DE69837058T2

DE69837058T2 - Verwendung einer Teppichbeschichtungszusammensetzung und diese Zusammensetzung enthaltender Teppich

Info

Publication number: DE69837058T2
Application number: DE1998637058
Authority: DE
Inventors: David J. Simpsonville Lunsford
Original assignee: Celanese International Corp
Current assignee: Celanese International Corp
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: NO980985L; US5849389A; DE69837058D1; AU5641498A; NO319079B1; EP0864685B1; AU724898B2; NO980985D0; EP0864685A3; EP0864685A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Teppichbeschichtungszusammensetzungen, umfassend:

(a) ein Interpolymer, das in Mengen vorliegt, die wirksam sind, um als Bindemittel in der Teppichbeschichtungszusammensetzung zu fungieren, wobei das Interpolymer durch die Emulsionspolymerisation von 60 pphm bis 90 pphm eines Vinylester-Monomers mit einer Tg zwischen 20°C und 45°C, von 10 pphm bis 30 pphm Ethylen und von 1 bis 10 pphm eines im Wesentlichen nicht-reaktiven Monomers, das eine Tg von weniger als 10°C hat, hergestellt wird;
(b) Wasser und
(c) einen Emulgator, der in einer Menge vorliegt, die wirksam ist, um das Interpolymer in dem Wasser zu dispergieren, für Adhäsion von Polyvinylchlorid-Plastisol-Substraten in Teppichen.

Die zweckdienlichsten Teppiche umfassen eine primäre Stützschicht bzw. einen primären Rücken mit Garnbüscheln in der Form von geschnittenen oder ungeschnittenen Schlingen, die sich von der Stützschicht bzw. dem Rücken unter Bildung einer Floroberfläche nach oben erstrecken. Im Fall von Tuftingteppichen wird das Garn durch Tuftingnadeln in eine primäre Stützschicht insertiert, und es wird eine Vorbeschichtung oder ein Bindemittel darauf aufgetragen. Im Fall von Nicht-Tufting-Teppichen oder Teppichen mit gebundenem Flor werden die Fasern eingebettet und durch die Bindemittelzusammensetzung tatsächlich an ihrem Platz gehalten.
In beiden Fällen enthält die Teppichkonstruktion üblicherweise auch eine zweite Stützschicht, die an die primäre Stützschicht gebunden ist. Die zweite Stützschicht verleiht dem Teppich eine zusätzliche Polsterung, absorbiert Geräusche, fügt Dimensionsstabilität hinzu und fungiert oft als Wärmeisolator. Die zweite Stützschicht, typischerweise entweder ein Gewebe, z.B. Jute, oder eine Schaumstofffolie, ist durch eine Bindemittelzusammensetzung oder durch eine Klebeschicht, die auf die "tuft-lock"-beschichtete primäre Stützschicht aufgetragen ist, an die primäre Stützschicht laminiert. Ähnliche Techniken werden bei der Herstellung von fortlaufenden (gerollten) Teppichen wie auch von Teppichfliesen eingesetzt. Im Allgemeinen erfordern diese Anwendungen einen hohen Grad an Wasserbeständigkeit, ein Erfordernis, dem üblicherweise durch die Verwendung von Plastisol oder durch Zusatz von Schmelzkleber zu der primären und/oder sekundären Stützschicht Rechnung getragen wird. Die Verwendung von Plastisol stellt eine weitere Anforderung an das Bindemittel, das in der primären Beschichtung verwendet wird, nämlich dass das Bindemittel eine Zusammensetzung umfasst, an der das Plastisol eine gute Adhäsion haben wird.
Demnach sind die physikalischen Eigenschaften des Bindemittels wichtig, um erfolgreich als Teppichstützschichtbeschichtung bzw. Teppichrückenbeschichtung verwendet zu werden. Diesbezüglich gibt es eine Reihe von wichtigen Anforderungen, die von einer derartigen Beschichtung erfüllt werden müssen. Sie muss geeignet sein, um auf den Teppich aufgetragen zu werden und unter Verwendung der Verfahren und der Vorrichtung getrocknet zu werden, die herkömmlicherweise in der Teppichindustrie für eine Latexbeschichtung, z.B. Emulsion, verwendet werden. Sie muss eine ausgezeichnete Adhäsion an den Florfasern bereitstellen, um sicherzustellen, dass sie fest an der Stützschicht sind, sowohl in Tufting- als auch Nicht-Tufting-Konstruktionen. Die Beschichtung muss auch niedrige Rauchdichte-Werte und hohe Flammverzögerungseigenschaften haben und muss eine hohe Beladung mit Füllstoffen, z.B. Calciumcarbonat, Ton, Aluminiumtrihydrat, Baryt und Feldspat annehmen. Darüber hinaus muss die Beschichtung ausreichende Weichheit und Flexibilität, selbst bei hoher Füllstoffbeladung oder bei niedriger Temperatur, aufrechterhalten, um es zu ermöglichen, dass der Teppich, wenn er in fortlaufender Form hergestellt wird, leicht gerollt und während des Einbaus entrollt wird. Die Weichheits- und Flexibilitätseigenschaften werden dann in Abhängigkeit von der Art des Teppichs variieren, allerdings ist es in allen Fällen wichtig, dass die Teppichfliese flach liegen wird und keine Tendenz zeigt, sich zu wellen oder zu wölben.
EP A 0 191 460 offenbart eine Harzemulsion, umfassend ein Polymer, hergestellt durch die Emulsionspolymerisation von Vinylacetat, Vinylacetat und Ethylen oder Vinylchlorid und Ethylen in einem wässrigen Medium, das Polyvinylalkohol als Emulgiermittel und ein nichtionisches Redoxsystem enthält.
Das US-Patent 3 642 680 offenbart die Polymerisation von Vinylacetat und Ethylen in einer Emulsion einer kleinen Menge eines Impfpolymers, erhalten durch Copolymerisieren eines Esters oder Nitrils von Methacryl- oder Acrylsäure, gegebenenfalls mit einer polymerisierbaren Carbonsäure.
EP 0 795 591 A2 offenbart verbesserte Vinylacetat-Ethylen-Emulsionen zur Verwendung bei der Formulierung von Hochleistungs-Anstrichmitteln ohne die Notwendigkeit koaleszierender Lösungsmittel. Diese Latices basieren auf Co-Polymeren von Vinylacetat und Ethylen, die gegebenenfalls ein Comonomer, z.B. Alkylacrylat oder -methacrylat, enthalten.
Es wäre wünschenswert, eine Beschichtungszusammensetzung zur Verwendung bei der Herstellung von Teppichen und Teppichfliesen bereitzustellen, wobei die Beschichtungszusammensetzung eine überlegene Ausgewogenheit von Adhäsion an Poly(vinylchlorid) (im Folgenden PVC)-Plastisol, geringer Rauchentwicklung, hoher Flammbeständigkeit und Trocken- und Nass-Florbindungsfestigkeit aufweist. Außerdem müssen die Beschichtungszusammensetzungen fähig sein, eine sekundäre Stützschicht, z.B. PVC-Plastisol, Schmelzkleber, Gewebe, einen Schaumstoff oder einen festen Film oder eine andere Stützschichtzusammensetzung zu akzeptieren und daran permanent zu haften.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Teppichbeschichtungszusammensetzungen, umfassend:

(a) ein Interpolymer, das in Mengen vorliegt, die wirksam sind, um als Bindemittel in der Teppichbeschichtungszusammensetzung zu fungieren, wobei das Interpolymer durch die Emulsionspolymerisation von 60 pphm bis 90 pphm eines Vinylester-Monomers mit einer Tg zwischen 20°C und 45°C, von 10 pphm bis 30 pphm Ethylen und von 1 bis 10 pphm eines im Wesentlichen nicht-reaktiven Monomers, das eine Tg von weniger als 10°C hat, hergestellt wird;
(b) Wasser und
(c) einen Emulgator, der in einer Menge vorliegt, die wirksam ist, um das Interpolymer in dem Wasser zu dispergieren, für die Adhäsion von Polyvinylchlorid-Plastisol-Substraten in Teppichen.

Die Verwendung der Zusammensetzung kann auch ein Ingrediens, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Füllstoff, einem Verdickungsmittel, einem Entschäumer, einem Schaumerzeuger und einem Dispergiermittel, in Mengen umfassen, die wirksam sind, um ihre jeweilige vorgesehene Funktion durchzuführen. Die Erfindung richtet sich auch auf Herstellungsgegenstände, nämlich Teppichprodukte, die darauf eine Menge der Beschichtungszusammensetzung aufgetragen haben, die wirksam ist, um eine ausgezeichnete Florbindung und eine verbesserte Adhäsion an PVC-Plastisol-Substraten bereitzustellen.
Die Beschichtungszusammensetzung umfasst ein Emulsionsbindemittel, welches ein Interpolymer auf Vinylesterbasis mit hoher Tg umfasst, das durch Emulsionspolymerisation von 10 pphm bis 30 pphm Ethylen, 60 pphm bis 90 pphm HTVE-Monomer, 1 pphm bis 10 pphm eines ENR-Monomers und bis zu 5 pphm optionaler Comonomeren hergestellt wird, mit der Maßgabe, dass die maximale Menge an verwendetem Comonomer wirksam sein muss, um ausreichende Tuftbindungseigenschaften und ausreichende Adhäsion an PVC-Plastisol der Beschichtungszusammensetzungen, die die Emulsionsbindemittel enthalten, aufrecht zu halten.
Wir haben nun festgestellt, dass Emulsionspolymere, die aus Ethylen, einem HTVE-Monomer und dem ENR-Monomer hergestellt sind, überlegene Bindemittel zur Verwendung in Teppichstützschichten bzw. Teppichrücken, insbesondere zur Verwendung bei Teppich, der einen PVC-Plastisolrücken hat, bereitstellen. Die Emulsionsbindemittel können formuliert werden, um primäre Teppichbeschichtungszusammensetzungen herzustellen, die 20 bis 70 Gew.-% des Emulsionsbindemittels und 80 bis 30 Gew.-% Füllstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht der Teppichbeschichtungszusammensetzung, enthalten, herzustellen.
Die Beschichtungszusammensetzungen werden vorteilhafterweise bei der Herstellung von herkömmlichem Tuftingteppich, Nicht-Tuftingteppich und Nadelfilzteppich verwendet und werden unter Verwendung einer Vorrichtung getrocknet, die bereits in den meisten Teppichwerken verfügbar ist. Demnach sind die Beschichtungen bei der Herstellung von Florteppichen, die eine primäre Stützschicht mit Florgarnen, die sich aus der primären Stützschicht, unter Bildung von Flornoppen erstrecken, umfassen; und auch von Nicht-Tufting-Teppichen, bei denen die Fasern in eine Bindemittelzusammensetzung eingebettet sind, die auf ein Gewebesubstrat oder Vliessubstrat aufgetragen wurde, einsetzbar. Zusätzlich kann die "tuft-lock" Kleberbeschichtung zu einem hohen Grad mit einem Füllstoff, z.B. Kalziumcarbonat, Ton und Aluminiumtrihydrat, beladen sein, der die Flammbeständigkeit und die geringen Rauch-Eigenschaften des Teppichs verstärkt, ohne die Klebereigenschaften der Beschichtung nachteilig zu beeinflussen. Beispielsweise kann die Beschichtung 20 bis 70 Gew.-% der Emulsionsbindemittelzusammensetzung und 80 bis 30 Gew.-% Aluminiumtrihydrat-Füllstoff umfassen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Florteppichs oder eines Tufting-Teppichs umfasst die Schritte:

(a) Tufting oder Nadeln des Garns in eine gewebte oder Vlies-Stützschicht bzw. in einen gewebten oder Vliesrücken;
(b) Auftragen der Teppichbeschichtung auf die hintere Seite der Stützschicht bzw. des Rückens, so dass das Garn in die Teppichbeschichtung eingebettet wird, und
(c) Trocknen der resultierenden Teppichkonstruktion.

