl- und Cycloalkylgruppen, unverzweigt oder verzweigt, die nicht mehr als etwa 22 Kohlenstoffatome, weiter bevorzugt nicht mehr als etwa 16 Kohlenstoffatome, noch weiter bevorzugt nicht mehr als etwa 8 Kohlenstoffatome, und am meisten bevorzugt 1–3 Kohlenstoffatome, aufweisen, wobei 1 Kohlenstoffatom besonders bevorzugt ist, und sie sind ferner bevorzugt ausgewählt aus Arengruppen, vorzugsweise Phenyl, gegebenenfalls substituiert mit bis zu drei aliphatischen Gruppen (z. B. Aralkyl, wie beispielsweise Dimethylphenyl), wie zuvor für R¹ und R² definiert; am meisten bevorzugt sind R¹ und R² ausgewählt aus unsubstituierten C_1-3-Alkyl- und unsubstituierten Phenylgruppen. Die verschiedenen aliphatischen Gruppen sind vorzugsweise unverzweigt, obwohl verzweigte Ketten auch geeignet sein können. Als solche sind R¹ und R² vorzugsweise ausgewählt aus Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, araliphatischen, Aryl- und beliebigen der zuvor genannten Gruppen, die mit beliebigen der vorgenannten substituiert sind (z. B. Aralkylphenyl) und hydrophoben, vorzugsweise nicht-polaren Derivaten davon. Bevorzugte nicht-polare Derivate schliessen die Ether davon, wie beispielsweise Methoxy, Ethoxy, Ethoxymethoxy, Benzoxy und dergleichen ein. Daher kann die allgemeine Formel für die Polysiloxane geschrieben werden als X-A¹-[Si(A²R¹)(A³R²)-O-]_z-A⁴-Y, worin A¹, A², A³ und A⁴ unabhängig voneinander ausgewählt sind aus einer Bindung oder Sauerstoff, die anderen Variablen sind wie zuvor definiert. Die Kettenlänge z ist eine positive Zahl, die ausreichend hoch ist, so dass das Polysiloxan hydrophob ist, und vorzugsweise das Polysiloxan mit dem Polymer in sowohl geschmolzenem als auch verfestigtem Zustand kompatibel macht; im allgemeinen liegt z in der Grössenordnung von 10–50 oder mehr. Beispiele für geeignete Polysiloxane zur Inkorporierung in die erfindungsgemässen faserbildenden Zusammensetzungen schliessen diejenigen ein, die für Appreturen für Fasern verwendet werden, wie sie von Schmalz in US 4 938 832 , den US-Patentanmeldungen Ser. Nrn. 07/614 650 und 07/914 213 und der EP-Patentanmeldung 486 158, und von Johnson et al. in den US-Patentanmeldungen Ser. Nrn. 07/706 450 und 07/973 583 und in der EP-Patentanmeldung Nr. 516 412 beschrieben sind. Die bevorzugten Polysiloxane sind Poly(dialkylsiloxane) und Poly(alkylarylsiloxane), insbesondere Poly(dimethylsiloxan) und Poly(methylphenylsiloxan). Das bevorzugte Molekulargewicht des Poly(dialkylsiloxans) ist mindestens etwa 15.000, weiter bevorzugt im Bereich von etwa 60.000–450.000, weiter bevorzugt etwa 75.000–275.000. Für mit Trimethylsiloxygruppen terminiertem Poly(alkylphenylsiloxan) ist das bevorzugte Molekulargewicht vorzugsweise im Bereich von etwa 1.500–3.500, weiter bevorzugt im Bereich von etwa 2.00–3.000, wobei Poly(methylphenylsiloxan) vorzugsweise ein Molekulargewicht von etwa 2.600 aufweist, obwohl signifikant höhere Molekulargewichte verwendet werden können. (Das Molekulargewicht des Polysiloxans kann das Zahlendurchschnitts- oder Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht sein.)
Erfindungsgemäss geeignete Polysiloxane sind diejenigen, die mit der polyolefinhaltigen verspinnbaren Zusammensetzung bei Umgebungstemperaturen und vorzugsweise auch unter den für das Verspinnen geeigneten Bedingungen mischbar sind. Im Gegensatz zu diesen erfindungsgemäss geeigneten Polysiloxanen sind niedermolekulargewichtige Alkylsiloxane, die typischerweise in technische Harze inkorporiert werden, damit unmischbar und wandern aufgrund ihrer Unmischbarkeit mit der Polymermasse bei Umgebungsbedingungen zu der Oberfläche des Teils (Ausblühung). Wie im Beispiel unten beschrieben, werden die erfindungsgemässen spinnbaren Schmelzen und die daraus gesponnenen Fasern mit einem Polysiloxan geschmiert, das so massgeschneidert ist, dass eine signifikant geringere Migration des Polysiloxans an die Oberfläche der Faser stattfindet, was sich in einer minimalen Oberflächenextraktion des internen Polysiloxans nach einem Ablauf von mehr als 2 Jahren zeigt. Die erfindungsgemässe Verwendung von Poly(alkylarylsiloxanen) liefert auch eine verbesserte thermische Stabilität des Polysiloxans bei hohen Spinntemperaturen aufgrund der Anwesenheit der Arylgruppen. Die relativ hohen Molekulargewichte der Poly(dialkylsiloxane) liefert auch den Vorteil einer verbesserten thermischen Stabilität bei höheren Verspinnungstemperaturen. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Polysiloxan ausgewählt aus (a) solchen, worin mindestens eines von R¹ und R² aus einer Arengruppe ausgewählt ist, und (b) solchen, wie sonst definiert, die ein Molekulargewicht von mindestens etwa 15.000 aufweisen.
Das interne Polysiloxan wird im allgemeinen als ein Zusatzstoff in Mengen von typischerweise nicht mehr als etwa 10 Gew.-% der Faser und im allgemeinen mindestens etwa 0,01 Gew.-% bereitgestellt, weiter bevorzugt im Bereich von etwa 0,05–5 Gew.-%, und am meisten bevorzugt im Bereich von etwa 0,1–1,0 Gew.-% der Faser. Für eine bestimmte Zugabe von Polysiloxan sind mit zunehmendem Molekulargewicht geringere Mengen bevorzugt. Wenn beispielsweise eine bestimmte Polyolefinzusammensetzung, die 1 Gew.-% eines Poly(dialkylsiloxans) mit einem Molekulargewicht von etwa 100.000 umfasst, für eine bestimmte Anwendung geeignet ist, wird die Verwendung eines Poly(dialkylsiloxans) mit einem Molekulargewicht von etwa 200.000 vorzugsweise das gleiche geeignete Ergebnis unter Verwendung einer geringeren Menge an Additiv erzielen. Die Menge des verwendeten Polysiloxans ist wirksam zur Erhöhung der hydrophoben Natur der Polyolefinfaseroberfläche über diejenige der wie gesponnenen Faser ohne das Polysiloxan hinaus. Es ist auch bevorzugt, dass die verwendete Menge an Polysiloxan wirksam ist zur Schmierung (Verringerung der Oberflächenreibung) der wie gesponnenen Faser gegenüber derjenigen ohne das Additiv.
Wie gerade beschrieben, schliesst eine erfindungsgemässe Ausführungsform eine neue verspinnbare Schmelze ein, die einen Hauptanteil aus einem Polyolefin und ein Polysiloxan der Formel X-A¹-[Si(A²R¹)(A³R²)-O-]_z-A⁴-Y wie oben definiert, vorzugsweise in Mengen von etwa 0,01–10 Gew.-% der spinnbaren Zusammensetzung umfasst.
