DE69717275T2

DE69717275T2 - Verfahren zur herstellung von feinen fasern und damit hergestellte textilien

Info

Publication number: DE69717275T2
Application number: DE69717275T
Authority: DE
Inventors: Daniel Pike; Anthony Sasse
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2017-06-25
Also published as: DE69717275D1; KR100462734B1; EP0910687A1; KR20000023690A; WO1998001607A1; US5895710A; CN1225143A; EP0910687B1; CA2256414A1; AU3642097A; CN1093893C; AU714350B2; BR9710212A; CA2256414C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feintitrigen Fasern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von feintitrigen gespaltenen Fasern.
Vlies- und Webstoffe, welche gespaltene oder fibrillierte feine Fasern enthalten, legen sehr wünschenswerte Eigenschaften an den Tag, welche Textur-, Barriere-, Festigkeits- und visuelle Eigenschaften umfassen. Es gibt verschiedene bekannte Verfahren zur Herstellung von gespaltenen feinen Fasern und im Allgemeinen werden gespaltene Fasern aus konjugierten Fasern, welche zwei oder mehr inkompatible Polymerkomponenten enthalten, oder aus einem axial orientierten Film hergestellt. Zum Beispiel umfasst eine bekannte Methode zur Herstellung von gespaltenen Faserstrukturen die folgenden Schritte auf: Umformen von spaltbaren konjugierten Filamenten in einen Stoff und anschließendes Behandeln des Stoffes mit einer wässrigen Benzylalkohol- oder Phenylethylalkoholemulsion, um die konjugierten Filamente zu spalten. Eine andere bekannte Methode weist die folgenden Schritte auf: Umformen von spaltbaren konjugierten Filamenten in eine Faserstruktur und anschließendes Spalten der konjugierten Filamente durch Biegen oder mechanisches Bearbeiten der Filamente im Trockenzustand oder in Gegenwart einer heißen wässrigen Lösung. JP 06 248 519 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von konjugierten Fasern, welche durch Bilden von konjugierten Faserkomponenten gefolgt durch Durchführen konjugierten Spinnens fein spaltbar sind. Die konjugierten Fasern werden durch Ziehen der nicht gezogenen Garne, welche durch Schmelzspinnen gewonnen werden, erzeugt. Die gezogenen Garne werden danach mit unter Druck gesetztem Wasser fibrilliert. Eine weitere handelsübliche verwendete Methode zur Herstellung von gespaltenen feintitrigen Fasern ist ein Benadelungsverfahren. Bei diesem Verfahren werden konjugierte Fasern hydraulisch oder mechanisch benadelt, um die verschiedenen Polymerkomponenten der konjugierten Fasern zu trennen. Eine weitere Methode zur Herstellung von feinen Fasern, auch wenn es kein Faserspaltungsverfahren sein mag, verwendet konjugierte Fasern, welche eine lösungsmittel- oder wasserlösliche Polymerkomponente enthalten. Zum Beispiel wird eine Faserstruktur aus konjugierten Mantel-Kern-Fasern hergestellt und wird die Faserstruktur dann mit einem Lösungsmittel behandelt, welches die Mantelkomponente löst, um eine Faserstruktur von feintitrigen Fasern der Kernkomponente herzustellen.
Obwohl nach dem Stand der Technik verschiedene Verfahren, einschließlich der zuvor beschriebenen Verfahren, zur Herstellung von gespaltenen oder fibrillierten feintitrigen Fasern bekannt sind, weist jedes der Verfahren des Standes der Technik einen oder mehr Nachteile auf, welche umfassen: die Verwendung von Chemikalien, welche Entsorgungsprobleme hervorrufen können; eine lange Fibrillierungsveredelungszeit; und/oder ein aufwendiges hydraulisches oder mechanisches Faserspaltungsverfahren. Folglich sind die Herstellungsverfahren für gespaltene Fasern nach dem Stand der Technik nicht sehr wirtschaftlich und sind nicht sehr gut geeignet für Produktionen großtechnischen Maßstabs. Außerdem neigen die Verfahren nach dem Stand der Technik nicht dazu, gespaltene Fasern einheitlich herzustellen und/oder stellen keine hohen Faserspaltungsniveaus bereit.
Es besteht nach wie vor ein Bedarf an einem Herstellungsverfahren, das wirtschaftlich und nicht umweltschädigend ist und das hohe Faserspaltungsniveaus bereitstellt. Außerdem besteht nach wie vor ein Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von feinen Fasern, das kontinuierlich ist und in gewerbsmäßigen Großproduktionen verwendet werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den davon abhängigen Ansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Vor-Ort-Verfahren zur Herstellung von gespaltenen Filamenten bereit. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Schmelzspinnen, wie beispielsweise durch ein Spinnbindungsverfahren, von konjugierten Multikomponentenfilamenten umfassend eine Vielzahl getrennter Querschnittsegmente entlang ihrer Länge, wobei wenigstens einige benachbarte Segmente aus inkompatiblen Kompositionen sind, von welchen eine hydrophil ist, und Ziehen derselben in Gegenwart eines heißen wässrigen spaltungsinduzierenden Mediums, so dass die Segmente zu feintitrigen Fasern, welche in Vliesstoffe umgeformt werden können, dissoziieren. Die spaltbaren Fasern, welche durch eine derartige Vielzahl von Segmenten gebildet werden, und Vliesstoffe, welche die resultierenden gespaltenen Fasern umfassen, werden durch die Erfindung ebenfalls bereitgestellt.