Bei der Herstellung derartiger Tufting-Teppiche ist es auch wünschenswert, eine zweite Stützschicht auf die primäre Stützschicht aufzutragen, und zwar entweder vor oder nach Trocknung der Teppichbeschichtung, was von dem Typ der verwendeten Stützschicht abhängt.
Nicht-Tufting-Teppiche können ebenfalls unter Verwendung der Teppichbeschichtungszusammensetzungen hergestellt werden, und zwar durch ein Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst:

(a) Auftragen der Zusammensetzung auf ein Substrat;
(b) Einbetten der Teppichfasern in das Substrat und
(c) Trocknen der resultierenden Teppichkonstruktion.

Diese Nicht-Tufting-Teppiche können vorteilhafterweise auch unter Verwendung einer zweiten Stützschicht hergestellt werden, um zusätzliche Dimensionsstabilität bereitzustellen.
Die HTVE-Monomeren, die zur Herstellung der Emulsionsbindemittel hierin verwendet werden, sind die Ester von Alkansäuren, wobei die Säure 1 bis 13 Kohlenstoffatome hat, deren Ester eine Tg von zwischen 20°C und 45°C haben. Vinylacetat ist aufgrund seiner leichten Verfügbarkeit und des niedrigen Preises das bevorzugte Monomer. Das HTVE wird in Mengen von 60 pphm bis 90 pphm, vorzugsweise 70 pphm bis 85 pphm verwendet.
Die Ethylenkomponente wird im Allgemeinen in Konzentrationen von 10 pphm bis 30 pphm, vorzugsweise von 10 pphm bis 20 pphm zugesetzt.
Ein ENR-Monomer wird bei der Herstellung der Emulsionsbindemittel verwendet. Das ENR-Monomer wird eine Tg von kleiner als 10°C, vorzugsweise kleiner als 5°C und am bevorzugtesten kleiner als 0°C haben. Das ENR-Monomer ist im Wesentlichen frei von reaktiven Gruppierungen, z.B. Carboxyl-, Hydroxyl-, Epoxy- und Acrylamidgruppierungen. Mit im Wesentlichen frei von reaktiven Gruppierungen ist gemeint, dass das ENR-Monomer selbst keine anderen funktionellen Gruppen als die polymerisierbare Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung in Konzentrationen enthält, die entweder die Tuftbindung oder die Adhäsion an PVC-Plastisol der Teppichbeschichtungszusammensetzung, die Interpolymere verwendet, die aus solchen ENR-Monomeren hergestellt sind, deutlich verringern würde, wenn man Vergleiche mit Teppichbeschichtungszusammensetzungen anstellt, die Interpolymere verwenden, die aus ähnlichen Monomeren hergestellt sind, die keine solchen reaktiven Gruppierungen enthalten. Vorzugsweise ist das ENR-Monomer selbst frei von solchen reaktiven Gruppierungen.
Beispiele für ENR-Monomere umfassen C₁-C₁₀-Alkylester von Acrylsäure, C₂-C₁₀-Alkylester von α,β-ethylenisch ungesättigten C₄-C₆-Monocarbonsäuren, C₄-C₁₀-Dialkylester von α,β-ethylenisch ungesättigten C₄-C₈-Dicarbonsäuren und Vinylester von Alkansäuren, wobei die Vinylester eine Tg von kleiner als 10°C haben (im Folgenden als das Vinylestermonomer mit niedriger Tg oder das LTVE-Monomer bezeichnet, wobei die Ausdrücke hierin austauschbar verwendet werden). Beispiele für LTVE-Monomere umfassen Vinylisobutyrat, Vinyl-2-ethylhexanoat, Vinylpropionat, Vinylisooctanoat und Vinylversatat. Vorzugsweise ist das ENR-Monomer ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus C₂-C₁₀-Alkylestern von Acryl- und Methacrylsäure und C₄-C₈-Dialkylestern von Malein-, Itacon- und Fumarsäure. Vorzugsweise wird wenigstens ein C₂-C₈-Alkylester von Acrylsäure verwendet. Besonders bevorzugte ENR-Monomere umfassen Ethylacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Decylacrylat, Dibutylmaleat und Dioctylmaleat.
Comonomere mit einer Tg von 50°C oder höher können hier verwendet werden, obgleich sie nicht bevorzugt sind. Repräsentative Comonomere mit "hoher" Tg umfassen Methylmethacrylat, Styrol, Dimethylmaleat, t-Butylmethacrylat, t-Butylisobornylacrylat, Vinylmethacrylat, Acrylnitril und Vinylester von Alkansäuren mit einer Tg von höher als 50°C. Solche Vinylester umfassen Vinylnonat und Vinylpivalat. Wenn diese harten Monomere verwendet werden, werden sie im Allgemeinen in Konzentrationen von weniger als 5 pphm, vorzugsweise weniger als 2,5 pphm verwendet. Vorzugsweise werden die Emulsionsbindemittel ohne die Verwendung von solchen harten Monomeren hergestellt.
Es kann auch erwünscht sein, in das Interpolymer geringere Mengen eines oder mehrerer funktioneller Comonomeren einzuarbeiten. Geeignete copolymerisierbare Comonomere umfassen z.B. Acryl- und Methacrylsäure oder die Halbester von Maleinsäure, z.B. Monoethyl-, Monobutyl- oder Monooctylmaleat, Acrylamid, tertiäres Octylacrylamid, N-Methylol-(meth)acrylamid, N-Vinylpyrrolidon, Diallyladipat, Triallylcyanurat, Butandioldiacrylat, Allylmethacrylat usw., sowie C₂-C₃-Hydroxyalkylester, z.B. Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat und entsprechende Methacrylate. Die letztgenannten Comonomere werden im Allgemeinen in Konzentrationen von weniger als 5 pphm, vorzugsweise weniger als 2,5 pphm verwendet, und zwar in Abhängigkeit von der Natur des spezifischen Comonomers. Vorzugsweise werden die Emulsionsbindemittel ohne die Verwendung von solchen Monomeren hergestellt.