Die schmelzverspinnbare faserbildende Zusammensetzung kann zu einer einheitlichen Faser oder einer Bikomponentenfaser oder Bikonstituentenfaser in Seite-bei-Seite-, Umhüllung-und-Kern-, Matrix-mit-Multikern (Inseln im Meer)- und multilobaler Konfiguration verarbeitet werden. Beispielhafte Aufbaukonfigurationen können ein Polyolefin Seite an Seite mit dem gleichen oder einem anderen Polyolefin einschliessen (z. B. Polyethylen/Polypropylen, oder beide Propylen mit unterschiedlichen Molekulargewichten); wenn solche Fasern erwärmt werden, unterliegen die unterschiedlichen Olefinanteile unterschiedlichen Schrumpfungen, wodurch die Faser gekrümmt oder gewellt wird (z. B. eine selbstkräuselnde Faser). Entsprechend schliessen beispielhafte Umhüllungs/Kern-Konfigurationen Polyalkylen//Polyalkylen oder Polyalkylen/Polyester ein, wie beispielsweise Polyethylen/Polypropylen, Polyethylen/PET und Polypropylen/PET. Die vorliegenden Fasern können einzeln, als Monofilamentfaser, als Multifilamentgarn, als spinbonded Non-woven, als schmelzgeblasenes Non-woven oder als ein Tau, Bündel oder dergleichen oder als gewebtes Textil bereitgestellt werden.
Die so hergestellten erfindungsgemässen neuen Fasern und daraus hergestellte gewebte oder Non-woven-Artikel sind vorzugsweise hydrophob. Gemessen unter Verwendung der modifizierten Suterapparat-Technik, wie unten in Beispiel 6 beschrieben, weisen die erfindungsgemässen Fasern vorzugsweise einen hydrostatischen Druck ("hydrostatic head") von mindestens etwa 30, weiter bevorzugt mindestens etwa 62, noch weiter bevorzugt mindestens etwa 102, und noch weiter bevorzugt mindestens etwa 150 mm Wasser auf. Entsprechend haben Non-woven-Textilien vorzugsweise einen hydrostatischen Druck von mindestens etwa 25, weiter bevorzugt mindestens etwa 50, noch weiter bevorzugt mindestens etwa 75, und noch weiter bevorzugt mindestens etwa 100 mm (bei einer Bindungsfläche von etwa 15%). Der durchschnittliche Non-woven-Textilablauf ist vorzugsweise etwa 30%, weiter bevorzugt mindestens etwa 50%, noch weiter bevorzugt mindestens etwa 70%, noch weiter bevorzugt mindestens etwa 90%, und am meisten bevorzugt mindestens etwa 95% oder mehr.
Ein weiteres Mass für die Hydrophobizität der erfindungsgemässen Fasern ist, dass die wie gesponnene Faser einen Kontaktwinkel aufweist, der grösser ist als derjenige einer wie gesponnenen Faser aus der gleichen Polymerzusammensetzung, der das erfindungsgemässe Polysiloxanadditiv fehlt. Der Kontaktwinkel einer wie gesponnenen Faser ist hierin definiert als der "intrinsische Kontaktwinkel". Der intrinsische Kontaktwinkel einer wie gesponnenen Polypropylen-Homopolymerfaser ist im allgemeinen weniger als 95°. Der intrinsische Kontaktwinkel von erfindungsgemässen wie gesponnenen Fasern, die das oben beschriebene interne Polysiloxan aufweisen, beträgt mindestens 95°, weiter bevorzugt mindestens etwa 96°, noch weiter bevorzugt mindestens etwa 100°, und noch weiter bevorzugt ist der intrinsische Kontaktwinkel mindestens etwa 105° oder mehr. Der Kontaktwinkel kann anhand der Wilhelmy-Gleichung θ = cos^–1[F_W ∻ γP] bestimmt werden, worin F_W die Benetzungskraft ist, P ist der Umfang der Faser und γ ist die Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Im allgemeinen wird zur Lösung der Benetzungskraft und folglich des Kontaktwinkels ein Kraftgleichgewicht verwendet, wie unten im Beispiel beschrieben; alternativ können andere Verfahren, wie beispielsweise eine Mikroskopmessung (d. h. tatsächliche Betrachtung der Faser unter einem Mikroskop zur Beobachtung des Kontaktwinkels), wie allgemein bekannt und geeignet, verwendet werden.
Die erfindungsgemässen Fasern sind inhärent oder intern modifiziert, im Gegensatz zu Fasern, die oberflächenmodifiziert sind. Folglich liefern die erfindungsgemässen Fasern den Vorteil einer verbesserten Hydrophobizität. Fasern aus dem Stand der Technik erzielen Hydrophobizität durch Aufbringen einer hydrophoben Appreturzusammensetzung auf die Oberfläche der Faser und durch Zugabe eines hydrophoben Mittels, das auf die Oberfläche der Faser ausblüht. Die hydrophoben Additive aus dem Stand der Technik sind auf der Oberfläche in einer Form vorhanden, die durch verschiedene Verfahren, die typischerweise bei kommerziellen Vorgehensweisen auftreten, der Entfernung unterliegen, einschliesslich dem Kontakt mit Führungen, Walzen und verschiedenen Formgebungs- (z. B. Verdrillungs-, Kardierungs-)-Vorrichtungen, sowie dem Kontakt mit Dampf oder anderen Mitteln. Im Gegensatz dazu werden die erfindungsgemässen neuen Fasern mit einem im wesentlichen nicht-entfernbaren, im wesentlichen nicht-extrahierbaren und im wesentlichen nicht-ausblühenden Gleitmittel auf ihrer Oberfläche ausgerüstet. Genauer ist das Gleitmittel bei Raumtemperatur unter Verwendung nicht-polarer Lösungsmittel im wesentlichen nicht entfernbar und nicht extrahierbar. Wie oben im Abschnitt zum Hintergrund beschrieben, wird beispielsweise eine Oberflächenappretur typischerweise in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 2 Gew.-% der Faser auf die Faser aufgebracht, und nach dem Aufbringen kann diese Oberflächenappretur nahezu vollständig mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert werden. Im Gegensatz dazu geben die neuen erfindungsgemässen Fasern bei Anwendung des gleichen Extraktionsprozesses ihr Gleitmittel in signifikant geringerem Masse ab, vorzugsweise mindestens etwa 50% weniger und weiter bevorzugt mindestens etwa 60% weniger, als aus topisch geschmierten Fasern extrahiert wird; je weniger das interne Gleitmittel aus der Faseroberfläche extrahiert werden kann, desto besser.
Da die hiesigen Fasern kein topisches Gleitmittel benötigen, liefern die erfindungsgemässen Fasern ferner eine geschmierte Faser, die auf ihrer Oberfläche im wesentlichen frei ist von Emulgatoren (oder anderen Tensiden, die typischerweise mit externen Appreturen verwendet werden). Daher wird in einer anderen erfindungsgemässen Ausführungsform eine Schmelze bereitgestellt, die zum Verspinnen zu Fasern geeignet ist, und eine verspinnbare polyolefinhaltige Polymerzusammensetzung und eine Gleitmittelzusammensetzung, vorzugsweise ein Polysiloxan, umfasst, wobei die Schmelze im wesentlichen frei ist von einem beliebigen Lösungsmittel oder Emulgator für das Gleitmittel.
Die Fasern (sowie die Schmelze, aus der sie hergestellt werden) können ferner herkömmliche Zusatzstoffe enthalten, wie beispielsweise Säurebinder (z. B. Calciumstearat), Antioxidantien, Abbaumittel und Pigmente und/oder Farbstoffe (wie beispielsweise Titandioxid) und dergleichen. Beispielsweise schliessen die Bestandteile der vorliegenden Schmelze, aus der die Fasern gesponnen werden, typischerweise zusätzlich zu dem/den Polymer(en), die versponnen werden, und dem Polysiloxanadditiv ein Antioxidationsmittel (z. B. IRGAFOS 168), Calciumstearat und Titania ein, alle in Mengen von üblicherweise etwa 0,01–1,0 Gew.-%. Die erfindungsgemässen Fasern können ferner vorzugsweise Biozide oder antimikrobielle Mittel einschliessen. Diese Zusatzstoffe können einzeln in individuell unterschiedlichen Mengen vorhanden sein, und typischerweise können 0,01–3% der Zusammensetzung eines der mehrere dieser herkömmlichen Zusatzstoffe ausmachen.
