DE69936684T2 - A method for improving and regulating the adhesion between cellulosic fibers or a cellulose-synthetic fiber blend in a process for producing nonwoven products - Google Patents
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- D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
- D06M10/02—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements ultrasonic or sonic; Corona discharge
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Abstract
Description
Das neue Verfahren ist auf die Verbesserung und Regulierung der Haftung zwischen gleichen oder verschiedenen Fasern in Verbindung mit einem Verfahren zur Herstellung von wasserstrahlverfestigtem und thermisch gebundenen Geweben aus Cellulose oder Cellulose-Synthesefaser-Gemischen gerichtet.The new procedure is to improve and regulate liability between the same or different fibers in conjunction with a Process for the preparation of hydroentangled and thermal bonded tissues of cellulose or cellulose-synthetic fiber blends directed.
Bei dem Verfahren werden sowohl natürliche als auch regenerierte Cellulosefasern und in erster Linie Polyolefin- und Polyester-Synthesefasern verwendet.at The process will be both natural as well as regenerated cellulose fibers and primarily polyolefin and polyester synthetic fibers used.
Regenerierte Cellulosefasern können schon vor dem thermischen Bindungs- oder Wasserstrahlverfestigungsprozess mit Synthesefasern gemischt werden. Eine Faserschicht, die aus kurzen Pulpecellulosefasern als solche oder als ein Vorgemisch mit einer Polyolefin-Mikrofaser erzeugt wird, wird mit einem Synthesefaser-Träger unter Verwendung herkömmlicher Verfahren wasserstrahlverfestigt, wobei darauf abgezielt wird, im Hinblick auf die Cellulose entweder ein Laminat oder einen so gut wie möglichen Grad der Vermischung zu erhalten. Indem die Haftung zwischen den Fasern in einem Vlieserzeugnis verbessert wird, zielt man darauf ab, außer den Hochfestigkeitseigenschaften ein hohes Absorptionsvermögen und eine stabile und nicht fusselnde Struktur des Erzeugnisses mit einem hohen Cellulosegehalt bereitzustellen.regenerated Cellulose fibers can even before the thermal bond or hydroentanglement process be mixed with synthetic fibers. A fibrous layer that is short Pulp cellulose fibers as such or as a premix with a Polyolefin microfiber is produced, with a synthetic fiber support under Use of conventional Method hydroentangled, wherein it is aimed in the With regard to the cellulose either a laminate or so good as possible To obtain degree of mixing. By the adhesion between the Fibers in a nonwoven product is improved, it aims at it off, except high absorbency and high absorbency a stable and non linting structure of the product with a to provide high cellulose content.
Textile Materialien für medizinische Anwendungen schließen Fasern, Mono- und Multifilamentgarne, Gewebe- und Vlieserzeugnisse und Verbundstoffe ein. Die Hauptanforderungen an medizinische Textilien sind in Abhängigkeit von der beabsichtigten Anwendung Absorptionsvermögen, Festigkeit, Flexibilität, Weichheit, manchmal biologische Stabilität oder biologische Abbaubarkeit. Baumwoll-, Pulpe- und Seidenfasern sind die gebräuchlichsten natürlichen Materialien in medizinischen Textilien. Diese werden verbreitet in Kombination mit regenerierten Cellulosefasern (u. a. Reyonviskose) in chirurgischen, nicht implantierbaren Materialien und in Erzeugnissen für medizinische Versorgung und Hygiene verwendet. Von den synthetischen Materialien werden in erster Linie Polyester, Polyamide und Polyolefine in medizinischen Textilien verwendet.Textile Materials for close medical applications Fibers, monofilaments and multifilament yarns, woven and nonwoven products and composites. The main requirements of medical textiles are dependent from the intended application absorbency, strength, flexibility, softness, sometimes biological stability or biodegradability. Cotton, pulp and silk fibers are the most common natural Materials in medical textiles. These are being distributed in combination with regenerated cellulose fibers (inter alia rayon viscose) in surgical, non-implantable materials and in articles for medical Supply and hygiene used. Of the synthetic materials are primarily polyesters, polyamides and polyolefins in medical Textiles used.
Das neue Verfahren zur Regulierung ist in erster Linie mit sowohl chirurgischen Textilien als auch Textilien für medizinische Versorgung und Hygiene verbunden. Die erstere Gruppe umfasst u. a. Wundverband-Textilien, Gazen, Heftpflaster und die letztere Textilien für Operationskleidung, Decken, Inkontinenzwindeln, Schutzkleidung, Reinraumwischtücher usw.The New method of regulation is primarily concerned with both surgical Textiles as well as textiles for medical care and hygiene. The former group includes u. a. Wound dressing textiles, gauzes, adhesive plaster and the the latter textiles for Surgical clothing, blankets, incontinence diapers, protective clothing, Cleanroom Wipes etc.