Der Begriff "Dampf", wie hierin verwendet, bezieht sich sowohl auf Dampf als auch auf ein Gemisch aus Dampf und Luft, sofern nicht anders angegeben. Der Begriff "wässriges Medium", wie hierin verwendet, bezeichnet ein flüssiges oder gasförmiges Medium, das Wasser oder Dampf enthält. Der Begriff "Fasern", wie hierin verwendet, bezieht sich sowohl auf Fasern in Stapellänge als auch auf Endlosfilamente, sofern nicht anders angegeben. Der Begriff "spinngebundener Faservliesstoff" bezieht sich auf einen Faservliesstoff von Filamenten kleinen Durchmessers, welche gebildet werden durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Polymers als Filamente aus einer Vielzahl von Kapillaren einer Spinndüse. Die extrudierten Filamente werden gekühlt, während sie durch einen Auslass- oder anderen wohl bekannten Ziehmechanismus gezogen werden. Die gezogenen Filamente werden auf eine ungeordnete isotrope Weise auf einer Formfläche abgesetzt oder abgelegt, um eine lose verflochtene Faserbahn zu bilden, und dann wird die abgelegte Faserbahn einem Bindungsverfahren unterzogen, um räumliche Integrität und Formbeständigkeit zu erteilen. Die Herstellung von spinngebundenen Stoffen wird zum Beispiel in U.S. Pat. Nos. 4,340,563 an Appel et al., 3,802,817 an Matsuki et al. und 3,692,618 an Dorschner et al. offenbart. Normalerweise weisen spinngebundene Fasern ein längenbezogenes Gewicht von über 0,2 Tex (2 Denier) und bis zu ungefähr 0,7 Tex (6 Denier) oder mehr auf, obwohl feinere spinngebundene Fasern hergestellt werden können. Der Begriff "Stapelfasern", wie hierin verwendet, bezieht sich auf diskontinuierliche Fasern, welche normalerweise einen durchschnittlichen Durchmesser haben, der ähnlich dem oder etwas kleiner als der von spinngebundenen Fasern ist. Stapelfasern werden mittels eines herkömmlichen Faserspinnverfahrens hergestellt und dann auf eine Stapellänge, kürzer als ungefähr 20,3 cm (8 Zoll), zugeschnitten. Derartige Stapelfasern werden anschließend kardiert oder luftabgelegt und thermisch oder mit Klebstoff verbunden, um einen Vliesstoff zu bilden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Spaltungssystems gemäß der Erfindung.
Fig. 2 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel, welches Bindemittel umfasst.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt ein Vor-Ort-Verfahren zur Herstellung von gespaltenen Filamenten bereit. Das Verfahren weist die Schritte des Spinnens spaltbarer konjugierter Filamente und des Spaltens der Filamente vor der Weiterverarbeitung der gespaltenen Filamente zum Beispiel zu Vliesbahnen, Textilfilamenten oder Stapelfasern auf. Der Begriff "Filamentspinnverfahren", wie hierin verwendet, bezeichnet ein herkömmliches Filamentspinnverfahren, wie beispielsweise Spinnbinden, wobei eine Spinndüse und ein Filamentziehmittel verwendet werden, um Filamente zu bilden. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bilden von Filamenten durch Passieren von schmelzverarbeiteten Polymerkompositionen durch eine Spinndüse, Abkühlen der Filamente, um die Filamente im Wesentlichen zu verfestigen, und anschließendes Passieren der gekühlten Filamente durch eine Zieheinheit, um die Filamente zu verfeinern und den Polymeren der Filamente eine Molekularorientierung zu verleihen. Die Verfeinerungskraft kann zwar mechanisch angelegt werden, z. B. mit Keilwalzen wie bei einem Herstellungsverfahren für Endlosfilamente, erfolgt aber vorzugsweise pneumatisch, z. B. mit einer pneumatischen Faserzieheinheit wie bei einem Herstellungsverfahren für spinngebundene Filamente. Der Begriff "im Wesentlichen verfestigt", wie hierin verwendet, zeigt an, dass wenigstens 50% des Komponentenpolymers der Filamente sich verfestigt haben und die Oberflächentemperatur der Filamente niedriger ist als der Schmelzpunkt (Tm) des niedrigstschmelzenden Komponentenpolymers. Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält jedes der spaltbaren Filamente wenigstens zwei inkompatible polymere Komponentenkompositionen und ist wenigstens eine dieser Komponentenkompositionen hydrophil. Außerdem sind die Komponentenkompositionen so angeordnet, dass sie getrennte Segmente quer durch den Querschnitt des Filaments entlang der Länge davon einnehmen und wenigstens ein Segment des Faserquerschnitts eine nicht einschließende Konfiguration bildet, so dass das Segment räumlich nicht daran gehindert wird, vom Filament getrennt zu werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein herkömmliches Spinnverfahren für konjugierte Filamente modifiziert, um die konjugierten Filamente der vorliegenden Erfindung zu spalten. Die Modifizierung umfasst den Schritt des Auftragens eines heißen wässrigen spaltungsinduzierenden Mediums auf die Filamente, nachdem die Filamente sich im Wesentlichen verfestigt haben. Wünschenswerterweise haben die Filamente sich völlig verfestigt, bevor sie dem spaltungsinduzierenden Medium ausgesetzt werden. Das spaltungsinduzierende Medium wird unmittelbar vor oder während des Filamentziehschritts aufgetragen.