Wie oben festgestellt, wird das Polysiloxan vorzugsweise vor dem Schmelzen zu der faserbildenden Zusammensetzung zugegeben; der Zusatzstoff kann bei Bedarf der Schmelze zugemischt werden. Die faserbildende Zusammensetzung wird dann zu den neuen erfindungsgemässen, kontinuierlichen Fasern versponnen. Die Faser kann bei Bedarf nach im Stand der Technik bekannten Techniken zur Ausrichtung der Faser in einem bestimmten Mass verstreckt werden. Die Endfaser hat vorzugsweise etwa 0,11–44 Decitex (dtex; 1 dpf = 1,1 dtex), weiter bevorzugt etwa 0,55–6,6 dtex, und am meisten bevorzugt etwa 1,1–3,3 dtex. Erfindungsgemäss können Stapelfasern hergestellt werden durch Extrusion, Verspinnen, Verstrecken, Kräuseln und Schneiden nach Verfahren, wie sie von Kozulla in den US-Patentanmeldungen Ser. Nrn. 07/474 897, 07/683 635, 07/836 438, 07/887 416 und 07/939 857 und in der EP-Patentanmeldung Nr. 445 536, von Gupta et al. in den US-Patentanmeldungen Ser. Nrn. 07/818 772 und 07/943 190, von Schmalz in US-PS 4 938 832 , den US-Patentanmeldungen Ser. Nrn. 07/614 650 und 07/914 213 und in der EP-Patentanmeldung Nr. 486 158, und von Johnson et al. in den US-Patentanmeldungen Ser. Nrn. 07/706 450 (eingereicht am 28.5.1991) und 07/973 583 (eingereicht am 6.11.1992) und in der EP-Patentanmeldung Nr. 516 412 beschrieben sind, deren Offenbarungen hierin alle durch Bezugnahme eingeschlossen sind.
In verschiedenen Ausführungsformen von Produkten wird eine hydrophile Spinnappreturzusammensetzung zur Unterstützung bei der Verarbeitung und Handhabung auf die Fasern aufgebracht. Bei der Herstellung der Fasern ist es bevorzugt, eine wasserlösliche hydrophile Spinnappretur zur Verringerung verschiedener Verarbeitungsprobleme, wie sie beispielsweise während der Kräuselung auftreten, zu verwenden. Ein Vorteil des internen Siloxans ist die Vereinfachung der Entfernung der hydrophilen Appretur, d. h. Aufrechterhaltung der Hydrophobizität der Faser. Hydrophile Appreturen, die sowohl schmierende als auch Antistatikeigenschaften aufweisen, sind besonders bevorzugt. Eine beispielhafte Appretur dieses Typs umfasst eine Mischung aus Polyethylenglykol 400-Monolaurat und Polyoxyethylen(5)tridecylphosphat, das mit Diethanolamin neutralisiert ist (erhältlich als LUROL PP-912 von George A. Goulston Co., Monroe, NC). Andere solche Appreturen sind in den oben genannten Patenten und Anmeldungen von Johnson und Theyson beschrieben. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung einer proportional oder relativ stärker hydrophilen Antistatik-Oberflächenappreturzusammensetzung (z. B. Natriumoleat) aufgrund der erhöhten Einfachheit der Entfernung von der Faseroberfläche durch die Anwesenheit des internen Gleitmittels.
Bei der Herstellung von Non-woven-Materialien ist es wünschenswert, der Faser ein gewisses Ausmass an Kräuselung zu vermitteln. Die Kräuselung wird typischerweise durch Hindurchleiten eines Fasertaus durch eine Durchleitung, durch die die Fasern gezogen werden, bewirkt. In der Durchleitung werden typischerweise Dampf und Wasser zirkuliert, wodurch die Fasern wirksam in eine dampferhitzte Box gestopft und gekräuselt werden. Dampf und Wasser dienen als Gleitmittel, die zur Bewirkung der Kräuselung der Faser beitragen, und diese heisse feuchte Umgebung in der Box bewirkt typischerweise die Entfernung des grössten Teils der, wenn nicht der gesamten, hydrophilen Appreturzusammensetzung. Ein bevorzugtes Kräuselungsverfahren und eine Vorrichtung hierfür sind offenbart in Sibal et al. in US-Patentanmeldung Ser. Nr. 08/235 306, eingereicht am 29. April 1994 (dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist).
In einer weiteren Ausführungsform kann eine hydrophobe Appretur auf die Faser aufgebracht werden. Vorzugsweise wird auch eine antistatische Zusammensetzung auf die Faser aufgebracht, wie beispielsweise eine beliebige aus denjenigen, die in den zuvor genannten Harrington-Anmeldungen, EP-A1-0 557 024, US-Patentanmeldung Ser. Nr. 08/016 346 (eingereicht am 11.2.1993, eine Continuation-Anmeldung von 07/835 895, eingereicht am 14.2.1992), dem Schmalz-Patent US 4 938 832 und der Anmeldung EP-A2-0 486 158 (entsprechend US-Patentanmeldung 914 213, eingereicht am 15. Juli 1992), und von Johnson und Theyson in US 5 403 426 und EP-A2-0 516 412 offenbart sind (die Offenbarungen all dieser Patente und Anmeldungen sind hierin durch Bezugnahme eingeschlossen). Geeignete hydrophobe Appreturzusammensetzungen schliessen ein Antistatikmittel in Kombination mit einem Gleitmittel, wie beispielsweise einem Polysiloxan, ein; spezifischere Beispiele schliessen Kalium-C_4-6-alkylphosphat mit Poly(dimethylsiloxanen) und Kalium-C₁₀-phosphat mit hydriertem Polybuten ein. Da die vorliegende Erfindung ein innig mit der Faserkomponente vermischtes Gleitmittel einschliesst, kann eine geeignete Auswahl der Gleitmittelmenge in der Faser den Bedarf für die Verwendung eines Gleitmittels in den Appreturzusammensetzungen eliminieren. Daher liefert die Erfindung den Vorteil, dass eine signifikante Verringerung, wenn nicht Beseitigung, der zusätzlich zu einem Antistatikmittel auf die Faser aufgebrachten Gleitmittelmenge ermöglicht wird. Darüber hinaus ermöglichen die neuen erfindungsgemässen Fasern die Anwendung beliebiger zahlreicher Überappreturen, Antistatikappreturen und dergleichen, ohne die inhärente Hydrophobizität der erfindungsgemässen Fasern zu verschlechtern.
Für Non-woven-Produkte werden die Fasern dann auf Stapellängen von typischerweise im Bereich von etwa 5–350 mm geschnitten, und bevorzugte Längen sind etwa 25–250 mm, weiter bevorzugt 25–75 mm, und am meisten bevorzugt etwa 30–50 mm. Die Fasern weisen vorzugsweise einen gleichförmigen Denier in den zuvor beschriebenen Bereichen auf, obwohl gemischte Deniers für bestimmte Anwendungen bei Bedarf verwendet werden können.
Die Überprüfung des hydrostatischen Drucks (z. B. wie unten in Beispiel 6 beschrieben durchgeführt) dieser Stapelfasern liefert vorzugsweise einen Wert von mindestens etwa 100 mm, weiter bevorzugt mindestens etwa 135 mm, noch weiter bevorzugt mindestens etwa 170 mm, wenn nicht noch mehr.
Die gekräuselten Fasern in Stapellänge werden dann kardiert, zu einem Non-woven-Netz geformt und unter Anwendung einer beliebigen aus verschiedenen im Stand der Technik bekannten Techniken verdichtet, einschliesslich durch thermisches Bonden, Vernadeln, Wasserstrahlverfilzen und dergleichen. Die Kardierung wird vorzugsweise unter Verwendung eines kontinuierlichen Bandes durchgeführt, und die Bindung wird vorzugsweise durch den Kontakt mit einer erwärmten Kalandrierwalze bewirkt. Andere Verfahren zum thermischen Bonden schliessen andere typische Wärmequellen (z. B. Heissluft, Heizlampen), Schall- (Ultraschall) und Laserbonding ein. Das Non-woven-Textil besitzt ein Basisgewicht von etwa 6–108 g/m² und einer Querfestigkeit von mindestens etwa 1,93 N/5 cm (Newton pro 5 Zentimeter; 150 g/inch) mit einer Bindungsfläche von mindestens etwa 10%. Weiter bevorzugt sind die Fasern geeignet, zu einem Non-woven-Textil mit einem Basisgewicht von etwa 12–36 g/m² und einer Richtungsfestigkeit von mindestens etwa 3,86 N/5 cm mit einer thermischen Bindungsfläche von 15–45% ausgebildet zu werden, und am meisten bevorzugt sind die Fasern geeignet, zu einem Non-woven-Textil mit einem Basisgewicht von etwa 18–36 g/m² und einer Richtungsfestigkeit von mindestens etwa 6,755 N/5 cm mit einer thermischen Bindungsfläche von etwa 18–30% ausgebildet zu werden.