Medizinische Vliestextilien werden in erster Linie unter Verwendung von zwei verschiedenen Arten von Verfahren hergestellt, nämlich thermische Bindungs- und Wasserstrahlverfestigungsverfahren. Die Verwendung von bindenden Polymeren oder entsprechenden Bindemitteln in flüssiger Form wird bei medizinischen Textilien in erster Linie aus Gründen der Hygiene und auch der Eigenschaften des Erzeugnisses vermieden. Flüssige, kurzkettige Bindemittel bedecken und verkapseln insbesondere absorbierende Fasern und verhindern auch die Erzeugung von semipermeablen, absorbierenden Textilien (Textilien für Operationskleidung).medical Nonwoven textiles are primarily made using two various types of processes, namely thermal bonding and hydroentanglement process. The use of binding Polymers or corresponding binders in liquid form are used in medical textiles primarily for reasons hygiene and also the properties of the product. Liquid, short-chain Binders cover and encapsulate in particular absorbent fibers and also prevent the production of semipermeable, absorbent Textiles (textiles for Surgical gowns).
Feine Cellulosefusseln, die aus der Struktur der Vliestextilie als Folge der Herstellungstechnik abgelöst werden, sind sehr schädlich. Die Fusselbildung ist eine Folge von u. a. der kurzen Länge von sowohl natürlichen als auch Synthesefasern, Mikrofibrillation und anderen Faktoren. Die Anforderungen an Luftreinheit in Krankenhausoperationsräumen und einigen speziellen Abteilungen setzen u. a. der Teilchenemission aus medizinischen Textilien sehr enge Grenzen. Der USA Federal Standard 209E, 1992, definiert, dass die Luft in einem Reinraum der Reinheitsklasse 100 höchstens 100 Teilchen mit einem Durchmesser d ≥ 0,5 μm pro Kubikfuß, das heißt 3531 pro m3, enthält. Es ist sehr schwierig, diesen Wert beispielsweise mit Pulpefaser, die wasserstrahlverfestigte Gewebe enthält (50 Gew.-% Cellulose, Gewicht 70 g/m2), zu erreichen, wenn mit herkömmlichen Testverfahren getestet wird. Außerdem ist ein wasserstrahlverfestigtes Textilerzeugnis unabhängig von Veränderungen bei den Herstellungsverfahren sehr instabil im Hinblick auf die Ablösung von Cellulosefusseln auf Grund der Kürze der Pulpecellulosefasern und deren breite Längenverteilung und ist auch besonders empfindlich gegenüber Biegen und Scherung.Fine cellulosic lint, which are detached from the structure of the non-woven fabric as a result of the manufacturing technique, are very harmful. Linting is a consequence of, among other things, the short length of both natural and synthetic fibers, microfibrillation and other factors. The requirements for air purity in hospital operating rooms and some special departments place very limited limits on particle emissions from medical textiles. The US Federal Standard 209E, 1992, defines that the air in a clean room of purity class 100 contains at most 100 particles with a diameter d ≥ 0.5 μm per cubic foot, ie 3531 per m 3 . It is very difficult to achieve this value with, for example, pulp fiber containing hydroentangled webs (50% by weight cellulose, weight 70 g / m 2 ) when tested by conventional test methods. In addition, a hydroentangled fabric is very unstable, regardless of changes in the manufacturing processes, in terms of detachment of cellulose fuzz due to the shortness of the pulp cellulose fibers and their broad length distribution, and is also particularly susceptible to bending and shear.
Die Merkmale der Erfindung werden in den angefügten Ansprüchen offenbart.The Features of the invention are disclosed in the appended claims.
Die
Aufgabe der Erfindung ist also ein Verfahren zur Verbesserung und
Regulierung der Haftfestigkeit zwischen Cellulosefasern oder Cellulose-Synthesefaser-Gemischen,
insbesondere Polyolefinfasergemischen, wobei Wasserstrahlverfestigungs-
und/oder thermische Bindungsverfahren eingesetzt werden, um Vliese
aus Gazen und/oder Formaten der Fasern und/oder Fasergemische zu
verbinden, wobei gemäß diesem
Verfahren vor dem Bindungsverfahren die Werte der Oberflächenenergie
der Cellulosefaser erhöht
werden, indem gleichzeitig der Kristallinitätsgrad und der lange Identitätsabstand
ihrer Oberflächenschicht
erhöht werden
und ihre Kristallstruktur von Cellulose-II- oder Cellulose-I-Struktur
in die Hochtemperatur-Cellulose-IV-Struktur umgewandelt wird, indem
die Cellulosefaser in einer polaren, Cellulose nicht lösenden Flüssigkeit
bei erhöhter
Temperatur wärmebehandelt
wird,
vor dem Bindungsverfahren die Molekülkettenlänge in der Oberflächenschicht
der Synthesefaser, die zum Binden der Cellulose verwendet wird,
verringert wird, um die Oberflächenenergie,
Schmelzviskosität
und den Schmelzpunkt der bindenden Schmelze, die während des
Bindens aus der Oberflächenschicht
der Faser erzeugt wird, zu erniedrigen, indem man die Faseroberfläche während der
Spinnstufe davon in geschmolzenem Zustand einem kontrollierten oxidativen
Kettenabbau unterzieht,
vor dem Bindungsverfahren die Synthese-
und Cellulosefasern, die am Schmelzverbinden teilnehmen, unter Verwendung
von Kardieren oder einem anderen, als solchen bekannten Verfahren
vermischt werden und in guten gegenseitigen Vorkontakt gebracht
werden, um während