Die wässrigen spaltungsinduzierenden Medien, welche für die Erfindung geeignet sind, umfassen heißes Wasser, wünschenswerterweise heißes Wasser mit einer Temperatur von wenigstens ungefähr 60ºC. Vorzugsweise weist das Wasser eine Temperatur von zwischen ungefähr 65ºC und 100ºC auf. Zusätzliche geeignete Medien sind Dampf und Gemische aus Dampf und Luft, welche eine Temperatur von über 60ºC, aber unter der Schmelztemperatur des niedrigstschmelzenden Polymers der konjugierten Faser aufweisen. Wenn ein Medium aus einem Dampf- und Luftgemisch verwendet wird, kann die Temperatur der Luft, die mit dem Dampf gemischt wird, verstellt werden, um die Temperatur des fibrillierungsinduzierenden Mediums zu ändern. Zum Beispiel kann die Temperatur der Luft erhöht werden, um die Temperatur des Dampf-Luftgemisches weiter zu erhöhen.
Der Vorgang des Aussetzens dem wässrigen spaltungsinduzierenden Medium wird hinsichtlich der Temperatur und der Verweilzeit kontrolliert, um zu verhindern, dass die Temperatur der Fasern über den Schmelzpunkt der niedrigstschmelzenden Komponente steigt.
Mit Blick auf Fig. 1 ist ein mechanisches Ziehverfahren zur Herstellung von Endlosfilamenten veranschaulicht, welches den Schritt des Auftragens eines heißen wässrigen spaltungsinduzierenden Mediums aufweist. Die Vorrichtung 10 zur Herstellung gespaltener Filamente umfasst eine Spinndüse 12 mit Spinnöffnungen, durch welche wenigstens zwei schmelzverarbeitete Polymerkompositionen zugeführt werden, um konjugierte Filamente 14 zu bilden. Die schmelzverarbeiteten Polymerkompositionen in jedem der Filamente 14 sind so angeordnet, dass sie getrennte Segmente quer durch den Querschnitt des Filaments entlang der Länge davon einnehmen. Die Kompositionen kühlen ab und verfestigen sich mit zunehmender Entfernung der Filamente von der Spinndüse 12. Im Allgemeinen wird die Abkühlung der Filamente 14 durch einen querverlaufenden Strom von Kühlluft 16 gefördert, so dass die Filamente sich im Wesentlichen verfestigt haben, wenn sie eine Konvergenzführung 18 erreichen. Die Filamente werden dann einem Keilwalzen- oder Spannwalzenziehsystem 20 zugeführt. Obwohl nicht bevorzugt, kann ein Keilwalzensystem 20 verwendet werden, um eine Senkkraft auf die Filamente anzulegen, um zu ziehen und den Komponentenpolymeren der Filamente eine Molekularorientierung zu verleihen. Unter dem Keilwalzensystem 20 ist ein Einspritzmittel 22 für ein wässriges Medium in der Nähe zu den gezogenen Filamenten angeordnet. Das Einspritzmittel 22 trägt ein wässriges spaltungsinduzierendes Medium auf die Filamente auf, so dass die Filamente mit dem Medium vollkommen erfüllt werden, während sie unter einer Zugkraft stehen, und die Segmente des Filaments sich in gespaltene Filamente spalten. Die gespaltenen Filamente werden dann zu Garnen, Stapelfasern, Seilen und dergleichen weiterverarbeitet. Das spaltungsinduzierende Medium, das vom Einspritzmittel 22 geliefert wird, kann zum Beispiel Dampf, ein Gemisch aus Dampf und Luft oder heißes Wasser sein.
Fig. 2 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung von pneumatisch gezogenen Filamenten, welches durch den Schritt des Auftragens eines heißen wässrigen spaltungsinduzierenden Mediums modifiziert ist. Insbesondere veranschaulicht Fig. 2 ein Verfahren zur Herstellung von spinngebundenen Vliesbahnen, welches das spaltungsinduzierende Medium während des Anlegens der Zugkraft aufträgt. Das Verfahren verwendet eine Spinndüsenvorrichtung 42 zur Herstellung von Filamenten ähnlich der zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Herstellung von Endlosfilamenten. Die Spinnbindungsvorrichtung verwendet jedoch eine pneumatische Zieheinheit 30 anstelle der Keilwalzen. Allgemein beschrieben weist die pneumatische Zieheinheit 30 einen länglichen vertikalen Durchgang auf, durch welchen die Filamente passiert werden. In dem vertikalen Durchgang wird eine Zugkraft auf die Filamente angelegt durch einen Hochgeschwindigkeitsstrom von Ziehfluid 32, z. B. Luft, welche von den Seiten des Durchgangs eintritt und durch den Durchgang nach unten strömt. Geeignete pneumatische Zieheinheiten für Spinnbindungsvorrichtungen werden zum Beispiel in U.S. Pat. Nos. 3,692,618 an Dorschner et al., 4,340,563 an Appel et al. und 3,802,817 an Matsuki et al. offenbart. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Filamentziehluft und das spaltungsinduzierende Medium durch die pneumatische Zieheinheit 30 gleichzeitig angewendet, wodurch das Ziehen und Spalten die konjugierten Filamente gleichzeitig erfolgt. Die Ziehluft und das spaltungsinduzierende Medium können als ein Gemisch geliefert werden oder ein spaltungsinduzierendes Medium kann sowohl als die Ziehluft als auch das spaltungsinduzierende Medium verwendet werden.