Zusätzlich sind hierin auch bestimmte copolymerisierbare Comonomere, die die Stabilität des Emulsionsbindemittels unterstützen, z.B. Vinylsulfonsäure, als Emulsionsstabilisatoren nützlich. Diese gegebenenfalls vorliegenden Monomere werden, wenn sie verwendet werden, in sehr geringen Mengen von 0,1 pphm bis 2 pphm zugesetzt.
Vorzugsweise ist das Interpolymer das Emulsionspolymerisationsprodukt von 10 pphm bis 30 pphm Ethylenmonomer, 60 pphm bis 90 pphm HTVE-Monomer, 1 pphm bis 10 pphm ENR-Monomer und weniger als 5 pphm Comonomeren mit einer Tg von höher als 50°C oder Comonomeren, die reaktive Gruppierungen umfassen. Bevorzugter wird das Interpolymer durch Emulsionspolymerisation von 10 pphm bis 20 pphm Ethylen, 70 pphm bis 85 pphm Vinylacetat, 1 bis 7 pphm ENR-Monomer und weniger als 5 pphm Comonomer hergestellt. Noch bevorzugter werden weniger als 2,5 pphm Comonomer bei der Herstellung des Interpolymers verwendet.
Verfahren zur Herstellung von Ethylen/Vinylacetat-Copolymer-Emulsionen sind auf dem Fachgebiet gut bekannt und es können beliebige der üblichen Verfahren zusammen mit der Einarbeitung von Ethylendruck eingesetzt werden, z.B. solche Emulsionspolymerisationstechniken, die in chemischen Texten wie POLYMER SYNTHESIS, Band I und II, von Stanley R. Sandler und Wolf Karo, Academis Press, New York und London (1974), und PREPARATIVE METHODS OF POLYMER CHEMISTRY, zweite Auflage, von Wayne R. Sorenson und Tod W. Campbell, Interscience Publishers (John Wiley & Sons), New York (1968), und im US-Patent 5 026 765 beschrieben sind.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Emulsion auf Ethylen/Vinylacetat-Basis dieser Erfindung, die einen Feststoffgehalt von 40 bis 75 Gew.-% hat, involviert die anfängliche Herstellung einer Impf-Emulsion. Eine Vormischung, die Emulgiermittel und Hydroxyethylcellulose umfasst, wird zuerst in einen Polymerisationsreaktor eingefüllt, es wird gerührt und zweimal mit Stickstoff gespült und dann mit Ethylen. Eine erforderliche Menge an Vinylacetatmonomer wird zur Samenbildung in den Reaktor gefüllt. Der Reaktor wird dann mit dem erforderlichen Ethylendruck unter Druck gesetzt, um das EVA-Copolymer mit dem gewünschten Ethylengehalt bereitzustellen. Die Reaktion wird redox-polymerisiert. Die unter Druck gesetzt Ethylenquelle kann vom Reaktor abgeschaltet werden, so dass der Ethylendruck abnimmt, so wie das Ethylen polymerisiert wird, oder es kann offen gehalten werden, den Ethylendruck durch die Reaktion aufrecht zu erhalten, d.h. Ethylen wird ausgeglichen. Bei etwa 40°C wird der Druck auf den gewünschten Ethylendruck äquilibriert.
Nach der Samenbildung bzw. Saatbildung werden die Redoxkomponenten und das Monomer langsam über einen Zeitraum zugesetzt. Am Ende der Reaktion wird das Material (mit freiem VA-Monomer von etwa 2 bis 3%) zu einem Stripper transferiert. Reduktions/Oxidationsmittel werden dann zugesetzt, bis der Gehalt an freiem Monomer auf weniger als 1%, vorzugsweise weniger als 0,1% reduziert ist. Das Polymerisationsreaktionsmedium wird gekühlt und auf einen pH von 4 bis 6 eingestellt, um eine stabile Emulsion aufrecht zu erhalten.
Geeignete Radikalpolymerisationskatalysatoren sind die Katalysatoren, von denen bekannt ist, dass sie eine Emulsionspolymerisation begünstigen, und sie umfassen wasserlösliche Oxidationsmittel, z.B. organische Peroxide (z.B. t-Butylhydroperoxid, Cumenhydroperoxid usw.), anorganische Oxidationsmittel (z.B. Wasserstoffperoxid, Kaliumpersulfat, Natriumpersulfat, Ammoniumpersulfat usw.) und solche Katalysatoren, die in der Wasserphase durch ein wasserlösliches Reduktionsmittel aktiviert werden. Solche Katalysatoren werden in einer katalytischen Menge verwendet, die ausreicht, um eine Polymerisation zu verursachen. Als allgemeine Regel gilt, eine katalytische Menge reicht von 0,1 bis 5 pphm.
Die Emulgatoren sind solche, die im Allgemeinen bei der Emulsionspolymerisation eingesetzt werden. Die Emulgatoren können anionische, kationische, oberflächenaktive Verbindungen oder Gemische davon sei.