des Schmelzverbindens Benetzen der Teilschmelze der Synthesefaser
und der Celluloseoberfläche,
Keimbildung und Transkristallisation an der Grenzfläche zu gewährleisten,
was bei Walzen-Bindungsverfahren üblicherweise, indem der lineare
Druck zwischen den Walzen reguliert wird, und bei Wasserstrahlverfestigungsprozessen üblicherweise,
indem die Wasser-Nadelungsenergie und/oder der Wasserstoff-Bindungseffekt zwischen
den Cellulosefasern reguliert wird, erfolgt,
das Ablösen von
kurzen Cellulosefasern von den Oberflächen der Vlies-Laminate und
Mischgewebe neben dem Schmelzverbinden mittels eines Korona-Bedampfungs-
und Trocknungsverfahren unter Druck, das als On-Line-Verfahren nach
dem Bindungsverfahren, welches die Haftung durch Wasserstoffbindung
verbessert, durchgeführt
wird, verhindert wird.The object of the invention is therefore a method for improving and regulating the adhesion between cellulose fibers or cellulose-synthetic fiber mixtures, in particular polyolefin fiber mixtures, wherein water jet bonding and / or thermal bonding methods are used to gauze nonwovens and / or formats of the fibers and / or To combine fiber mixtures, according to this method prior to the bonding process, the values of the surface energy of the cellulose fiber are increased by simultaneously increasing the degree of crystallinity and the long identity distance of their surface layer and their crystalline structure of cellulose II or cellulose I structure is converted to the high temperature cellulose IV structure by heat treating the cellulose fiber in a polar, non-cellulose liquid at elevated temperature,
before the bonding process, the molecular chain length in the surface layer of the synthetic fiber used to bind the cellulose is reduced to lower the surface energy, melt viscosity and melting point of the bonding melt produced during bonding from the surface layer of the fiber by subject the fiber surface to a controlled oxidative chain degradation during the spinning stage thereof in the molten state,
prior to the bonding process, the synthetic and cellulosic fibers that participate in fusion bonding are blended using carding or another method known as such and placed in good mutual precontacting to wet the melted portion of the synthesis fiber and the cellulosic surface during fusion bonding, nucleation and to ensure transcrystallization at the interface, which is usually done in roll bonding processes by regulating the linear pressure between the rolls, and in hydroentangling processes, usually by controlling the water needling energy and / or the hydrogen bonding effect between the cellulose fibers,
the peeling of short cellulose fibers from the surfaces of the nonwoven laminates and blended fabrics in addition to the fusion bonding by means of a corona vapor deposition and drying process under pressure, which is carried out as an on-line method after the bonding process, which improves the adhesion by hydrogen bonding becomes.
Charakteristische Merkmale für das neue Verfahren sind u. a. die folgenden:
- – Verbesserung der Haftung zwischen den Cellulose- und Polyolefinfasern wird erhalten, indem die Benetzung zwischen dem geschmolzenen Polyolefin und der Cellulose erhöht wird und indem Transkristallisation in der Polymerstruktur des Abkühlkontaktpunktes bereitgestellt wird. Die Benetzung zwischen den Faseroberflächen wird verbessert, indem die Oberflächenstruktur der Polyolefin- und/oder Cellulosefasern modifiziert wird. Dies erfolgt in Verbindung mit dem Trocknungsverfahren (Durchfluss- oder Saugverfahren) des Wasserstrahlverfestigungsverfahren oder als ein separater, aber On-Line-Prozess.
- – Modifikation
der Polyolefin-(insbesondere Polypropylen)faseroberfläche beruht
darauf, dass mittels Oxidation beim Spinnen (
FI-Anmeldung Nr. 974169 - – Modifikation der Cellulosefaseroberfläche beruht in erster Linie auf der Umwandlung der kristallinen Struktur der regenerierten (falls notwendig auch der natürlichen) Cellulose C-II (C-I) in die Struktur C-IV durch Wärmebehandlung derselben in einer polaren flüssigen Phase. Als Folge der Umwandlung nimmt der Wert der Oberflächenenergie der Cellulosefaser zu. Die Modifikation kann in Verbindung mit dem Herstellungsverfahren für die Cellulosefaser durchgeführt werden, indem gesättigter Hochdruckdampf verwendet wird oder, abhängig von den Umständen, als separater Wärmebehandlungsprozess.
- – Eine Folge der Wärmebehandlung der Cellulosefaser (C-I, C-II) in flüssiger Phase ist außer einer Erhöhung des strukturellen Kristallinitätsgrads, welcher an sich u. a. die freie Oberflächenenergie erhöht, die Bildung einer deutlich lamellaren Cellulose-Überstruktur und eine Zunahme des langen strukturellen Abstands. Die Zunahme des langen Abstands und Kristallinitätsgrads der Oberflächenstruktur der Cellulose führt zu einer Zunahme der kristallinen lamellaren Dicke, welche wiederum eine ebene Fläche bereitstellt, welche die kritische Größe übersteigt, die für die heterogene Keimbildung notwendig ist, welche eine Voraussetzung für die Transkristallisation ist (u. a. für das Haftvermögen von Wasserstoffatomen in der Polymerkettenhelix, die zur ebenen Fläche zeigt, an Stellen mit niedriger Energie in der Cellulosestruktur).