Die vorliegenden Fasern in Form von gekräuselten Stapelfasern liefern Non-woven-Artikel mit einer höheren Festigkeit, da sie im Gegensatz zu anderen Fasern kein hydrophobes Silicon auf der Faseroberfläche aufweisen, das mit der Faser-Faser-Bindung zur Herstellung des Non-woven-Artikels interferiert. Die erfindungsgemässen, intern geschmierten Fasern sind so geschmiert, dass die Verarbeitungsgeschwindigkeiten erhöht sind, dass Non-woven Artikel mit höheren Bindungsfestigkeiten bereitgestellt werden, und sie weisen eine verbesserte Hydrophobizität auf, was zu verbesserten hydrophoben Non-woven-Artikeln führt.
Die Faser besitzt vorzugsweise eine Absinkzeit (ASTM D-1117-79) von mindestens etwa 0,8 Stunden, und das Non-woven-Textil besitzt einen prozentualen Ablaufwert (wie unten beschrieben) von mindestens etwa 80%. Weiter bevorzugt hat die Faser eine Absinkzeit von mindestens etwa 4 Stunden, und das Non-woven-Textil zeigt einen prozentualen Ablaufwert von mindestens etwa 85%. Am meisten bevorzugt hat die Faser eine Absinkzeit von mindestens etwa 20 Stunden, und das Non-woven-Textil hat einen prozentualen Ablaufwert von mindestens etwa 90%.
Die erfindungsgemässen Fasern können unter typischen kommerziellen Verarbeitungsbedingungen verarbeitet werden. Die Herstellung der Faser wird vorzugsweise mit mindestens etwa 200 lb/std, weiter bevorzugt mit mindestens etwa 1.000 lb/std, und am meisten bevorzugt mit mindestens etwa 1.500 lb/std hergestellt.
Wie beschrieben, liefert die Erfindung eine normalerweise hydrophobe Polyolefinfaser, insbesondere eine solche, die aus Polypropylen besteht, die eine verbesserte Hydrophobizität besitzt. Diese verbesserte Eigenschaft, insbesondere wenn sie mit einer Gleitmittelzusammensetzung wie den vorliegenden Siloxanen erzielt wird, verbessert die Flüssigkeitsbarriereeigenschaften der Faser und der daraus hergestellten Artikel (sowohl gewebt als auch Non-woven). Diese verbesserte Eigenschaft ermöglicht auch die Verwendung von wässrigen (z. B. hydrophilen) und stärker umweltfreundlichen Appreturen zur Bereitstellung von Antistatik-, Schmier- und anderen Eigenschaften auf der Faseroberfläche.
Die vorliegenden Fasern können zu gewebten und Non-woven-Herstellungsartikel verarbeitet werden. Während den verschiedenen Stufen einer solchen Verarbeitung sind die Fasern geeignet zur Behandlung mit Spinnappreturen, Zwischenverarbeitungsappreturen und Überappreturen, wie in verschiedenen zuvor genannten Patenten und Anmeldungen, die hierin durch Bezugnahme eingeschlossen sind, beschrieben, und wie es für bestimmte Verarbeitungsschemata zur Erzielung eines gewünschten Artikels wünschenswert sein mag.
Verschiedene bestimmte erfindungsgemässe Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die nachfolgenden spezifischen Beispiele beschrieben, die zur Illustration der Erfindung dienen sollen, und die Erfindung nicht auf bestimmte Materialien und Bedingungen, wie beschrieben, beschränken.
BEISPIELE 1A UND 1B
Polypropylenharz (Schmelzflussindex: 12 g/10 min, erhältlich von Himont, Inc. Wilmington, DE) wurde mit 0,05 Gew.-% (Beispiel 1A) und 0,30 Gew.-% (Beispiel 1B) Polydimethylsiloxan mit einem Molekulargewicht von 17.250 und einer Viskosität von 500 cS (Centistokes) vermischt. Die Mischung wurde geschmolzen und zu Multifilamentfasern mit feinem Denier versponnen. Auf die Fasern wurde eine Spinnappretur, die Polyethylenglykol 400-Monolaurat und Polyoxyethylen-5-tridecylphosphat, neutralisiert mit Diethanolamin (erhältlich als LUROL PP-912 von G. A. Goulston Co., Monroe, NC), in einer Menge von etwa 0,3 Gew.-% auf Basis des Gewichts der Faser aufgebracht. Diese Fasern wurden auf 2,42 dtex verstreckt und dann gekräuselt. Nach dem Kräuseln wurde eine hydrophobe Appretur, die einen neutralisierten Phosphorsäureester (bezeichnet als LUROL^® AS-Y, erhältlich von G. A. Goulston Co., Monroe, NC) und Poly(dimethylsiloxan) (erhältlich von Union Carbide Chemical Co., Danbury, CT) umfasste, aufgebracht, und die Fasern wurden zu 37,5 mm-Stapelfasern geschnitten.
Die Stapelfasern wurden dann bei einer Maschinengeschwindigkeit von 76,2 m/min zu einem Non-woven-Netz kardiert und dann unter Verwendung eines erwärmten Kalanders zu einem Textilnetz (etwa 15 Bindungsfläche) mit einem Basisgewicht von 24 g/m² gebondet, die Maschinengeschwindigkeit und das Textilgewicht waren typisch für einen kommerziellen Betrieb.
BEISPIELE 2A UND 2B
Nach der gleichen allgemeinen Vorgehensweise wie für die Beispiele 1A und 1B beschrieben, wurde Polypropylenharz mit 0,50 bzw. 1,0 Gew.-% Poly(dimethylsiloxan) mit einem Molekulargewicht von 62.700 und einer Viskosität von 10.000 cS vermischt und zu Stapelfasern verarbeitet.
BEISPIELE 3A, 3B, 3C und 3D
Nach der gleichen allgemeinen Vorgehensweise wie für die Beispiele 1A und 1B beschrieben, wurde Polypropylenharz mit 0,1, 0,3, 0,5 bzw. 1,0 Gew.-% Poly(dimethylsiloxan) mit einem Molekulargewicht von 139.000 und einer Viskosität von 100.000 cS vermischt und zu Stapelfasern verarbeitet.
BEISPIELE 4A, 4B und 4C
Nach der gleichen allgemeinen Vorgehensweise wie für die Beispiele 1A und 1B beschrieben, wurde Polypropylenharz mit 0,1, 0,3 bzw. 0,5 Gew.-% Poly(methylphenylsiloxan) mit einem Molekulargewicht von 2.600 und einer Viskosität von 500 cS vermischt und zu Stapelfasern verarbeitet.
BEISPIEL 5
Nach der gleichen allgemeinen Vorgehensweise wurde eine Kontrollfaser durch Vermischen von Polypropylenflocken mit einem Antioxidationsmittel und Calciumstearat hergestellt und zu Stapelfasern verarbeitet.
In allen zuvor genannten Beispielen wurde die zuvor genannte LUROL PP-912-Zusammensetzung als Spinnappretur vor dem Kräuseln auf die Faser aufgebracht. Diese Fasern waren wie in Tabelle 1 gezeigt gekennzeichnet.