Geeignete nichtionische Emulgatoren umfassen Polyoxyethylen-Kondensate. Beispiele für Polyoxyethylen-Kondensate, die verwendet werden können, umfassen Polyoxyethylenaliphatische Ether, z.B. Polyoxyethylenlaurylether und Polyoxyethylenoleylether; Polyoxyethylenalkarylether, z.B. Polyoxyethylen-nonylphenylether und Polyoxyethylenoctylphenylether; Polyoxyethylenester von höheren Fettsäuren, z.B. Polyoxyethylenlaurat und Polyoxyethylenoleat, wie auch Kondensate von Ethylenoxid mit Harzsäuren und Tallölsäuren; Polyoxyethylenamid- und -amin-Kondensate, z.B. N-Polyoxyethylenlauramid und N-Laryl-N-polyoxyethylenamin und dergleichen, und Polyoxyethylenthioether wie z.B. Polyoxyethylen-n-dodecylthioether.
Nichtionische Emulgatoren, die verwendet werden können, umfassen auch eine Reihe von oberflächenaktiven Mitteln, die von BASF unter den Handelsbezeichnungen PLURONIC und TETRONIC erhältlich sind. PLURONIC^®-Emulgatoren sind Ethylenoxid (EO)/Propylenoxid (PO)/Ethylenoxid-Blockcopolymere, die durch kontrollierte Addition von PO an die zwei Hydroxylgruppen von Propylenglykol hergestellt werden. EO wird dann zugesetzt, um dieses hydrophobe Mittel zwischen zwei hydrophilen Gruppen anzuordnen, kontrolliert durch die Länge, um 10% bis 80% (G/G) des Endmoleküls zu bilden. PLURONIC°-Emulgatoren sind PO/EO/PO-Blockcopolymere, hergestellt durch Addition von EO an Ethylenglykol unter Bereitstellung einer hydrophilen Substanz mit konzipiertem Molekulargewicht. PO wird dann addiert, um hydrophobe Blöcke an der Außenseite des Moleküls zu erhalten. TETRONIC^®-Emulgatoren sind tetrafunktionelle Blockcopolymere, die aus der sequentiellen Addition von PO und EO an Ethylendiamin stammen. TETRONIC^®-Emulgatoren werden durch die sequentielle Addition von EO und PO an Ethylendiamin produziert. Außerdem ist eine Reihe von Ethylenoxidaddukten von Acetylenglykolen, im Handel von Ari Products unter der Handelsbezeichnung Surfynol^®, als nichtionische Emulgatoren geeignet.
Repräsentative anionische Emulgatoren umfassen die Alkylarylsulfonate, Alkalimetallalkylsulfate, die sulfonierten Alkylester und die Fettsäureseifen. Spezifische Beispiele umfassen Natriumdodecylbenzolsulfonat, Natriumbutylnaphthalinsulfonat, Natriumlaurylsulfat, Dinatriumdodecyldiphenyletherdisulfonat, N-Octadecylsulfosuccinat und Dioctylnatriumsulfosuccinat. Die Emulgatoren werden in Mengen verwendet, die wirksam sind, um eine adäquate Emulgierung des Polymers in der wässrigen Phase zu erreichen und um die gewünschte Partikelgröße und die gewünschte Partikelgrößenverteilung bereitzustellen. Andere Ingredienzien, die auf dem Fachgebiet als für verschiedene spezifische Zwecke bei der Emulsionspolymerisation bekannt sind, z.B. Säuren, Salze, Kettentransfermittel und Chelatbildner, können bei der Herstellung des Polymers ebenfalls verwendet werden. Wenn z.B. die polymerisierbaren Bestandteile ein monoethylenisch ungesättigtes Carbonsäuremonomer umfassen, ist eine Polymerisation unter sauren Bedingungen (pH 2 bis 7, vorzugsweise pH 2 bis 5) bevorzugt. In solchen Fällen kann das wässrige Medium solche bekannten schwachen Säuren und ihre Salze enthalten, die üblicherweise verwendet werden, um ein gepuffertes System bei dem gewünschten pH-Bereich bereitzustellen.
An Stelle der oben beschriebenen Emulgatoren oder zusätzlich zu diesen können auch verschiedene Schutzkolloide verwendet werden. Geeignete Kolloide umfassen Casein, Hydroxyethylstärke, Carboxyethylcellulose, Gummi Arabicum, wie es auf dem Gebiet der Synthesetechnologie für Emulsionspolymer bekannt ist. Im Allgemeinen werden diese Kolloide in Konzentrationen von 0,05 bis 4 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Emulsion, verwendet. Schutzkolloide auf der Basis von Poly(vinylalkohol) PVA, sind im Allgemeinen zur Verwendung bei der Herstellung der Emulsionsbindemittel nicht bevorzugt, obgleich geringe Konzentrationen toleriert werden können. Vorzugsweise werden die Emulsionsbindemittel in der essentiellen Abwesenheit von PVA-Kolloiden hergestellt und werden bevorzugter in Abwesenheit von PVA-Kolloiden hergestellt.
Die Art der Kombination der Polymerisationsingredienzien kann durch bekannte Monomerzuführungsverfahren erfolgen, z.B. kontinuierliche Monomerzugabe, stufenweise Monomerzugabe oder Zugabe in einer einzelnen Phase der gesamten Mengen an Monomeren. Die gesamte Menge des wässrigen Mediums mit Polymerisationsadditiven kann vor der Einführung der Monomere in dem Polymerisationsgefäß vorhanden sein oder alternativ kann das wässrige Medium oder ein Teil davon kontinuierlich oder stufenweise im Verlauf der Polymerisation zugesetzt werden.
Nach der Polymerisation kann der Feststoffgehalt des resultierenden wässrigen heterogenen Polymeremulsionsbindemittels auf die gewünschte Konzentration durch den Zusatz von Wasser oder durch die Entfernung von Wasser durch Destillation eingestellt werden. Im Allgemeinen ist die gewünschte Konzentration an polymeren Feststoffen 40 Gew.-% bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Emulsion, bevorzugter 50 Gew.-% bis 70 Gew.-%.