- – Die Verbesserung der Haftung zwischen Cellulosefaser beruht auf einer Modifikation der Cellulosefaseroberfläche mittels Hochenergie-Koronabehandlung, um den oxidativen Abbau der Molekülketten in der Cellulosestruktur und u. a. eine Zunahme der Oberfläche mittels mechanischer Bearbeitung, die durch Beschießen mit geladenen Ionen und Elektronen bewirkt wird, zu bewerkstelligen. Die Benetzung des Fasergemischs und Trocknen unter Druck nachfolgend auf die Koronabehandlung führen zu einer sehr wirksamen Zunahme der Haftung durch Wasserstoffbindung. Die Korona- und damit verbundenen anderen Behandlungen werden an einem wasserstrahlverfestigten trockenen Textilerzeugnis durchgeführt. Wenn das Verfahren in Verbindung mit einem Pulpecellulose-Polyolefinmikrofaser-Gemisch verwendet wird, wird ein guter Vorkontakt (vor der Schmelzenbenetzung und Transkristallisation) in dem Cellulose-Synthesefaser-System erhalten. Es ist insbesondere zu beobachten, dass sich die Wirkung der Koronabehandlung an der Oberfläche des Textilerzeugnisses lediglich in eine dünne Oberflächenschicht erstreckt, aber die Bildung der Wasserstoffbrücken die Oberflächenfasern so haften lässt, dass die Cellulosefasern unterhalb der Oberflächenschichten 'verkapselt' sind und das Ablösen von Cellulosefusseln endet. Das Absorptionsvermögen und die Absorptionsgeschwindigkeit eines Korona-behandelten Textilerzeugnisses sind auf Grund des vorstehend erwähnten Mechanismus erhöht. Die Korona- und damit verbundenen Teilbehandlungen (auch die Benetzungs- und Transkristallisationsprozesse) werden als ein On-Line-Verfahren in einem herkömmlichen Wasserstrahlverfestigungsverfahren durchgeführt.
- – Cellulose-Polyolefin-Fasergemische
verhalten sich beim thermischen Binden auf eine Weise, die Polymersynthesefasern
entspricht, aber die Beteiligung beim Binden der Cellulose in dem
Gemisch ist gering (das heißt,
die Polymerschmelze bedeckt auch einen sehr kleinen Teil der Celluloseoberfläche, also
ohne zukünftige
Absorptionsprozesse zu stören).
Das thermische Binden von Fasergemischen wird auf eine Weise reguliert,
die in dem Patent
FI 101087
- Improving the adhesion between the cellulosic and polyolefin fibers is obtained by increasing the wetting between the molten polyolefin and the cellulose and by providing transcrystallization in the polymer structure of the cooling contact point. The wetting between the fiber surfaces is improved by modifying the surface structure of the polyolefin and / or cellulose fibers. This is done in conjunction with the drying (flow or suction) process of the hydroentanglement process or as a separate but on-line process.
- Modification of the polyolefin (in particular polypropylene) fiber surface is based on the fact that by oxidation during spinning (
FI Application No. 974169 - Modification of the cellulose fiber surface is based primarily on the conversion of the crystalline structure of the regenerated (if necessary also the natural) cellulose C-II (CI) into the structure C-IV by heat treating it in a polar liquid phase. As a result of the conversion, the value of the surface energy of the cellulose fiber increases. The modification can be carried out in conjunction with the cellulose fiber manufacturing process by using high pressure saturated steam or, depending on the circumstances, as a separate heat treatment process.
- - A consequence of the heat treatment of the cellulosic fiber (CI, C-II) in the liquid phase is, apart from an increase in the structural degree of crystallinity, which among other things increases the free surface energy, the formation of a clearly lamellar cellulose superstructure and an increase of the long structural distance. The increase in the long distance and degree of crystallinity of the cellulosic surface structure results in an increase in the crystalline lamellar thickness, which in turn provides a flat surface area exceeding the critical size necessary for heterogeneous nucleation, which is a prerequisite for transcrystallization (et al for the adhesion of hydrogen atoms in the polymer chain helix pointing to the flat surface at low energy sites in the cellulosic structure).
- The improvement in adhesion between cellulose fiber is due to modification of the cellulosic fiber surface by high energy corona treatment to accomplish the oxidative degradation of the molecular chains in the cellulosic structure and, among other things, an increase in surface area through mechanical processing caused by charged ion bombardment and electrons , The wetting of the fiber mixture and drying under pressure following the corona treatment result in a very effective increase in hydrogen bond adhesion. The corona and related other treatments are performed on a hydroentangled dry fabric. When the process is used in conjunction with a pulp cellulose-polyolefin microfiber blend, good pre-contact (prior to melt wetting and transcrystallization) is obtained in the cellulose synthetic fiber system. In particular, it can be observed that the effect of corona treatment on the surface of the fabric extends only into a thin surface layer, but the formation of hydrogen bonds causes the surface fibers to adhere so that the cellulose fibers are "encapsulated" beneath the surface layers and detachment of cellulose fuzz ends. The absorbency and absorption rate of a corona-treated fabric are due to of the aforementioned mechanism increases. The corona and associated sub-treatments (also the wetting and transcrystallization processes) are carried out as an on-line process in a conventional hydroentanglement process.