TABELLE 1
Die verschiedenen Fasern, die in diesen Beispielen hergestellt wurden, wurden dann bezüglich der Absinkzeiten und des Textilablaufs getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Der Absinkzeittest (ASTM D-1117-79) wird zur Charakterisierung des Vernetzungsgrads von Fasern durch Bestimmung der Zeit bestimmt, in der 5 g einer Probe, die in einem 3 g-Korb enthalten sind, unter die Wasseroberfläche absinken. Der Textilablauftest wird wie folgt durchgeführt. Eine 27,5 × 12,5 cm grosse Probe aus Non-woven-Textil wird mit der rauhen Seite (d. h. Musterseite) nach oben über zwei Blätter aus Eaton-Dikeman #939-Papier von 12,5 × 26,9 cm Länge aufgelegt; das Textil und die beiden Papierblätter werden auf ein Brett mit 10% Neigung plaziert, die Spitze eines Trenntrichters wird 2,5 cm von der Oberseite des Textils und 2,5 cm. oberhalb des Zentrums der Textilprobe plaziert; ein gewogenes Papierhandtuch wird über und 0,625 cm vom Ende der Probe plaziert; der Trenntrichter wird mit 25 ml synthetischem Urin gefüllt, der Trichterstopfen wird geöffnet und der Ablauf wird auf dem zuvor gewogenen Papier aufgenommen; das nasse Papier wird auf die nächsten 0,1 g gewogen, und der Ablaufprozentsatz wird berechnet. Der Test wird fünfmal durchgeführt und der Durchschnitt wird bestimmt. Je höher der prozentuale Ablaufwert, desto grösser die Hydrophobizität des Textils.
TABELLE 2
Wie in Tabelle 2 gezeigt, wurden die erfindungsgemässen Stapelfasern nach 2-stündigem Kontakt in Wasser nicht benetzt (d. h. die Absinkzeiten waren grösser als 2 Stunden), und darüber hinaus zeigte das Textil Ablaufwerte von mehr als 90%, typischerweise mehr als 95% Ablauf des synthetischen Urins. Im Gegensatz dazu zeigten die Stapelfasern und Textilproben aus der Kontrolle (Beispiel 5) eine schlechte Hydrophobizität, wie aus den Absinkzeiten und den Ablaufdaten aus Tabelle 2 ersichtlich.
BEISPIEL 6A
Die folgenden Bestandteile wurden in einer Henschel-Mühle vermischt: Polypropylenharz (wie oben angegeben, mit einem Schmelzflussindex von 12 g/10 min); 1,3 Gew.-% Poly(dimethylsiloxan) mit einer Viskosität von 10.000 cS und einem Molekulargewicht von etwa 62.700; 0,02 Gew.-% Antioxidans (IRGAFOS 168, erhältlich von Ciba Geigy Corp., Additive Division, Ardsely, NY), 0,05 Gew.-% Calciumstearat und 0,20 Gew.-% Titandioxid. Die resultierende Mischung wurde durch eine Spinndüse zu Feindenier-multiplen- wie gesponnen-Fasern extrudiert. Eine Spinnappretur, die 2,0% neutralisierten Phosphorsäureester (LUROL AS-Y) in Wasser umfasste, wurde auf die wie gesponnenen Fasern in einer Menge von 0,05% auf Basis der getrockneten Faser mit der darauf befindlichen Appretur aufgebracht. Die Faser wurde auf 2,2 dpf (2,4 dtex) gestreckt, gekräuselt und dann wurde eine Antistatik-Überappretur aus LUROL AS-Y (wie oben beschrieben) in einer Menge von 0,08% auf die gekräuselte Faser aufgebracht. Die Fasern wurden dann zu 37,4 mm Stapelfasern geschnitten. Auf die Fasern wurde kein topisches Gleitmittel (Appretur oder sonstwie) aufgebracht.
Die Stapelfasern wurden mit einer kommerziellen Maschinengeschwindigkeit von 76,2 m/min zu einem Non-woven-Netz kardiert und dann unter Verwendung eines erwärmten Kalanders zu einem Textilnetz mit einem Basisgewicht von 24 g/m² gebondet (etwa 15% Bindungsfläche). Die Maschinengeschwindigkeit und das Textilgewicht waren typisch für einen kommerziellen Betrieb.
Auch ohne die Verwendung eines topischen Gleitmittels zu irgendeinem Zeitpunkt des Betriebs wurden die Fasern mit kommerziellen Geschwindigkeiten und ohne Schwierigkeiten verarbeitet (z. B. gesponnen, gestreckt, gekräuselt und kardiert). Die Fasern und das Non-woven-Textil wiesen exzellente hydrophobe Eigenschaften auf: eine Absinkzeit von mehr als 24 Stunden; einen durchschnittlichen Textilablauf von 98%; und einen hydrostatischen Druck von 100 mm für das Textil und 175 mm für die Fasern. Der Textilablauf und die Absinkzeiten wurden wie oben beschrieben bestimmt.
Der hydrostatische Druck wurde mit einer modifizierten "Suter"-Vorrichtung in Form eines alternativen Verfahrens zu einer AATCC 1952-18 British Standard 2823-Vorrichtung bestimmt. Der hydrostatische Druck wurde oben auf die kardierte Stapelfaser ausgeübt und durch eine ansteigende Wassersäule mit einer Geschwindigkeit von 290 cm³/min gesteuert. Der Stapelfaserhalter war 3,7 cm (Innendurchmesser) × 3,0 cm lang mit einem Sieb im oberen Ende und einem Verschluss mit mehreren Löchern, die den Durchfluss von Wasser ermöglichten. Der Durchmesser der kontaktierten Faserprobe betrug 3,7 cm. Ein Spiegel war so angebracht, dass die Unterseite der Faserprobe beobachtet werden konnte. Die Wassersäulenhöhe über dem Probesieb betrug 60,0 cm × 3,7 cm (Innendurchmesser), und Wasser wurde in die Säule durch ein vertikales Loch von 0,5 cm Durchmesser 2,0 cm oberhalb des Probensiebs zugeführt. 0,5 cm oberhalb des Probensiebs der Säule wurde ein Loch mit 0,5 cm Durchmesser zur Entfernung des Wassers nach jedem Test plaziert. Zum Start des Tests wurde das Säulenablaufloch verstopft, und 5 g kardierte Fasern wurden in den Probenhalter gegeben und darin fest zusammengedrückt. Dann wurde Wasser in die Säule gepumpt bis die Säule durchleckte. Der Test wurde fünfmal wiederholt. Zusätzlich wurden kardierte und gebondete Textilien unter Verwendung eines Textilprobenhalters mit den gleichen Dimensionen wie der Faserprobenhalter getestet. Zur Untersuchung von Textil wurde ein 10 × 10 cm grosses Textilstück in dem Probenhalter plaziert und am Boden der Säule festgeklemmt.
BEISPIEL 6B
Die Feindenier-wie gesponnenen Fasern, die wie in Beispiel 6A beschrieben hergestellt wurden, wurden zur Bestimmung des Kontaktwinkels im Vergleich zu Kontrollfasern untersucht. Wie in Beispiel 6A festgehalten, schlossen die untersuchten Fasern 1,3 Gew.-% internes Poly(dimethylsiloxan) ein. Die Kontrollfasern wurden durch Schmelzverspinnen einer Polypropylen-Homopolymerzusammensetzung, die 0,03 Gew.-% IRGAFOS 168-Antioxidans, 0,1 Gew.-% Calciumstearat-Säurebinder und 0,06 Gew.-% Titania enthielt, hergestellt.
Von der wie gesponnenen Faser aus Beispiel 6A wurde ein etwa 5,5 inch (14 cm) langes Stück abgeschnitten. Ein Ende der Faser wurde an einem Platinsenker (ein Senkblei) befestigt, und das andere Ende wurde an einem Haken angeklebt; der Kleber wurde über Nacht getrocknet.
Aus Wasser, dem 1 Gew.-% Zonyllösung zugegeben wurde, wurde eine Lösung hergestellt; Zonyl ist eine Marke für ein Fluortensid-Benetzungsmittel, das erhältlich ist von E. I. DuPont de Nemours & Co. (Wilmington, DE). Das Wasser war deionisiertes Wasser mit einer minimalen Oberflächenspannung von etwa 71 dyn/cm. Der Literaturwert für die Oberflächenspannung einer 1%-igen wässrigen Zonyltensidlösung ist 17,4 dyn/cm.