Die gezogenen gespaltenen Filamente, welche die pneumatische Einheit 30 verlassen, können direkt auf einer Formfläche 34 auf ungeordnete Weise abgesetzt werden, um eine Vliesbahn 36 zu bilden. Die Vliesbahn wird dann unter Verwendung eines herkömmlichen Bindungsverfahrens, das für spinngebundene Bahnen geeignet ist, z. B. Kalanderbindungsverfahren, Punktbindungsverfahren und Ultraschallbindungsverfahren, gebunden, um der Bahn Festigkeitseigenschaften und räumliche Integrität zu verleihen. Außerdem kann ein Durchluftbindungsverfahren verwendet werden. Fig. 2 veranschaulicht des Weiteren ein beispielhaftes Bindungsverfahren - ein Musterbindungsverfahren. Das Musterbindungsverfahren setzt wenigstens zwei benachbart angeordnete Musterbindungswalzen 38, 40 ein, um in begrenzten Bereichen der Bahn durch Passieren der Bahn durch den Walzenspalt, der durch die Bindungswalzen 38, 40 gebildet wird, Bindungspunkte oder -regionen zu erteilen. Eine oder beide Walzen des Walzenpaars können ein Muster von Stegbereichen und Vertiefungen auf der Oberfläche aufweisen und können auf eine geeignete Temperatur erwärmt werden.
Die Bindungswalzentemperatur und der Walzenspaltdruck werden ausgewählt, um gebundene Regionen zu bewirken, und zwar ohne unerwünschte begleitende Nebenwirkungen, wie beispielsweise eine übermäßige Schrumpfung und Qualitätsverschlechterung der Bahn. Obwohl geeignete Walzentemperaturen und Walzenspaltdrucke im Allgemeinen durch Parameter, wie beispielsweise Bahngeschwindigkeit, Bahnflächengewicht, Fasereigenschaften, Komponentenpolymere und dergleichen, beeinflusst werden, ist die Walzentemperatur wünschenswerterweise im Bereich zwischen dem Erweichungspunkt und dem kristallinen Schmelzpunkt des niedrigstschmelzenden Komponentenpolymers. Wünschenswerte Einstellungen zum Binden einer Faserbahn, welche gespaltene Polypropylenfasern enthält, z. B. eine Bahn von gespaltenen Polypropylen- und Polyamidfasern, sind zum Beispiel eine Walzentemperatur im Bereich von ungefähr 125ºC bis ungefähr 160ºC und ein Walzenspaltdruck auf dem Stoff im Bereich von ungefähr 350 kg/cm² bis ungefähr 3.500 kg/cm². Andere beispielhafte Bindungsverfahren, welche für die vorliegende gespaltene Faserbahn geeignet sind, sind Durchluftbindungsverfahren, wenn die konjugierten Filamente aus Komponentenkompositionen mit verschiedenen Schmelzpunkten hergestellt werden. Ein typisches Durchluftbindungsverfahren legt einen Strom von Heißluft auf die gespaltene Faserbahn an, um die Temperatur der Bahn auf ein Niveau über dem Schmelzpunkt des niedrigstschmelzenden Polymers der Bahn, aber unter dem Schmelzpunkt des höchstschmelzenden Polymers der Bahn zu erhöhen. Ein Durchluftbindungsverfahren kann eingesetzt werden, um keinen bedeutenden Kompaktierungsdruck auszuüben, und ist infolgedessen zur Herstellung eines lose gebundenen Stoffs sehr gut geeignet, insbesondere wenn die Fasern gekräuselt sind.
Als ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung kann auch die pneumatische Zieheinheit eines Spinnbindungsverfahrens verwendet werden, um den Filamenten zusätzlich zum Ziehen und Spalten der Filamete Kräuseln zu verleihen, wenn die Komponentenpolymere für die konjugierten Filamente aus Polymeren mit verschiedenen thermischen Schrumpfungseigenschaften ausgewählt werden. Wenn konjugierte Filamente aus Polymeren mit verschiedenen Schrumpfungseigenschaften hergestellt werden, bilden sie eine latente Kräuselungsfähigkeit. Die latente Kräuselungsfähigkeit kann durch Verwendung von erwärmter Ziehluft oder -dampf in der pneumatischen Zieheinheit aktiviert werden. Die geeignete Temperatur von Ziehluft variiert in Abhängigkeit von den ausgewählten Komponentenpolymeren. Im Allgemeinen erzeugt eine höhere Temperatur ein höheres Kräuselungsniveau, vorausgesetzt, dass die Fluidtemperatur nicht so hoch ist, als dass die Komponentenpolymere schmelzen. US. Pat. No. 5,382,400 an Pike et al. offenbart ein geeignetes Verfahren zur Herstellung von konjugierten Fasern und daraus erzeugten Bahnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die spaltbaren konjugierten Filamente dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Komponentenpolymerkompositionen des konjugierten Filaments hydrophil ist. Hydrophile Polymere, welche für die vorliegenden Komponentenkompositionen von konjugierten Filamenten geeignet sind, umfassen sowohl hydrophile Polymere als auch hydrophiliemäßig modifizierte Polymere. Wenn hydrophobe oder ungenügend hydrophile Polymere verwendet werden, muss wenigstens eines der Polymere hydrophiliemäßig modifiziert werden. Wünschenswerterweise weist die hydrophile Polymerkomponente einen anfänglichen Kontaktwinkel gleich oder kleiner als ungefähr 80º, vorzugsweise gleich oder kleiner als ungefähr 75º, insbesondere gleich oder kleiner als ungefähr 60º und am besten gleich oder kleiner ungefähr 50º auf. Die Hydrophilie des hydrophilen Komponentenpolymers kann gemessen werden in Übereinstimmung mit der Kontaktwinkelprüftechnik ASTM D724-89 auf einem Film, der hergestellt wird durch Schmelzgießen des Polymers bei der Temperatur des Spinnpacks, das verwendet wird, um die konjugierten Filamente herzustellen. Der Begriff "anfänglicher Kontaktwinkel", wie hierin verwendet, bezeichnet eine Kontaktwinkelmessung, welche innerhalb von ungefähr 5 Sekunden ab Auftragen von Wassertropfen an einer Prüffilmprobe durchgeführt wurde.