- Cellulosic polyolefin fiber blends behave in thermal bonding in a manner corresponding to polymer synthetic fibers, but the participation in binding the cellulose in the blend is low (that is, the polymer melt also covers a very small portion of the cellulosic surface, ie, without future adsorption processes disturb). The thermal bonding of fiber blends is regulated in a manner disclosed in the patent
FI 101087
Jedes Teilverfahren in dem Verfahren kann bezüglich seiner Wirkung reguliert werden und somit ist es möglich, das Endergebnis und die Teilverfahren, die ausgewählt werden, um dasselbe zu erreichen, zu steuern.each Sub-procedure in the process can be regulated in terms of its effect and thus it is possible the final result and the sub-procedures that are selected to achieve the same, to steer.
Sowohl über den Stand der Technik, der die Anwendbarkeit von Haftvermögen und Haftungsbinden zwischen Synthese- und natürlichen Polymerfasern betrifft, und die naturwissenschaftlichen Prinzipien, die das Haftungsbinden betreffen, als auch über die Verwendung von Cellulosefasern in Vlieserzeugnissen, die aus Fasergemischvliesen durch Wasserstrahlverfestigungs- und thermische Bindungsverfahren hergestellt werden, wird ein kurzer Überblick gegeben.Both about the Prior art, the applicability of adhesion and Adhesion bonding between synthetic and natural polymer fibers is concerned, and the scientific principles that tie-bonding concern, as well as over the use of cellulosic fibers in nonwoven products made of fiber blend nonwovens by hydroentanglement and thermal bonding processes a short overview will be given.
Die Erklärung der naturwissenschaftlichen Prinzipien der Haftungsbindung beruht hier auf den kritischen Beobachtungen von S. Wu /1/.The statement based on the scientific principles of liability here on the critical observations of S. Wu / 1 /.
Die
ideale Festigkeit der Haftungsbindung zwischen zwei Phasen ist,
ausgedrückt
mittels der Haftungsarbeit (Wa) und dem Gleichgewichtsabstand (Zo)
zwischen den Phasen
Bei typischen Polymervariablenwerten wird für diese ideale Festigkeit ein Wert von lediglich ungefähr 104 N/mm2 erhalten. In der Praxis werden jedoch Festigkeiten erhalten, die eine Größenordnung niedriger sind. Vollständiger molekularer Kontakt, der eine Voraussetzung für eine ideale Haftungsbindung ist, ist in der Praxis schwierig zu erhalten.For typical polymer variable values, a value of only about 104 N / mm 2 is obtained for this ideal strength. In practice, however, strengths are obtained which are an order of magnitude lower. Complete molecular contact, which is a prerequisite for ideal adhesion bonding, is difficult to obtain in practice.
Um das untersuchte, neue Haftungsbindungsverfahren zu erklären, wird im folgenden ein Überblick über drei, experimentell bewiesene Teiltheorien gegeben, die wesentlich die Haftfestigkeit beeinflussen.Around to explain the investigated new liability bonding procedure Below is an overview of three, given experimentally proven partial theories, which essentially the Adhesion strength influence.
Nach
der Fractura-Theorie resultiert der Unterschied zwischen der idealen
und tatsächlichen
Haftfestigkeit aus dem Umstand, dass der Bruchbildungsprozess nicht
reversibel ist und dass es immer Fehlstellen an der Korngrenze und
Masseflächen
gibt. Die Festigkeit der Haftungsbindung wird durch die Größe der Fehlstelle
und die Energie bestimmt, die bei der irreversiblen Verformung während des
Bruchbildungsprozesses verloren geht, das heißt
Nach der Benetzungskontakt-Theorie reichen die van-der-Waals-Kräfte aus, um starke Haftung zu verleihen, vorausgesetzt dass es einen molekularen Kontakt zwischen den Phasen gibt und dass die Kontaktenergien die Ausdehnung des Kontakts an der Grenzfläche und somit die Haftfestigkeit beeinflussen.To wetting contact theory, van der Waals forces are sufficient to give strong adhesion, provided that it is a molecular Contact between the phases gives and that the contact energies the Extension of the contact at the interface and thus the adhesion influence.
Es
wird angenommen, dass die Triebkraft bei der Benetzung der Ausbreitungskoeffizient λ12 ist,
das heißt
Die
Geschwindigkeit der Benetzung einer Grenzflächenpore kann als eine exponentielle
Dämpfungsfunktion
ausgedrückt
werden
Nach der Diffusionstheorie ist eine Molekülketten- oder Segmentdiffusion durch die Grenzfläche der Phasen eine Voraussetzung für die Entwicklung einer starken Haftungsbindung, das heißt auch: molekularer Kontakt mit der Grenzfläche reicht als solcher nicht aus.To The diffusion theory is a molecular chain or segment diffusion through the interface the phases a prerequisite for the development of a strong liability bond, which also means: molecular contact with the interface is not sufficient as such out.