Wie oben beschrieben, ist der Kontaktwinkel θ abhängig von (i) der Benetzungskraft zwischen der Benetzungsflüssigkeit und der Oberfläche, deren Eigenschaften gemessen werden sollen, und (ii) der Oberflächenspannung der Benetzungsflüssigkeit; diese Beziehung ist definiert durch die Wilhelmy-Gleichung θ = cos^–1[F_W ∻ γP]. Das System, in dem diese Parameter gemessen werden, schliesst eine zu testende Faserprobe und ein Flüssigkeitsbad, in dem die Faser teilweise vorliegt, ein; da die Faser und die Flüssigkeit relativ zueinander in Richtung der Schwerkraft bewegt werden, ist die Gesamtkraft auf der Faser F_T die Summe auf der Benetzungskraft F_W und der Auftriebskraft F_B. Für diese Fasern wies die verwendete Vorrichtung eine motorgetriebene bewegliche Bühne auf, auf der ein Behälter mit der Benetzungsflüssigkeit bewegt wurde und über dem die vorbereitete Faser (am Haken festgeklebt) aufgehängt war; diese Vorrichtung war in einem Käfig befindlich, die die Materialien von Luftströmungen abschirmte. Die Faser wurde an einer Waage aufgehängt, die mit einer Elektrowaage kommunizierte, die Kommunikationsschnittstelle war ferner mit einem Desktop-Computer, einem Drucker hierfür und einem Kurvenschreiber verbunden.
Kurz gesagt wurde die Oberflächenspannung des Wassers und der Tensidlösung gemessen; der Durchschnittswert der Oberflächenspannung des Wassers betrug 72 dyn/cm und für das Tensid wurde der Literaturwert verwendet. Dann wurde mit der über dem Benetzungsflüssigkeitsbehälter aufgehängten Faser die Bühne angehoben, wodurch die Faser in die Benetzungsflüssigkeit eintauchte, bis das Senkblei gerade eingetaucht war, und die Vorrichtung wurde dann auf Null-Werte eingestellt. Danach wurde die Bühne mit der Benetzungsflüssigkeit weiter aufwärts bewegt, und das neue Fasergewicht wurde bei sich bewegender Bühne aufgezeichnet (dies wird durch die automatisierte Elektrowaage, die erhältlich ist von Cahn Instrument Company, bewirkt); da die Faser hierdurch in die Benetzungsflüssigkeit eingetaucht wird, ist dies eine Messung des ansteigenden Kontaktwinkels (im Gegensatz zum absinkenden Kontaktwinkel, wenn die Faser aus der Benetzungsflüssigkeit herausgezogen wird). Mit dem ersten Fasergewicht (proportional zur Gesamtkraft F_T) und dem zweiten Fasergewicht während des ansteigenden Kontaktwinkels (Auftriebskraft F_B) kann die Benetzungskraft F_W algebraisch bestimmt werden. Messungen des Faserumfangs und der Oberflächenspannung der Benetzungsflüssigkeit in Kombination mit der Wilhelmy-Gleichung liefern den ansteigenden Kontaktwinkel. Die resultierenden Messungen des ansteigenden Kontaktwinkels sind in Tabelle 6B gezeigt.
TABELLE 6B
Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, wies keine der Kontrollfasern einen zunehmenden Kontaktwinkel von etwa 95° oder mehr auf, wohingegen die erfindungsgemässen Fasern stets einen zunehmenden Kontaktwinkel von etwa 95° oder mehr zeigten. Der durchschnittliche zunehmende Kontaktwinkel der erfindungsgemässen Fasern ist etwa 15% grösser als der der Kontrolle. Ferner ist ersichtlich, dass die intrinsische Hydrophobizität der Kontrollfasern durch die vorliegende Erfindung erhöht wird.
BEISPIEL 6C
Unter Verwendung der gleichen Feindenierfasern, die wie oben beschrieben gemäss Beispiel 6A hergestellt wurden, wurden die Fasern mit Kontrollfasern zur Bestimmung der Menge des extrahierten Gleitmittels, sofern messbar, verglichen. Die erfindungsgemässen Fasern wurden mit einer kommerziell erhältlichen T-190^TM-Polypropylenfaser (erhältlich von Hercules Incorporated, Wilmington, DE) mit einer typischen topischen Polysiloxan-Appreturzusammensetzung, die auf die Oberfläche der Faser aufgebracht ist, verglichen.
Zum Zeitpunkt dieses Vergleichstests waren die erfindungsgemässen Fasern, die 1,3 Gew.-% internes Poly(dimethylsiloxan)-Gleitmittel enthielten, etwa 2½ Jahre alt (d. h. es waren seit dem Verspinnen etwa 2½ Jahre vergangen), und die Kontrollfasern waren wenig älter als 1 Jahr.
Für jeden Test wurde eine 4 g-Faserprobe auf die nächsten 0,0001 g ausgewogen und in eine Extraktionshülse gegeben. Etwa 50 ml Methylenchlorid (CH₂Cl₂) wurden in die Hülse gegossen und konnten in eine unter der Hülse befindliche Aluminiumtasse abtropfen; nach Beendigung des Gravitationstropfens wurde ein Druck angelegt (etwa 40 psi), bis das Tropfen vollständig aufhörte.
Die Faser wurde dann aus der Hülse entfernt, auf ein Aluminiumfolienblatt plaziert und bis zur Trockene auf einem Dampfbad erwärmt.
Der Extrakt in der Tasse wurde auf dem Dampfbad zur Trockene erwärmt. Der extrahierte Rückstand wurde durch Vermischen mit 1,5 ml m-Xylol (dreimal) aufgelöst und dann durch Zugabe von m-Xylol auf ein Gesamtvolumen von 10 ml gebracht.
Eine Reihe von Standards wurde hergestellt durch Auswiegen von Poly(dimethylsiloxan) (PDMS) auf die nächsten 0,0001 g in getrennten Kolben und Vermischen mit m-Xylol, wie in Tabelle 6C-1 gezeigt.
TABELLE 6C-1
Das Infrarotspektrum von 4.000–625 cm^–1 wurde für jeden dieser Standards in einer 0,5 mm CaCl₂-Zelle gegen m-Xylol als Referenz bezeichnet. Der Xylol-Hintergrund wurde von jede Messung abgezogen. Die Absorbanz bei 1.260 cm^–1 zwischen der Peakmaximalmessung und der Grundlinie (zwischen 1.300 und 1200 cm^–1; die SiCH₃-Bande liegt im allgemeinen zwischen 1.260 und 1.265 cm^–1) wurde gemessen und dann gegen die Volumen-PDMS-Werte (0,0004, 0,0008 usw.) aufgetragen. Zur Berechnung der Steigung und des Achsenabschnitts dieser Eichkurve wurde eine lineare Regressionsanalyse verwendet; die Steigung wurde zu 0,02292 bestimmt.
Nach Erstellung dieser Referenzkurve wurden die Originalextraktproben, nun in 10 ml Xylollösung, in einem Infrarotspektrometer mit dem Extrakt in einer 0,5 mm-Probenzelle und reinem m-Xylol in der Referenzzelle gemessen. Von 1.283–1.235 cm^–1 wurde eine tangentiale Grundlinie gezogen und die Peakhöhe bei 1.260 cm^–1 wurde bestimmt. Der Gewichtsprozentsatz an PDMS in dem Extrakt wurde aus der Gleichung A ∻ X = mg Silicon im Extrakt bestimmt, worin A die Absorbanz und X der Koeffizientenfaktor (0,02292) ist, und 0,1 × [mg Silicon] ∻ [Probengewicht (g)] ist der Prozentwert der extrahierten Siliconappretur.