Von Natur aus hydrophile Polymere, welche für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen thermoplastische Polymere mit der zuvor dargelegten Hydrophilie. Derartige Polymere umfassen Copolymere aus Caprolactam und Alkenoxiddiamin, z. B. Hydrofil®-Nylons, welche im Handel von Allied-Signal Inc. erhältlich sind; Copolymere aus Poly(oxyethylen) und Polyurethan, Polyamid, Polyester oder Polyharnstoff, z. B. saugfähige thermoplastische Polymere, welche in U.S. Pat. No. 4,767,825 an Pazos et al. offenbart werden; Ethylenvinylalkoholcopolymere und dergleichen, welche in U.S. Pat. No. 4,767,825 offenbart werden.
Hydrophiliemäßig modifizierbare Polymere, welche für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen Polyolefine, Polyester, Polyamide, Polycarbonate und Copolymere und Mischungen davon. Geeignete Polyolefine umfassen Polyethylen, z. B. Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen mittlerer Dichte, Polyethylen geringer Dichte und Linearpolyethylen geringer Dichte; Polypropylen, z. B. isotaktisches Polypropylen, syndiotaktisches Polypropylen, Mischungen aus isotaktischem Polypropylen und ataktischem Polypropylen und Mischungen davon; Polybutylen, z. B. Poly(1-buten) und Poly(2-buten); Polypenten, z. B. Poly(1- penten) und Poly(2-penten); Poly(3-methyl-1-penten); Poly(4-methyl-1-penten); und Copolymere und Mischungen davon. Geeignete Copolymere umfassen statistische und Blockcopolymere, welche aus zwei oder mehr verschiedenen ungesättigten Olefinmonomeren, wie beispielsweise Ethylen/Propylen- und Ethylen/Butylen-Copolymeren, hergestellt werden. Geeignete Polyamide umfassen Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 4/6, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 6/10, Nylon 6/12, Nylon 12/12, Copolymere aus Caprolactam und Alkenoxiddiamin und dergleichen, sowie Mischungen und Copolymere davon. Geeignete Polyester umfassen Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat, Polytetramethylenterephtalat, polycyclisches Hexylen-1,4-dimethylterephtalat und Isophtalatcopolymere davon, sowie Mischungen davon.
Gemäß der vorliegenden Erfindung muss das Polymer hydrophiliemäßig oder benetzbarkeitsmäßig modifiziert werden, wenn ein hydrophobes oder ungenügend hydrophiles Polymer als die hydrophile Komponente der spaltbaren konjugierten Faser gewählt wird. Ein nützliches Mittel zum Modifizieren des Polymers ist das Beigeben eines hydrophilen Modifikationszusatzes oder hydrophilen Modifizierers, welcher das Polymer hydrophil macht. Geeignete hydrophile Modifizierer umfassen verschiedene oberflächenaktive Mittel. In Abhängigkeit vom Endzweck des gespaltenen Fasermaterials können die oberflächenaktiven Mittel flüchtig oder nicht flüchtig sein. Flüchtige oberflächenaktive Mittel, d. h., oberflächenaktive Mittel, die von der Faseroberfläche abgewaschen werden, eignen sich, wenn die gespaltenen Fasern verwendet werden bei einfachen Aussetzungsanwendungen oder Anwendungen, bei welchen Nichtbenetzbarkeits- oder Hydrophobieeigenschaften erwünscht sind, und nicht flüchtige oberflächenaktive Mittel, d. h., oberflächenaktive Mittel, welche permanent oder semipermanent an der Faseroberfläche haften, eignen sich, wenn die gespaltenen Fasern verwendet werden bei Anwendungen, bei welchen Benetzbarkeits- oder Hydrophilieeigenschaften höherer Lebensdauer erwünscht sind. Außerdem werden besonders geeignete innerlich beigegebene oberflächenaktive Mittel so ausgewählt, dass sie eine geringe Kompatibilität mit dem Polymer der hydrophilen Komponente der Faser aufweisen, da derartige oberflächenaktive Mittel während des Faserspinnverfahrens leicht zur Oberfläche der Faser wandern. Wenn ein oberflächenaktives Mittel mit einer langsamen Wandereigenschaft verwendet wird, kann es sein, dass die Fasern wärmebehandelt oder geglüht werden müssen, um die Wanderung des oberflächenaktiven Mittels zur Oberfläche zu erleichtern. Solch eine Wärmebehandlung ist als ein "Ausblühungs"-Verfahren bekannt. Veranschaulichende Beispiele von geeigneten oberflächenaktiven Mitteln umfassen oberflächenaktive Mittel auf Siliciumbasis, z. B. polyalkenoxidmodifiziertes Polydimethylsiloxan; fluoroaliphatische oberflächenaktive Mittel, z. B. Perfluoroalkylpolyalkenoxide; und andere oberflächenaktive Mittel, z. B. nicht ionische oberflächenaktive Mittel aus Acetylphenoxypolyethyloxyethanol, Alkylarylpolyetheralkohole und Polyethylenoxide. Im Handel erhältliche oberflächenaktive Mittel, welche für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen verschiedene oberflächenaktive Mittel auf Poly(ethylenoxid)-Basis, welche unter dem Handelsnamen Triton®, z. B. Klasse X-102, von Rohm and Haas Corp. erhältlich sind; verschiedene oberflächenaktive Mittel auf Polyethylenglycol-Basis, welche unter dem Handelsnamen Emerest®, z. B. Klassen 2620 und 2650, von Emery Industries erhältlich sind; verschiedene oberflächenaktive Mittel auf der Basis von polyalkenoxidmodifiziertem Polydimethylsiloxan, welche unter dem Handelsnamen Masil®, z. B. SF-19, von Mazer erhältlich sind; Polyalkenoxid-Fettsäurederivate, welche unter dem Handelsnamen PEG®, z. B. PEG 400, von ICI erhältlich sind; Sorbitanmonooleat, z. B. Span 80, welches von ICI erhältlich ist; ethoxyliertes hydroxyliertes Rizinusöl, z. B. G1292, welches von ICI erhältlich ist; ein Gemisch aus Sorbitanmonooleat und ethoxyliertem hydroxyliertem Rizinusöl, z. B. Ahcovel® Base N62, welches von ICI erhältlich ist; polyoxylalkenmodifizierte fluoroalphatische oberflächenaktive Mittel, welche z. B. von Minnesota Mining and Manufacturing Co. erhältlich sind; und Gemische davon.