Eine Voraussetzung dafür, dass die Interdiffusion stattfindet, ist die Verträglichkeit der Komponenten. Die meisten Polymerpaare sind jedoch nicht verträglich. Die statistische Thermodynamik erfordert, dass die Diffusionsbewegungen, die in der Grenzflächenschicht auftreten, die Grenzflächenenergie minimieren müssen. Die Dicke der Diffusionsgrenzflächenschicht zwischen Polymeren ist umgekehrt proportional zum (Flory-Higgins) Wechselwirkungsparameter. Wenn die Verträglichkeit der Komponenten zunimmt, nimmt der Wechselwirkungsparameter ab, die Durchdringung nimmt zu und die Dicke der Grenzflächenschicht nimmt zu. Andererseits ist der Wechselwirkungsparameter proportional zum Quadrat der Differenz zwischen den Löslichkeitsparametern. Es wurde beobachtet, dass die Haftfestigkeit zwischen Polymeren abnimmt, wenn die Differenz zwischen den Löslichkeitsparametern der Phasen zunimmt.A Prerequisite for that the interdiffusion takes place, is the compatibility of the components. However, most polymer pairs are not compatible. The statistical thermodynamics requires that the diffusion movements, those in the interface layer occur, the interfacial energy have to minimize. The thickness of the diffusion interface layer between polymers is inversely proportional to (Flory-Higgins) Interaction parameter. When the compatibility of the components increases, If the interaction parameter decreases, the penetration increases and the thickness of the interface layer is increasing. On the other hand, the interaction parameter is proportional to the square of the difference between the solubility parameters. It was observed that the bond strength between polymers decreases, if the difference between the solubility parameters of the phases increases.
Ähnliche Abhängigkeiten gibt es auch bei der Benetzungskontakt-Theorie. Es ist ersichtlich, dass das Verbessern der Verträglichkeit zwischen den Löslichkeitsparametern zu einer Abnahme der Grenzflächenspannung führt und somit die Triebkraft hinter Benetzung und Haftfestigkeit erhöht.Similar dependencies There is also the wetting contact theory. It is obvious that improving the compatibility between the solubility parameters to a decrease in interfacial tension leads and thus the driving force behind wetting and adhesion increases.
Die
Diffusionskinetik für
die Bildung einer Haftungsbindung wird durch die Gleichung
Ebenso kann chemische Haftung zu der Gruppe von untersuchten Prozessen, die Haftungsbindung beeinflussen, gezählt werden. Die Bindungsenergie einer chemischen Bindung beträgt typischerweise ungefähr 80 kcal/mol, während die van-der-Waals-Anziehung hinsichtlich ihrer Energie lediglich 2,5 kcal/mol beträgt. Es kann experimentell gezeigt werden, dass die Zunahme der Haftungsbindungsstärke als Folge einer chemischen Bindung das 35-Fache betragen kann.As well can chemical adhesion to the group of investigated processes, affect the adhesion, be counted. The binding energy a chemical bond is typically about 80 kcal / mol while the van der Waals attraction in terms of energy is only 2.5 kcal / mol. It can It can be shown experimentally that the increase of the bond strength as Result of a chemical bond can be 35 times.
Bei der chemischen Bindung von Grenzflächen sind sowohl Kupplungsmittel auf der Basis von Silanen, Titanaten, Chromkomplexen usw. als auch von funktionellen Gruppen, wie Amino-, Amid-, Carboxyl-, Hydroxyl-, Epoxid-, Isocyanatgruppen usw., bekannt.at The chemical bonding of interfaces are both coupling agents based on silanes, titanates, chromium complexes, etc. as well of functional groups, such as amino, amide, carboxyl, hydroxyl, Epoxide, isocyanate groups, etc., known.
Eine wichtige Stufe im Haftungsverfahren gemäß der Erfindung ist außer dem Polymer/Feststoffmaterial-Kontakt und -Benetzung die Verfestigung des geschmolzenen Polymers in Kontakt mit festem Material und die damit verbundenen Phänomene.An important step in the bonding process according to the invention is, besides the polymer / solid material contact and wetting, the solidification of the molten polymer in contact with solid material and the associated phenomena.
Die primäre Keimbildung von Sphärulithen, die durch Oberflächen von festem Material auf einer genau definierten fremden Oberfläche induziert wird, wird als Transkristallisation bezeichnet. Das Vorhandensein vieler Keimbildungsstellen auf der fremden Oberfläche verhindert ein laterales Wachstum der Sphärulithe, wodurch die Kristallisation lediglich in einer Richtung senkrecht zur Keimbildungsoberfläche stattfinden kann. Die Bildung einer solchen transkristallinen Oberflächenschicht verbessert natürlich die Haftung zwischen fremder Oberfläche und Polymer und dementsprechend die Festigkeit des gesamten Verbunds. In diesem Zusammenhang werden Faktoren untersucht, die den Transkristallisationsprozess von Polypropylen steuern, wobei auf Ergebnisse von kritischen experimentellen Studien (Goldfarb: /2/) Bezug genommen wird.The primary Nucleation of spherulites, through surfaces of solid material induced on a well-defined foreign surface is called, is called transcrystallization. The presence prevents many nucleation sites on the foreign surface a lateral growth of the spherulites, whereby the crystallization is perpendicular in one direction only to the nucleation surface can take place. The formation of such a transcrystalline surface layer improves of course the adhesion between foreign surface and polymer and accordingly the strength of the entire composite. In this context will be Factors investigating the transcrystallization process of polypropylene controlling, based on results from critical experimental studies (Goldfarb: / 2 /) is referred to.
Die
freie Energie der Keimbildung für
die Bildung einer rechtwinkligen heterogenen Zelle ist
Die kritischen Variablen für ein gegebenes Polymer sind also die Variablen ΔT und Δσ. Die Auswirkung des Grads der Unterkühlung wird erhalten, indem die spezifische Kristallisationstemperatur und die freie Energiedifferenz der Trägeroberfläche variiert werden, indem der Keimbildungsträger variiert wird.The critical variables for a given polymer are the variables ΔT and Δσ. The impact of the degree of hypothermia is obtained by the specific crystallization temperature and the free energy difference of the carrier surface can be varied by the germinal carrier is varied.