Im Durchschnitt wurden 0,05% PDMS (auf Fasergewichtbasis) von den erfindungsgemässen Fasern extrahiert, und aus den Kontrollfasern wurden 0,12% PDMS extrahiert. Wie oben bemerkt, werden topische Siliconappreturen typischerweise in Mengen von 0,1–0,2 Gew.-% aufgebracht. Folglich wurde weitestgehend das gesamte Gleitmittel, das auf die Oberfläche der Kontrollfasern aufgebracht war, extrahiert. Im Gegensatz dazu lieferte die Extraktion der erfindungsgemässen Fasern, die 1,3 Gew.-% Polysiloxan enthielten, nach 2½ Jahren nur 0,05% PDMS. Während man im Stand der Technik erwartet haben dürfte, dass das interne Polysiloxan zur Faseroberfläche gewandert ist, steht die Extraktion nach 2 Jahren von nur etwa 4% des anfänglichen Polysiloxans in der Faser einer solchen Erwartung entgegen und ist eine signifikante Verbesserung gegenüber der nahezu 100%-igen Entfernung des Polysiloxans von der Oberfläche der oberflächenmodifizierten Fasern. Daher werden erfindungsgemäss Polyolefinfasern mit einem im wesentlichen nicht-extrahierbaren internen Gleitmittel, vorzugsweise mit der Formel X-A¹-[Si(A²R¹)(A³R²)-O-]_z-A⁴-Y, wie hierin definiert, bereitgestellt.
Voranstehend wurden verschiedene erfindungsgemässe Ausführungsformen beschrieben, und nach dem Durchlesen dieser Beschreibung mögen dem Fachmann Zusätze, Auslassungen und Ersatzmöglichkeiten für bestimmte Komponenten und Modifikationen bestimmter Prozessparameter in den Sinn kommen; derartig Variationen sind als in den Umfang und Geist der Erfindung, wie sie durch die nachfolgenden Ansprüche definiert sind, eingeschlossen anzusehen.

Claims

Polyolefinhaltige Faser, die gebildet wird aus einer Mischung, die ein Polyolefin und ein Polysiloxan der Formel X-[Si(R¹)(R²)-O-]_z-Y umfasst, worin X und Y unabhängig voneinander ausgewählt sind aus aliphatischen Gruppen, die nicht mehr als 22 Kohlenstoffatome aufweisen, und Ethern davon, z liegt im Bereich von 10–50 oder mehr, und (a) R¹ und R² sind unabhängig voneinander ausgewählt aus aliphatischen Gruppen mit nicht mehr als 22 Kohlenstoffatomen, und das Polysiloxan besitzt ein Molekulargewicht von mindestens 15.000, oder (b) eines von R¹ und R² ist eine Arengruppe und die andere ist ein Arengruppe oder ist wie unter (a) definiert.
Faser gemäss Anspruch 1, worin das Polyolefin Polyethylen, Polypropylen, ein Ethylen-Propylen-Copolymer oder eine Mischung davon ist.
Faser gemäss Anspruch 2, worin das Polyolefin Polypropylen ist.
Faser gemäss Anspruch 2, worin das Polyolefin 5–95 Gew.-% Polypropylen und 95–5 Gew.-% Polyethylen umfasst.
Faser gemäss Anspruch 4, die ungefähr gleiche Mengen Polyethylen und Polypropylen umfasst.
Faser gemäss Anspruch 4, die 75–95% Polyethylen und 25–5% Polypropylen umfasst.
Faser gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, worin R¹ und R² unabhängig voneinander ausgewählt sind aus (i) substituierten oder unsubstituierten aliphatischen Gruppen mit 1–8 Kohlenstoffatomen und (ii) Arengruppen, die gegebenenfalls mit bis zu 3 aliphatischen Gruppen substituiert sind, die jeweils 1–3 Kohlenstoffatome aufweisen.
Faser gemäss Anspruch 7, worin R¹ und R² unabhängig voneinander ausgewählt sind aus (i) aliphatischen Gruppen mit 1–3 Kohlenstoffatomen und (ii) Arengruppen.
Faser gemäss Anspruch 8, worin R¹ Methyl und R² Phenyl ist.
Faser gemäss Anspruch 7, worin R¹ und R² unabhängig voneinander ausgewählt sind aus aliphatischen Gruppen mit 1–3 Kohlenstoffatomen.
Faser gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, worin das Polysiloxan ein Molekulargewicht im Bereich von 15.000–450.000 aufweist.
Faser gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 in Form einer Stapelfaser.
Faser gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, die ferner eine hydrophile Appreturbeschichtung umfasst.
Faser gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, die ferner eine antistatische Appreturbeschichtung umfasst.
Faser gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, die in Form einer Monofilamentfaser oder eines Multifilamentgarns oder eines Spinnvlies-Non-wovens oder eines schmelzgeblasenen Non-wovens oder eines Seils bereitgestellt wird.
Faser gemäss Anspruch 15, die als Non-woven-Artikel bereitgestellt wird, der kardierte und gebondete Stapelfasern gemäss Anspruch 1 umfasst.
Intern geschmierte, wie gesponnene polyolefinhaltige Fasern mit einem intrinsischen Kontaktwinkel, der grösser ist als derjenige einer Faser aus der gleichen polyolefinhaltigen Zusammensetzung ohne das interne Gleitmittel, die intern geschmierte Faser umfasst als internes Gleitmittel bis zu 10 Gew.-% eines Polysiloxans der allgemeinen Formel X-[Si(R¹)(R²)-O-]_z-Y, worin X und Y unabhängig voneinander ausgewählt sind aus aliphatischen Gruppen mit nicht mehr als 22 Kohlenstoffatomen und Ethern davon, z ist ausreichend gross, das Polysiloxan hydrophob zu machen, und (a) R¹ und R² sind unabhängig voneinander ausgewählt aus aliphatischen Gruppen mit nicht mehr als 22 Kohlenstoffatomen und das Polysiloxan besitzt ein Molekulargewicht von mindestens ungefähr 15.000, oder (b) eines von R¹ und R² ist eine Arengruppe und das andere ist eine Arengruppe oder ist wie in (a) definiert.
Faser gemäss Anspruch 17, worin das Polyolefin gemäss mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6 definiert ist.
Faser gemäss Anspruch 17 oder 18, worin das Polysiloxan gemäss mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11 definiert ist.
Faser gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, worin die Faseroberfläche im wesentlichen frei von Emulgatoren und Lösungsmitteln ist.
Faser gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, die einen hydrostatischen Druck ("hydrostatic head") von mindestens 62 mm aufweist.
Faser gemäss Anspruch 21, die einen hydrostatischen Druck von mindestens 102 mm aufweist.
Spinnbare Polymerschmelze, die ein polyolefinhaltiges Polymer und ein Polysiloxan der Formel X-[Si(R¹)(R²)-O-]_z-Y umfasst, worin X und Y unabhängig voneinander ausgewählt sind aus aliphatischen Gruppen, die nicht mehr als 22 Kohlenstoffatome aufweisen, und Ethern davon, z liegt im Bereich von 10–50 oder mehr, und (a) R¹ und R² sind unabhängig voneinander ausgewählt aus aliphatischen Gruppen mit nicht mehr als 22 Kohlenstoffatomen, und das Polysiloxan besitzt ein Molekulargewicht von mindestens 15.000, oder (b) eines von R¹ und R² ist eine Arengruppe und die andere ist ein Arengruppe oder ist wie unter (a) definiert.
Verfahren zur Herstellung eines Artikels, das (A) die Bereitstellung einer spinnbaren Polymerschmelze gemäss Anspruch 23 und (B) das Verspinnen der Schmelze in eine wie gesponnene Faser umfasst.
Verfahren gemäss Anspruch 24, das ferner das Verstrecken der wie gesponnenen Faser zur Herstellung eines gezogenen Faser umfasst.
Verfahren gemäss Anspruch 25, das ferner das Schneiden der gezogenen Faser zu Stapelfasern umfasst.
Verfahren gemäss Anspruch 26, das ferner das Kräuseln der gezogenen Faser zur Herstellung gekräuselter Stapelfasern umfasst.
Verfahren gemäss Anspruch 27, das ferner die Kardierung der gekräuselten Stapelfasern zu einem Netzwerk und das Bonden des Netzwerkes unter Herstellung eines Non-woven-Artikels umfasst.
Verfahren gemäss Anspruch 28, worin der Non-woven-Artikel einen durchschnittlichen Ablauf ("runoff") von mindestens 50% aufweist.