Die erforderliche Menge von oberflächenaktiven Mitteln und die Hydrophilie von modifizierten Filamenten für jede Anwendung variiert in Abhängigkeit von der Art des oberflächenaktiven Mittels und der Art des Polymers, welche verwendet werden. Im Allgemeinen führen Filamente, welche hidrophilere oder hydrophiliemäßig modifiziertere Polymerkomponenten enthalten, zu spontanerer Spaltung. Folglich kann der Polymerkomposition der konjugierten Fasern ein hohes Niveau oberflächenaktiven Mittels beigegeben werden, vorausgesetzt, dass das Niveau des oberflächenaktiven Mittels nicht zu hoch ist, um die Verarbeitbarkeit der Polymerkomposition negativ zu beeinflussen. Normalerweise ist die Menge des oberflächenaktiven Mittels, welche für die vorliegende Faserkomposition geeignet ist, im Bereich von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-% und wünschenswerterweise von ungefähr 0,3 Gew.-% bis ungefähr 4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polymerkomposition. Das oberflächenaktive Mittel wird mit der Polymerkomposition vollkommen durchmischt, bevor die Komposition zu Filamenten verarbeitet wird. Wenn zum Beispiel ein Schmelzextrusionsverfahren zur Herstellung von Filamenten verwendet wird, wird das oberflächenaktive Mittel gemischt und schmelzextrudiert mit den Polymerkompositionen in Extrudern und dann zu Filamenten gesponnen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zusätzliche Komponentenpolymere für die konjugierten Filamente aus hydrophilen und hydrophoben thermoplastischen Polymeren, welche mit dem hydrophilen Komponentenpolymer der konjugierten Fasern inkompatibel sind, ausgewählt. Geeignete Polymere umfassen die zuvor veranschaulichten hydrophilen Polymere und hydrophobe Polymere, welche für die hydrophile Komponente geeignet sind, vorausgesetzt, dass sie mit dem hydrophilen Komponentenpolymer inkompatibel sind.
Der Begriff "inkompatible Polymere", wie hierin verwendet, bezeichnet Polymere, welche nicht bilden oder bleiben als eine mischbare Mischung, d. h., unmischbar, wenn schmelzgemischt. Als ein wünschenswertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden Differenzen im Polymerlöslichkeitsparameter (δ) verwendet, um inkompatible Polymere auf geeignete Weise auszuwählen. Die Polymerlöslichkeitsparameter (δ) verschiedener Polymere sind wohl bekannt. Eine Erörterung des Löslichkeitsparameters wird zum Beispiel in Polymer: Chemistry and Physics of Modern Materials, Seiten 142-145, von JMG Cowie; International Textbook Co., Ltd., 1973, offenbart. Wünschenswerterweise weisen die benachbart angeordneten Polymerkomponenten der vorliegenden konjugierten Faser eine Differenz im Löslichkeitsparameter von wenigstens ungefähr 1 (J/cm³)1/2 [0,5 (cal/cm³)1/2], vorzugsweise von wenigstens ungefähr 2 (J/cm³)1/2 [1 (cal/cm³)1/2] und am besten von wenigstens ungefähr 4 (J/cm³)1/2 [2 (cal/cm³)1/2] auf. Die Obergrenze der Löslichkeitsparameterdifferenz ist für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend, da je größer die Differenz, desto spontaner wird die Spaltung des Filaments.
Veranschaulichende Beispiele von besonders wünschenswerten Paaren von inkompatiblen Polymeren, welche für die vorliegende Erfindung nützlich sind, umfassen Polyolefin- Polyamid, z. B. Polyethylen-Nylon-6, Polyethylen-Nylon- 6/6, Polypropylen-Nylon-6, Polypropylen-Nylon-6/6, Polyethylen-a-copolymer aus Caprolactam und Alkenoxiddiamin und Polypropylen-a-copolymer aus Caprolactam und Alkenoxiddiamin; Polyolefin-Polyester, z. B. Polyethylen-polyethylenterephtalat, Polypropylen-polyethylenterephtalat, Polyethylen-polybutylenterephtalat und Polypropylenpolybutylenterephtalat; und Polyamid-Polyester, z. B. Nylon-6-polyethylenterephtalat, Nylon-6/6-polyethylenterephtalat, Nylon-6-polybutylenterephtalat, Nylon-6/6- polybutylenterephtalat, Polyethylenterephtalat-a-copolymer aus Caprolactam und Alkenoxiddiamin und Polybutylenterephtalat-a-copolymer aus Caprolactam und Alkenoxiddiamin.
Stoffe, welche gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, und Bahnen, welche die vorliegenden gespaltenen Filamente oder Stapelfasern enthalten, stellen eine Kombination von wünschenswerten Textureigenschaften herkömmlicher Mikrofaserstoffe und wünschenswerten Festigkeitseigenschaften hochorientierter Faserstoffe bereit. Insbesondere bei Spinnbindungsverfahren legt der gespaltene Faserstoff, welcher durch Spalten vor der Bahnbildung gewonnen wird, wünschenswerte Eigenschaften an den Tag, wie beispielsweise Einheitlichkeit des Stoffs, einheitlicher Faserbedeckungsgrad, Barriereeigenschaften und große Faseroberfläche, welche Mikrofaserstoffen ähnlich sind. Im Gegensatz zu Mikrofaserstoffen, wie beispielsweise schmelzgeblasenen Bahnen, legt der gespaltene Faserstoff außerdem auch sehr wünschenswerte Festigkeitseigenschaften, sowie wünschenswerten Griff und Weichheit an den Tag und kann so hergestellt werden, dass er verschiedene Offenheitsniveaus aufweist. Viele Verwendungsmöglichkeiten werden offensichtlich, wie beispielsweise Filtermedien, Sorptionsprodukte, Geotextilien, Haushaltstücher, Kunststoffpapier, Barriere- und atmungsaktive Barrierestoffe für Produkte für die persönliche Pflege und dergleichen.