Nach den Messungen stellen kristalline und amorphe Oberflächen nahezu identische Keimbildungsdichten bereit, was zeigt, dass die Energiedifferenz auf den Trägeroberflächen, die in der Untersuchung verwendet wurden, von derselben Größenordnung ist. Dies weicht von früheren Untersuchungen ab, nach denen unterschiedliche Träger deutlich unterschiedliche Keimbildungsaktivitäten aufwiesen (u. a. Schonhorn: /2/). In der Untersuchung, auf die nun Bezug genommen wird, wurde jedoch besondere Aufmerksamkeit auf die Ähnlichkeit der Größenordnung zwischen den Trägeroberflächen und auf die Verhinderung der Vergiftung des Trägers gelegt. Die Keimbildungsdichten in der Untersuchung stellen eher das natürliche Keimbildungspotential des verwendeten Trägers als seinen effektiven Wert dar.To The measurements almost make crystalline and amorphous surfaces identical nucleation densities ready, showing that the energy difference on the support surfaces, the used in the investigation, of the same order of magnitude is. This is different from earlier ones Investigations, according to which different carriers clearly showed different nucleation activities (ia Schonhorn: / 2 /). In the investigation, to which reference is now made however, special attention to the similarity of magnitude between the carrier surfaces and placed on prevention of poisoning of the carrier. The nucleation densities in the investigation rather put the natural nucleation potential of the used carrier as its effective value.
Zur
Abschätzung
der Werte der Oberflächenenergie
der Komponenten der verschiedenen Träger wird das Modell von Fowkes
/2/ verwendet, nach dem angenommen wird, dass lediglich Dispersionswechselwirkungen
für die
Kohlenwasserstoff/Träger-Wechselwirkung kritisch
sind, d. h. als Beispiel
Durch
Einsetzen der Teilgleichungen /10/ in die Gleichung /8/ und die
Annahme, dass die Komponenten γm d und γc d konvergieren, wird die folgende Gleichung
für die
Energiedifferenz erhalten
Der entscheidende Teil der freien Energiedifferenz des Träger wird aus dem ersten, endlichen, positiven konstanten Term 2(γc – γc d) gebildet, wobei der zweite variable Term im Vergleich zum ersten von niedrigerem Wert bleibt.The decisive part of the free energy difference of the carrier is formed from the first, finite, positive constant term 2 (γ c - γ c d ), the second variable term remaining of lower value compared to the first.
Da
spezifische und gleiche sphärulithische
Stellen nach wiederholten Schmelzen und Kristallisationen beobachtet
werden, muss angenommen werden, dass es eine feste Anzahl aktiver
Keimbildungsstellen auf der Trägeroberfläche gibt.
Da das Modell, das der Gleichung /7/ entspricht, eine planare Keimbildungsoberfläche von
der Größe a × l Einheiten
voraussetzt, sind mindestens diese Abmessungen als Keimbildungsbedingungen
erforderlich. Jedes Material, das den Kontakt zwischen dem Träger und
der Polymerschmelze verhindert, verhindert die sphärulithische
Keimbildung. Eine Verunreinigungskomponente, die die Benetzung der Grenzfläche verhindert
oder die kritischen Dimensionen ihrer ebenen Fläche verändert, kann eine Keimbildungsstelle
zerstören.
Andererseits können
aktive Keimbildungsstellen auch auf einen 'vergifteten' Träger
(auf die eine oder andere Weise) eingeführt werden, indem der Grad
der Unterkühlung ΔT erhöht wird.
Die Gleichung /9/ wurde aus den kritischen Dimensionen gebildet,
wobei Ui dem Minimum der freien Energie
des Systems entspricht:
Nach Gleichung /12/ verringert die Erhöhung von ΔT die planaren Dimensionen (a, l), die für die sphärulithische Keimbildung notwendig sind.To Equation / 12 / reduces the increase of ΔT the planar dimensions (a, l) for the spherulithic Nucleation are necessary.
Es kann weiter beobachtet werden, dass im untersuchten Temperaturbereich die Keimbildungsdichten konstant blieben, aber es gab beträchtliche Unterschiede bei den Keimbildungsaktivitäten bei verschiedenen Temperaturen. Die Schwankungen der Aktivitäten wurden als reziproke Werte der Keimbildungsinkubationszeiten gemessen, und die Messergebnisse entsprachen der klassischen Gleichung für die Rate.It can be further observed that in the investigated temperature range the nucleation densities remained constant, but there were considerable Differences in nucleation activities at different temperatures. The fluctuations of the activities were measured as reciprocal values of nucleation incubation times, and the results of the measurements corresponded to the classical equation for the rate.
Als Zusammenfassung der Untersuchung kann beobachtet werden, dass
- – Transkristallisation ein häufiges Phänomen ist, das stattfindet, wenn es guten Kontakt zwischen dem Träger und der Polymerschmelze gibt
- – die natürliche Aktivität des Trägers unabhängig von seiner chemischen Natur ist
- – die Fowkes-Gleichung für einen Vergleich der Aktivitäten der Träger anwendbar zu sein scheint
- – die klassische Gleichung für die Rate mit den gemessenen Werten für Keimbildungsdichte und Inkubationsdauer übereinstimmt.