Verfahren gemäss Anspruch 28, das ferner die Schritte des Verarbeitens des Non-woven-Artikels in einen Teil eines Hygieneartikels, ausgewählt aus Einwegwindeln, Inkontinenzeinlagen und Menstruationsartikeln umfasst.
Verfahren gemäss Anspruch 30, worin der Non-woven-Artikel einen durchschnittlichen Ablauf von mindestens 90% aufweist.
Mehrkomponentenfaser mit mindestens zwei diskreten Komponenten, die in einer gewünschten Konfiguration angeordnet sind, mindestens eine dieser Komponenten umfasst eine polyolefinhaltige Zusammensetzung, die gebildet ist aus einer Mischung, die ein Polyolefin und bis zu 10 Gew.-% der Zusammensetzung eines hydrophoben Polysiloxans der Formel X-[Si(R¹)(R²)-O-]_z-Y umfasst, worin X und Y unabhängig voneinander ausgewählt sind aus aliphatischen Gruppen, die nicht mehr als 22 Kohlenstoffatome aufweisen, und Ethern davon, z liegt im Bereich von 10–50 oder mehr, und (a) R¹ und R² sind unabhängig voneinander ausgewählt aus aliphatischen Gruppen mit nicht mehr als 22 Kohlenstoffatomen, und das Polysiloxan besitzt ein Molekulargewicht von mindestens 15.000, oder (b) eines von R¹ und R² ist eine Arengruppe und die andere ist ein Arengruppe oder ist wie unter (a) definiert.
Mehrkomponentenfaser gemäss Anspruch 32, worin die Faser eine Bikomponentenfaser ist, die in Hüllen-Kern-Konfiguration bereitgestellt ist.
Bikomponentenfaser gemäss Anspruch 33, worin die Hüllenkomponente das Polyolefin und das Polysiloxan umfasst.
Bikomponentenfaser gemäss Anspruch 34, worin das Polyolefin ausgewählt ist aus Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylen-Copolymeren und Mischungen daraus.
Bikomponentenfaser gemäss Anspruch 35, worin die Kernkomponente Poly(ethylenterephthalat) umfasst.
Faser gemäss mindestens einem der Ansprüche 32 bis 36 in Form einer Stapelfaser.
Hygieneartikel, ausgewählt aus Einwegwindeln, Inkontinenzeinlagen und Menstruationsartikeln, der Artikel umfasst einen Non-woven-Artikel, der im wesentlichen aus einem gebondeten Netzwerk aus Fasern in Stapelform besteht, die Fasern sind polyolefinhaltige Fasern, die gebildet werden aus einer Mischung, die ein Polyolefin und bis zu 10 Gew.-% eines Polysiloxans der allgemeinen Formel X-[Si(R¹)(R²)-O-]_z-Y umfasst, worin X und Y unabhängig voneinander ausgewählt sind aus aliphatischen Gruppen, die nicht mehr als 22 Kohlenstoffatome aufweisen, und Ethern davon, z liegt im Bereich von 10–50 oder mehr, und (a) R¹ und R² sind unabhängig voneinander ausgewählt aus aliphatischen Gruppen mit nicht mehr als 22 Kohlenstoffatomen, und das Polysiloxan besitzt ein Molekulargewicht von mindestens 15.000, oder (b) eines von R¹ und R² ist eine Arengruppe und die andere ist ein Arengruppe oder ist wie unter (a) definiert.
Hergestellter Artikel, ausgewählt aus Non-woven- und gewebten Artikeln, der Artikel umfasst polyolefinhaltige Fasern, die gebildet werden aus einer Mischung, die ein Polyolefin und bis zu 10 Gew.-% eines Polysiloxans der allgemeinen Formel X-[Si(R¹)(R²)-O-]_z-Y umfasst, worin X und Y unabhängig voneinander ausgewählt sind aus aliphatischen Gruppen, die nicht mehr als 22 Kohlenstoffatome aufweisen, und Ethern davon, z liegt im Bereich von 10–50 oder mehr, und (a) R¹ und R² sind unabhängig voneinander ausgewählt aus aliphatischen Gruppen mit nicht mehr als 22 Kohlenstoffatomen, und das Polysiloxan besitzt ein Molekulargewicht von mindestens 15.000, oder (b) eines von R¹ und R² ist eine Arengruppe und die andere ist ein Arengruppe oder ist wie unter (a) definiert.
Wie gesponnene schmelzgesponnene Faser, die gebildet wird aus einer Mischung, die ein Polyolefin und ein Polysiloxan umfasst, die Faser besitzt einen intrinsischen Kontaktwinkel, der grösser ist als derjenige einer wie gesponnenen schmelzgesponnenen Faser, der das Polysiloxan fehlt, und die Faser ist im wesentlichen frei von Emulgatoren und Tensiden auf ihrer Oberfläche, das Polysiloxan weist die allgemeine Formel X-[Si(R¹)(R²)-O-]_z-Y auf, worin X und Y unabhängig voneinander ausgewählt sind aus aliphatischen Gruppen, die nicht mehr als 22 Kohlenstoffatome aufweisen, und Ethern davon, z liegt im Bereich von 10–50 oder mehr, und (a) R¹ und R² sind unabhängig voneinander ausgewählt aus aliphatischen Gruppen mit nicht mehr als 22 Kohlenstoffatomen, und das Polysiloxan besitzt ein Molekulargewicht von mindestens 15.000, oder (b) eines von R¹ und R² ist eine Arengruppe und die andere ist ein Arengruppe oder ist wie unter (a) definiert.
Faser gemäss Anspruch 40, worin das Polyolefin mindestens 50 Gew.-% Polypropylen oder Polyethylen umfasst.
Faser gemäss Anspruch 40 oder 41 in Form einer Bikomponentenfaser, die ausgewählt ist (a) nebeneinander angeordneten Konfigurationen, wobei jede Seite das Polyolefin und das Polysiloxan umfasst, und (b) Hülle-Kern-Konfigurationen, worin mindestens die Hülle das Polyolefin und das Polysiloxan umfasst.
Faser gemäss mindestens einem der Ansprüche 40 bis 42, worin die wie gesponnene Faser einen modifizierten Sutertest (ansteigende Wassersäule) von mindestens 30 aufweist.
Faser gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22, 32 bis 37 oder 40 bis 43, die ein Faserdenier von 0,11–44 dtex aufweist.
Faser gemäss Anspruch 44, worin der Denierwert 0,55–6,6 dtex beträgt.
Faser gemäss Anspruch 45, worin der Denierwert 1,1–3,3 dtex beträgt.
Faser gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22, 32 bis 37 oder 40 bis 46, worin die Faser eine gekräuselte Faser ist.
Faser gemäss Anspruch 47, worin die Faser an eine weitere solche Faser gebondet ist.
Herstellungsartikel, der ein Non-woven-Textil umfasst, das kardierte und gebondete Stapelfasern umfasst, die Stapelfasern umfassen eine innige Mischung aus Polyolefin und einem damit kompatiblen Polysiloxan, die Oberfläche der Fasern ist im wesentlichen frei von Emulgatoren und Tensiden, das Non-woven-Textil weist einen durchschnittlichen Textilablauf von mindestens 30% auf, und die Fasern sind gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 22, 32 bis 37 oder 40 bis 48 definiert.
Artikel gemäss Anspruch 49, worin das Textil einen durchschnittlichen Ablauf von mindestens 50% aufweist.
Artikel gemäss Anspruch 50, worin das Textil einen durchschnittlichen Ablauf von mindestens 70% aufweist.
Artikel gemäss Anspruch 51, worin das Textil einen durchschnittlichen Ablauf von ungefähr 90% aufweist.
Artikel gemäss mindestens einem der Ansprüche 48 bis 52, worin das Non-woven-Textil ein Grundgewicht von 6–108 g/m² aufweist.
Artikel gemäss Anspruch 53, worin das Grundgewicht 12–36 g/m² beträgt.
Artikel gemäss Anspruch 54, worin das Grundgewicht 18–32 g/m² beträgt.