Überdies ist das vorliegende Verfahren zur Herstellung von gespaltenen Fasern gegenüber den Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung von gespaltenen Fasern sehr vorteilhaft. Das vorliegende Verfahren ist ein flexibles Nichtkompaktierungsverfahren, welches verwendet werden kann, um gespaltene Faserstoffe mit einer großen Vielfalt von Offenheit und Dichte herzustellen. Im Gegensatz zu Benadelungsverfahren des Standes der Technik zum Spalten von Fasern, welche die weiterzuverarbeitende Bahn von Natur aus kompaktieren, wendet dass vorliegende Verfahren keine Kompaktierungskräfte an, um konjugierte Fasern zu spalten. Dementsprechend verändert das vorliegende Verfahren die Offenheit der weiterzuverarbeitenden Faserbahn oder -stoff während des Faserspaltungsverfahrens nicht. Außerdem opfert das vorliegende Verfahren die Festigkeitseigenschaften der weiterzuverarbeitenden Faserbahn nicht. Im Gegensatz zu Lösungsmittellösungsverfahren des Standes der Technik zur Herstellung feiner Fasern bewahrt das vorliegende Verfahren alle der Polymerkomponenten der weiterzuverarbeitenden konjugierten Fasern während des Faserspaltungsverfahrens. Folglich bewahrt das vorliegende Verfahren die Festigkeitseigenschaften der weiterzuverarbeitenden Bahn wenigstens oder verbessert sie sogar. Dies ist so, weil das vorliegende Verfahren die Polymerkomponenten der weiterzuverarbeitenden Bahn bewahrt, während die Anzahl von Fasersträngen zunimmt, und weil, wie bekannt ist, ein Stoff mit einer größeren Anzahl von Fasersträngen und infolgedessen mit feineren Fasern solider ist als ein grober Faserstoff desselben Polymers, desselben Flächengewichts und eines ähnlichen Niveaus von Molekularorientierung und -bindung.
Stoffe, welche gespaltene feine Fasern enthalten, welche die zuvor veranschaulichten wünschenswerten Eigenschaften an den Tag legen, sind sehr gut geeignet für verschiedene Verwendungszwecke, wie bereits erwähnt. Zum Beispiel sind Vliesstoffe, welche die gespaltenen feinen Fasern enthalten, sehr gut geeignet für verschiedene zusätzliche Verwendungszwecke, welche umfassen: Wegwerfartikel, z. B. Schutzbekleidung, Sterilisiertücher, Wischtücher und Abdeckungen für saugfähige Artikel; und Webstoffe, welche die gespaltenen feinen Fasern enthalten, welche eine stark verbesserte Weichheit und Einheitlichkeit an den Tag legen, sind sehr nützlich für weiche Kleidung, Staub- und Wischtücher und dergleichen.
Als ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der weiche solide feine Faserstoff als ein Laminat verwendet werden, das wenigstens eine Lage des feinen Faserstoffs und wenigstens eine zusätzliche Lage eines anderen Web- oder Vliesstoffs oder eines Films enthält. Die zusätzliche Lage für das Laminat wird gewählt, um zusätzliche und/oder ergänzende Eigenschaften, wie beispielsweise Flüssigkeits- und/oder Mikrobenbarriereeigenschaften, zu erteilen. Die Lagen des Laminats können gebunden werden, um eine Einheitenstruktur zu bilden, und zwar durch ein Bindungsverfahren, von dem bekannt ist, dass es für Laminatstrukturen geeignet ist, wie beispielsweise Thermo-, Ultraschall - oder Klebeverfahren.
Eine Laminatstruktur, welche für die vorliegende Erfindung sehr gut geeignet ist, wird in U.S. Pat. No. 4,041,203 to Brock et al. offenbart. In Adaptierung der Offenbarung von U.S. Pat. No. 4,041,203 kann ein in einem bestimmten Muster gebundenes Laminat aus wenigstens einer gespaltenen Endlosfilament-Vliesbahn, z. B. einer gespaltenen spinngebundenen konjugierten Faserbahn, und wenigstens einer Mikrofaser-Vliesbahn, z. B. einer schmelzgeblasenen Bahn, hergestellt werden; und ein derartiges Laminat kombiniert die Festigkeit und Weichheit des gespaltenen Faserstoffs und die atemaktiven Barriereeigenschaften der Mikrofaserbahn. Alternativerweise kann ein atemaktiver Film auf die feine Faserbahn laminiert werden, um ein atemaktives Barrierelaminat bereitzustellen, das eine wünschenswerte Kombination von nützlichen Eigenschaften, wie beispielsweise weiche Textur-, Festigkeits- und Barriereeigenschaften, an den Tag legt. Als noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der feine Faserstoff auf einen nicht atemaktiven Film laminiert werden, um ein solides Hochbarrierelaminat mit einer tuchähnlichen Textur bereitzustellen. Diese Laminatstrukturen stellen wünschenswerte tuchähnliche Textureigenschaften, verbesserte Festigkeitseigenschaften und Hochbarriereeigenschaften bereit. Die Laminatstrukturen sind folglich sehr gut geeignet für verschiedene Verwendungszwecke, welche umfassen: verschiedene Anwendungen mit Hautkontakt, wie beispielsweise Schutzbekleidung, Abdeckungen für Windeln, Pflegeprodukte für Erwachsene, Turnhosen und Hygienebinden, verschiedene Tücher und dergleichen.
Das folgende Beispiel wird zu Veranschaulichungszwecken bereitgestellt und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt.