Wenn es gewünscht wird, können zusätzliche Additive in die Teppichbindemittel eingearbeitet werden, um die Eigenschaften derselben zu modifizieren. Unter diesen Additiven können Füllstoffe, Verdickungsmittel, Katalysatoren, Dispergiermittel, Färbemittel, Biozide, Schaumverhinderungsmittel usw. enthalten sein.
Die Fähigkeit, die Beschichtung mit hohen Mengen an Füllstoffen, z.B. Ton, Calciumcarbonat, Aluminiumtrihydrat, Barium, Feldspat usw. zu beladen, erlaubt eine Erhöhung der flammhemmenden Eigenschaften und der Eigenschaften geringen Rauchs, die das Copolymer bereits hat. Bevorzugte Beschichtungszusammensetzungen werden mit dem Füllstoff beladen, um eine Zusammensetzung zu erhalten, die 20 bis 70 Gew.-% Emulsionsbindemittel und 80 bis 30 Gew.-% Füllstoff, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, umfasst, wobei die Zusammensetzung zum Teil vom Typ und der Form des konstruierten Teppichs abhängt.
Bei der Herstellung eines Tufting-Teppichs wird das Garn durch Tufting oder Nadeln in die primäre Stützschicht eingesetzt, die im Allgemeinen ein Vliespropylen, -Polyethylen oder-Polester oder gewebtes Jute- oder Polypropylen ist. Wenn eine zweite Stützschicht verwendet wird, wird sie im Allgemeinen aus gewebten oder Vlies-Materialien ähnlich denen, die für die primäre Stützschicht verwendet werden, gebildet und direkt auf die nass vorbeschichtete primäre Stützschicht vor dem Trocknungsschritt aufgebracht oder mit einem Separatorkleber auf die getrocknete vorbeschichtete primäre Stützschicht aufgebracht. Eine solche sekundäre Stützschicht verleiht dem Teppich Dimensionsstabilität. Die sekundäre Stützschicht kann auch in Form eines Schaumstoffpolymers oder -copolymers sein. Geeignete Schaumstoffzusammensetzungen umfassen Urethanpolymere, Polymere und Copolymere aus Ethylen, Propylen, Isobutylen und Vinylchlorid. Wenn eine sekundäre Schaumstoffstützschicht verwendet wird, kann sie vorgeschäumt werden und dann auf die primäre Stützschicht laminiert werden oder die Zusammensetzung kann ein thermisch aktivierbares Treibmittel enthalten und kann unmittelbar vor einer Laminierung oder nach einer Laminierung geschäumt werden. Zusätzlich kann die sekundäre Stützschicht thermoplastische Klebereigenschaften an sich aufweisen und die zweite Stützschicht kann vor einer Laminierung vorerwärmt werden, um die Oberfläche derselben klebrig zu machen. Alternativ kann die sekundäre Stützschicht einen Schmelzkleber, eine oder mehrere oder fusionierte PVC-Plastisol-Schicht(en) oder Bitumen oft in Verbindung mit lockerem Glasfasergewebe oder anderem lockerem Gewebe, von dem bekannt ist, dass es Dimensionsstabilität verleiht, umfassen. Es wird auch in betracht gezogen, dass die hierin offenbarte Beschichtungszusammensetzung zur Verwendung als primäre Stützschicht auch als die sekundäre Stützschicht verwendet werden kann.
Bei der Bildung eines Nicht-Tufting-Teppichs wird die Teppichbeschichtung im Allgemeinen zu einer Viskosität von etwa 25.000 bis 75.000 mPas (cps) verdickt und auf eine lockere Gewebeoberfläche aufgebracht. Die Fasern können dann direkt in die nasse Beschichtung eingebettet werden, wobei herkömmliche Techniken verwendet werden, und dann getrocknet werden. Wiederum ist es wünschenswert, dass eine zweite Beschichtung ähnlich der oben beschriebenen verwendet wird.
Die Beschichtung ist einfacher auf den Teppich aufzutragen als thermoplastische Schmelzkleber, die teure und komplizierte Geräte und Verfahren erfordern, um die Beschichtung aufzutragen, und die Beschichtung penetriert die Fasern der Teppichgarne auch unter Erhalt besserer Adhäsion, Faserbündelintegrität und Antifusseleigenschaften. Zusätzlich weist die Beschichtung besonders ausgezeichnete Florbindungseigenschaften auf. Der Ausdruck "Florbindung" bezieht sich auf die Fähigkeit der Teppichbeschichtung, die Florgarnnoppen an der primären Stützschicht befestigen und zu sichern, und wird wie nachfolgend beschrieben bestimmt. Für die Zwecke hierin wird Tuftbindung auch verwendet, um die überlegenen Merkmale zu umfassen, die bei Nicht-Tufting-Beschichtungen benötigt werden, wobei die Adhäsion des Faserflors lediglich durch die Stützschicht erreicht wird. Geeignete Tuftbindungseigenschaften könnten erreicht werden, indem eine an Beschichtung im Bereich von 0,339 kg/m² (10 Uzen) pro yard² bis 1,356 kg/m² (40 Unzen) pro Quadratyard (Trockenbasis) aufgebracht wird, was in einem Teppich resultiert, der einen Tuftbindungswert von wenigstens 4,536 N (10 Pfund) Kraft hat und in vielen Fällen einen Tuftbindungswert von 6,804 N (15 Pfund) Kraft oder höher hat.