Beispiel

Verwendeter hydrophiler Modifikationszusatz:
SF-19 - ethoxyliertes Polysiloxan, welches von Mazar erhältlich ist. SF-19 legte einen Kontaktwinkel von ungefähr 0º an den Tag.
Prüftechnik:
Kontaktwinkel - gemessen in Übereinstimmung mit ASTM D724-89 unter Verwendung einer Gießfolie von 0,05 mm, hergestellt aus 3445 Polypropylen von Exxon.
Es wurden gekräuselte konjugierte spinngebundene Filamente hergestellt, welche ein Ausgangs- oder Anfangs-Tex von ungefähr 0,2 (-Denier von ungefähr 2) aufwiesen und 50 Gew.-% Linearpolyethylen geringer Dichte und 50 Gew.-% Nylon 6 umfassten, sowie eine Nebeneinanderkonfiguration aufwiesen. Das Linearpolyethylen geringer Dichte (LLDPE) war ein LLDPE 6811A von Dow Chemical und das verwendete Nylon 6 war kundenspezifisch polymerisiertes Polycaprolactam, welches durch Nyltech, Manchester, NH, hergestellt wurde und eine relative Ameisensäureviskosität von ungefähr 1,85 aufwies. Das LLDPE wurde mit 2 Gew.-% TiO&sub2;-Konzentrat, das 50 Gew.-% TiO&sub2; und 50 Gew.-% Polypropylen enthielt, gemischt und das Gemisch wurde einem ersten einzelnen Schneckenextruder zugeführt. Zusätzlich wurden 2 Gew.-% des oberflächenaktiven Mittels SF-19, wie in Tabelle 1 angegeben, mit der LLDPE-Komposition gemischt, bevor die Komposition dem Extruder zugeführt wurde. Die Komposition für Beispiel 1 ist in Tabelle 1 dargestellt. Die Schmelztemperatur des LLDPE-Extrudats betrug ungefähr 232ºC und die Schmelztemperatur des Nylon-6-Extrudats betrug ungefähr 232ºC.
Die extrudierten Polymere wurden einer Bikomponentenspinndüse zugeführt und gemäß dem Verfahren zur Herstellung von spinngebundenen Bikomponentenfasern, welches in dem bereits erwähnten U.S.-Patent 5,382,400 offenbart wird, zu runden Bikomponentenfasern gesponnen. Die Bikomponentenspinndüse wies einen Spinnlochdurchmesser von ungefähr 0,6 mm und ein L/D-Verhältnis von 4 : 1 auf. Die Spinnlochdurchsatzrate betrug 0,5 Gramm/Loch/Minute. Die Spinndüse wurde bei 232ºC gehalten. Die Bikomponentenfilamente, welche die Spinndüse verließen, wurden durch einen Luftstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 m³/min/cm Spinndüsenbreite und einer Temperatur von 18ºC abgekühlt. Die Kühlluft wurde ungefähr 12,7 cm (5 Zoll) unter der Spinndüse angelegt und die abgekühlten Fasern wurden in eine Ansaugeinheit von der Art, welche im U.S.-Patent 3,802,817 to Matsuki et al. offenbart wird, gezogen. Die abgekühlten Filamente wurden mit der Strömung eines Luft- und Dampfgemisches von 50 : 50, welches auf ungefähr 93ºC erwärmt wurde, in die Ansaugeinheit gezogen, um gekräuselte Filamente von ungefähr 1 Denier nach dem Spalten zu erhalten. Die gezogenen Filamente wurden auf einer mit Löchern versehenen Formfläche abgesetzt, um eine lose gesponnene Bahn von Filamenten zu bilden. TABELLE 1
* Dies ist ein visuell geschätzter Prozentsatz, basierend auf dem Verhältnis der Anzahl konjugierter Fasern, welche gespalten wurden, zur Gesamtzahl der konjugierten Fasern.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung gespaltener Fasern, wobei das Verfahren umfasst:

a) Schmelzspinnen von konjugierten Mehrkomponentenfilamenten umfassend eine Vielzahl getrennter Querschnittssegmente entlang der Länge der Filamente, wobei benachbarte getrennte Segmente inkompatible Polymerkompositionen umfassen, wovon wenigstens eine hydrophil ist; und.

b) Ziehen der konjugierten Filamente in Gegenwart eines wässrigen fibrillierungsinduzierenden Mediums, um die Filamente zu spalten;

wobei die Segmente eine nicht einschließende Konfiguration haben, so dass die Segmente dissoziierbar sind, und wobei die Segmente in weniger als etwa 30 Sekunden dissoziieren, wenn sie mit einem heißen wässrigen fibrillierungsinduzierenden Medium in Berührung kommen.

2. Verfahren zur Herstellung gespaltener Fasern gemäß Anspruch 1, wobei die inkompatiblen Polymerkompositionen eine erste Polymerkomposition, welche ein erstes thermoplastisches Polymer umfasst, und eine zweite Polymerkomposition umfassen, welche ein zweites thermoplastisches Polymer umfasst, und wobei die ersten und zweiten Polymere ausgewählt sind aus Polyolefin-Polyamid-, Polyolefin-Polyester- und Polyamid-Polyesterpaaren.

3. Verfahren zur Herstellung gespaltener Fasern gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine der Polymerkompositionen ferner einen hydrophilen Modifizierer umfasst.

4. Verfahren zur Herstellung gespaltener Fasern gemäß Anspruch 3, wobei der hydrophile Modifizierer ein oberflächenaktives Mittel ist.

5. Verfahren zur Herstellung gespaltener Fasern gemäß Anspruch 4, wobei das oberflächenaktive Mittel einen Wasserkontaktwinkel bereitstellt, der gleich oder weniger ist als etwa 50º, wie in Übereinstimmung mit ASTM D724-89 gemessen.

6. Verfahren zur Herstellung gespaltener Fasern gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei wenigstens eine der ersten und zweiten Polymerkompositionen zwischen etwa 0,1% und etwa 5% des oberflächenaktiven Mittels umfasst, basierend auf dem Gesamtgewicht der Polymerkomposition.

7. Verfahren zur Herstellung gespaltener Fasern gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Polymerkompositionen eine Löslichkeitsparameterdifferenz von wenigstens etwa 1,0 (J/cm³)1/2 (0,5 (calthcm&supmin;³)1/2) aufweisen.

8. Verfahren zur Herstellung gespaltener Fasern gemäß einem der vorhergehenden Anspruche, wobei das heiße fibrillierungsinduzierende Medium Wasser oder Dampf mit einer Temperatur von wenigstens etwa 60ºC umfasst.

9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der schmelzspinnende Schritt a) durch Spinnbinden der konjugierten Multikomponentenfilamente ausgeführt wird.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den zusätzlichen Schritt des Verwendens der gespaltenen Fasern zur Herstellung eines Stoffes.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Stoff ein Hygieneprodukt oder eine Komponente daraus ist.

12. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Stoff ein Filtermedium oder eine Komponente daraus ist.