Die folgenden Testverfahren wurden verwendet, um Teppichtbeschichtungszusammensetzungen zu evaluieren. Teppich-Testprotokolle Teppichbeschichtungsformulierung

	Gewichtsteile
Interpolymer	220
Dispergiermittel	0,7
Calciumcarbonat-Füllstoff	330
Acrylatverdickungsmittel	2
[Stärke]	15
Wasser	190
Gesamte Compound-Feststoffe =	73-77%
Compound-Viskosität	8.000–15.000 cps (mPas)
(Nr. 5 Spindel/25°C/20 upm)

Teppichbeschichtungsverfahren
Compoundierte Proben wurden in einer Laborschäumungseinheit (Hobart-Mischer) unter Erhalt von geschäumten oder aufgeschäumter Compound mit Aufschäumungsverhältnissen von 1:1 bis 3:1 (Luft zu Verbindung) geschäumt. Die geschäumten Compounds wurden dann auf der Rückseite bzw. der Stützschicht eines Tufting-Teppichs durch Aufstreichen aufgetragen. Der Tufting-Teppich hatte ein unbeschichtetes Gewicht 0,6103 kg/m² (18) bis 0,8476 kg/m² (25) (oz/yd²). Sobald der Teppich mit dem geschäumten Compound beschichtet war, wurde der Teppich 8 Minuten lang bei 130°C getrocknet.
Die Anfügungsgewichte von getrocknetem Vorbeschichtungscompound lagen im Bereich von 0,8476 kg/m² (25) bis 1,017 kg/m² (30 oz/yd²). Vorbeschichtete Teppichproben wurden auf Trocken- und Nasstuftbindungswerte und auf Adhäsion an PVC-Plastisol untersucht. Die Adhäsion an PVC-Plastisol wurde gemessen, indem die Fähigkeit des vorbeschichteten Teppichs, an die vorgeformte Folie aus PVC-Plastisol zu laminieren, untersucht wurde.
Testverfahren
Tuftbindungswerte – trocken –
Dieser Test misst die Dauerhaftigkeits- und Verschleißbeständigkeitseigenschaften des Teppichs, indem die Kraftmenge 0,4536 N (in Ibs.) gemessen wird, die erforderlich ist, um eine Schlinge oder eine Noppe (Tuft) durch die Stützschicht zu ziehen. Ein Testen erfolgt, indem eine einzelne Noppe oder eine Schlinge mit einem Metallhaken gehakt wird, der in der oberen Klemme (oder Backe) eines Instron-Geräts gesichert wird. Der Teppich wurde an der Bodenklemme eines Instron-Geräts befestigt. Die obere und die untere Klemme (oder Spannbacken) wurden mit einer konstanten Rate von 0,3048 Meter/min (12 inches/min) getrennt, bis die Noppe durch die primäre Beschichtung gezogen war. Testresultate sind als Mittelwert von 10 bis 12 Tufts bzw. Noppen angegeben, welche aus einer beschichteten Teppichprobe gezogen wurden. Beschichtete Teppichproben wurden bei Raumtemperatur für wenigstens 30 Minuten vor dem Testen gekühlt.
Tuftbindungswerte – nass –
Der Test ist ähnlich dem trockenen Tuftbindungsverfahren, außer dass die Proben in Wasser mit Raumtemperatur (ungefähr 25°C) für 30 Minuten vor dem Testen eingetaucht wurden. Nach 30-minütigem Einweichen wurden die Proben durch einen Satz Presswalzen mit einem Abstand von 0,9525 cm (3/8 Inch) geführt, um vor dem Testen überschüssiges Wasser aus den Proben zu entfernen.
PVC-Adhäsion

Dieser Test misst die PVC-Adhäsionseigenschaften der Teppichbeschichtung durch Untersuchen der Fähigkeit des vorbeschichteten Teppichs, auf eine Folie aus vorgeformten PVC-Plastisol-Schaum zu laminieren. Der Test wurde durchgeführt, indem die Teppichprobe für 2 Minuten und der PVC-Schaumstoff für 1 Minute bei einer spezifizierten Temperatur erwärmt wurden. Der PVC-Schaumstoff wurde in einen Ofen gelegt, nachdem der Teppich für 1 Minute in dem Ofen war, so dass beide Proben den Ofen zur gleichen Zeit verließen. Der erwärmte PVC-Schaumstoff wurde dann mit der Stützschicht der Teppichprobe in Kontakt gebracht und durch einen Satz Presswalzen mit einem Abstand von 0,9525 cm (3/8 Inch) geführt. Dies geschah, um das Wärmelaminierungsverfahren, das in der Teppichindustrie verwendet wird, zu simulieren. Fertiggestellte Teppichproben mit PVC-Stützschicht wurden beurteilt, um den Grad zu bestimmen, zu dem der PVC-Schaumstoff an den vorbeschichteten Teppichproben haftete. Wenn der Schaumstoff in passender Weise an der Vorbeschichtungsschicht haftet, wird der PVC-Schaumstoff reißen, bevor der Schaumstoff und der Teppich sich trennen. Das verwendete Bewertungssystem ist unten aufgelistet.

Ausgezeichnet	= 100% Schaumstoffreißen
Sehr gut	= 75 bis 100% Schaumstoffreißen
Gut	= 50 bis 75% Schaumstoffreißen
Mäßig	= 25 bis 50% Schaumstoffreißen
Schlecht	= 0 bis 25% Schaumstoffreißen

Emulsionsbindemittel wurden nach den oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Die Monomerzusammensetzung von vier hergestellten Bindemitteln ist in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1
Alle Werte sind pphm

E: = Ethylen
VA: = Vinylacetat
BA: = Butylacetat
2-EHA: = 2-Ethylhexylacrylat
B-CEA: = β-Carboxyethylacrylat

Die Bindemittel wurden zu der oben angegebenen Teppichbeschichtungsformulierung formuliert und als Beschichtungen C1–C4 entsprechend den Bindemitteln B1–B4 identifiziert. Es wurden Teppichproben hergestellt und jede Beschichtung wurde auf trockene Tuftbindung, nasse Tuftbindung und Adhäsion an PVC-Schaumstoff sowohl bei 137,8°C (280°F) als auch bei 126,7°C (260°F) evaluiert. Die Resultate sind in Tabelle 2 angeführt.
Tabelle 2
Wie die Daten anzeigen, erhöht die Verwendung des ENR-Monomers bei der Herstellung des Emulsionsbindemittels selbst bei geringen Konzentrationen die Adhäsion der Teppichbeschichtung an PVC-Substraten signifikant, wenn man Vergleiche mit Beschichtungen anstellt, die aus Bindemitteln hergestellt sind, die nicht mit einem ENR-Monomer hergestellt sind, insbesondere bei den niedrigeren Verarbeitungstemperaturen, die zur Verwendung bei der Herstellung von Teppichprodukten wünschenswert sind. Wie aus Tabelle 2 zu ersehen ist, weisen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung eine ausgezeichnete Adhäsion bei 137,8°C (280°F) und 126,7°C (260°F) auf, während die Vergleichsbeschichtung eine sehr gute Adhäsion bei 137,8°C (280°F), aber nur mäßige Adhäsion bei 126,7°C (260°F) aufweist. Bedeutend und überraschenderweise wurde die Adhäsion an PVC signifikant verbessert, ohne dass die Tuftbindungseigenschaften der Beschichtungszusammensetzungen signifikant gesenkt wurden. Dies ist inbesondere überraschend, da man erwarten würden, dass die Einarbeitung von geringen Konzentrationen des ENR-Monomers eine geringere Verbesserung der Adhäsion an PVC-Plastisol gebe und dass die Tuftbindungseigenschaften nachteilig beeinträchtigt werden.
Dennoch weisen die Beschichtungen und die daraus hergestellten Teppichprodukte das richtige Gleichgewicht von Tuftbindung und Adhäsion an PVC auf. Die Daten zeigen auch, warum es wichtig ist, die Menge an Monomeren, die reaktive Gruppierung enthalten, z.B. B-CEA, zu begrenzen. Wie zu sehen ist, reduziert ein Einschluss von 0,3 pphm B-CEA die Adhäsion an PVC-Plastisol bei niedrigeren Verarbeitungstemperaturen von 126°C (260°F), obgleich keine merkliche Differenz bei Verfahrenstemperaturen von 137,8°C (280°F) beobachtet wurde. Da nach einem wünschenswerten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine bessere Adhäsion bei niedrigeren Verfahrenstemperaturen angestrebt wird, ist es bevorzugt, eine überschüssige Verwendung von solchen Monomeren zu vermeiden.

Claims

Verwendung einer Teppichbeschichtungszusammensetzung, umfassend: (a) ein Interpolymer, das in Mengen vorliegt, die wirksam sind, um als Bindemittel in der Teppichbeschichtungszusammensetzung zu fungieren, wobei das Interpolymer durch die Emulsionspolymerisation von 60 pphm bis 90 pphm eines Vinylester-Monomers mit einer Tg zwischen 20°C und 45°C, von 10 pphm bis 30 pphm Ethylen, und von 1 bis 10 pphm eines im Wesentlichen nicht-reaktiven Monomers, das eine Tg von weniger als 10°C hat, hergestellt wird; (b) Wasser, und (c) einen Emulgator, der in einer Menge vorliegt, die wirksam ist, um das Interpolymer in dem Wasser zu dispergieren, für die Adhäsion von Polyvinylchlorid-Plastisol-Substraten in Teppichen.
Verwendung einer Teppichbeschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Interpolymer durch Emulsionspolymerisation von 70 pphm bis 90 pphm des Vinylester-Monomers, von 10 pphm bis 20 pphm Ethylen, und von 1 pphm bis 7 pphm des im Wesentlichen nicht-reaktiven Monomers hergestellt wird.
Verwendung einer Teppichbeschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Vinylester-Monomer ein Ester einer C₁-C₁₃-Alkansäure ist, und das im Wesentlichen nicht-reaktive Monomer aus der Gruppe, bestehend aus C₁-C₁₀-Alkylestern von Acrylsäure, C₂-C₁₀-Alkylestern von α,β-ethylenisch ungesättigten C₄-C₆-Monocarbonsäuren, C₄-C₁₀-Dialkylestern von α,β-ethylenisch ungesättigten C₄-C₆-Dicarbonsäuren und Vinylestern von Alkansäuren, ausgewählt ist.
Verwendung einer Teppichbeschichtungszusammensetzung nach Anspruch 3, wobei der Vinylester Vinylacetat ist und das im Wesentlichen nicht-reaktive Monomer aus der Gruppe, bestehend aus Vinylisobutyrat, Vinyl-2-ethylhexanoat, Vinylpropionat, Vinylisooctanoat, Vinylversatat, Ethylacrylat, Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Decylacrylat, Dibutylmaleat und Dioctylmaleat, ausgewählt ist.
Verwendung einer Teppichbeschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, die außerdem ein Ingredienz umfasst, das aus der Gruppe, bestehend aus einem Füllstoff, einem Verdickungsmittel, einem Entschäumungsmittel, einem Schaumbildner und einem Dispergiermittel, ausgewählt ist.
Teppich, umfassend: (i) eine Stützschicht oder ein Substrat; (ii) Fasern, die an der Stützschicht oder dem Substrat befestigt sind, und (iii) eine Teppichbeschichtungszusammensetzung, umfassend: (a) ein Interpolymer, das in Mengen vorliegt, die wirksam sind, um als Bindemittel in der Teppichbeschichtungszusammensetzung zu fungieren, wobei das Interpolymer durch Emulsionspolymerisation von 60 pphm bis 90 pphm eines Vinylester-Monomers mit einer Tg zwischen 20°C und 45°C, 10 pphm bis 30 pphm Ethylen und 1 bis 10 pphm eines im Wesentlichen nicht-reaktiven Monomers, das eine Tg von weniger als 10°C hat, hergestellt wird; (b) Wasser; und (c) einen Emulgator, der in einer Menge vorliegt, die wirksam ist, um das Interpolymer in dem Wasser zu dispergieren, wobei der Teppich zusätzlich ein Polyvinylchlorid-Plastisol-Substrat enthält.