- Transcrystallization is a common phenomenon that occurs when there is good contact between the carrier and the polymer melt
- - the natural activity of the carrier is independent of its chemical nature
- - the Fowkes equation seems to be applicable for a comparison of the activities of the carriers
- The classical equation for the rate agrees with the measured values of nucleation density and incubation time.
Es gibt zwei frühe Untersuchungen, die die Transkristallisation von Polypropylen auf Cellulose- und Graphitfaseroberflächen mit unterschiedlichen Qualitäten betreffen. Die Transkristallisation von Polypropylen auf Cellulosefaseroberflächen unterschiedlicher Qualitäten (Baumwolle, Ramiefaser, Fortisan, Reyon, Pulpe) wurde untersucht (Gray: /2/), indem diese in einen dünnen geschmolzenen Polypropylenfilm eingetaucht, dieser Film auf die Kristallisationstemperatur abgekühlt (Heiztisch) und das transkristalline Kristallwachstum, das auf die oberflächliche Keimbildung folgt, in einem Polarisationsmikroskop beobachtet (fotografiert) wurde. Die Untersuchung zeigte, dass die Keimbildung vorzugsweise auf einer natürlichen Celluloseoberfläche stattfindet, während eine ungebleichte Celluloseoberfläche anscheinend auf Grund des Vorhandenseins von Hemicellulose- und Ligninkomponenten ein schlechter Keimbildner ist. Die Oberflächen von regenerierten Cellulosefasern und mercerisierter Baumwolle waren sehr schlechte Keimbildungsoberflächen. Verschiedene physikalische und chemische Oberflächenbehandlungen induzierten keine Keimbildung auf regenerierter Cellulose. In den Untersuchungen gibt es keinen Hinweis auf eine Wirkung, die von unterschiedlichen Kristallmorphologien der Keimbildungsoberflächen herrührt, sondern eine geometrische Eigenschaft der Oberflächen in breitem Maßstab könnte hinsichtlich der Transkristallisation steuernd sein.It are two early Investigations on the transcrystallization of polypropylene Cellulose and graphite fiber surfaces with different qualities affect. The transcrystallization of polypropylene on cellulose fiber surfaces of different qualities (Cotton, Ramiefaser, Fortisan, Reyon, Pulpe) was examined (Gray: / 2 /) by placing them in a thin molten polypropylene film dipped, this film cooled to the crystallization temperature (hot stage) and the transcrystalline crystal growth occurring on the surface Nucleation follows, observed in a polarizing microscope (photographed) has been. The investigation showed that the nucleation is preferable on a natural cellulose surface takes place while an unbleached cellulose surface apparently due to the Presence of hemicellulose and lignin components a worse Nucleating agent is. The surfaces of regenerated cellulose fibers and mercerized cotton very bad nucleation surfaces. Different physical and chemical surface treatments did not induce nucleation on regenerated cellulose. In the Investigations there is no indication of an effect of different crystal morphologies of the nucleation surfaces, but a geometric property of the surfaces on a broad scale could be considered be the transcrystallization controlling.
Eine Untersuchung, die die Polypropylenkeimbildung auf zwei, auf PAN basierenden Graphitfaserqualitäten (Hobbs: /2/) betrifft, ist interessant. Eine schlecht Keime bildende Faserqualität bestand aus kleinen nicht orientierten Graphitkeimen mit einer Größe von etwa 25 Å, und eine gut Keime bildende Faserqualität aus breiten Graphitplatten, die stark in Richtung der Faserachse ausgerichtet waren und eine Größe von über 100 Å aufwiesen. Der große Unterschied in den Keimbildungseigenschaften zwischen diesen Graphitqualitäten scheint den Unterschieden der Größe und Ausrichtung ihrer strukturellen Graphitebenen zuzuschreiben sein. Die Adsorption von Polypropylen direkt auf der Grundebene des Graphitträgermaterials kann sowohl durch die Tatsache, dass Polypropylen in einem monoklinen Gittersystem kristallisiert, wobei die Molekülketten eine spiralförmige Konformation, umfassend drei sich wiederholende Einheiten, bilden, als auch durch Molekülorbitalberechnungen, die zeigen, welche die vorrangigen Adsorptionsstellen für Wasserstoff auf einer Graphitoberfläche zeigen, erklärt werden. Die spiralförmige Polypropylen-Molekülkette kann so auf eine Graphitgitteroberfläche platziert werden, dass alle Wasserstoffatome, die mit der Oberfläche in Kontakt sind, in Positionen geringster Oberflächenenergie (das heißt entlang C-C-Bindungen) angeordnet sind.An investigation concerning polypropylene nucleation on two PAN-based graphite fiber grades (Hobbs: / 2 /) is interesting. A poorly nucleated fiber grade consisted of small unoriented graphite seeds about 25 Å in size, and a good nucleation fiber quality of wide graphite plates that were strongly oriented toward the fiber axis and had a size over 100 Å. The large difference in nucleation properties between these graphite grades appears to be due to differences in the size and orientation of their structural graphite planes. The adsorption of polypropylene directly on the ground plane of the graphite carrier material can be both by the fact that polypropylene crystallizes in a monoclinic lattice system, the molecular chains forming a helical conformation comprising three repeating units, as well as molecular orbital calculations demonstrating which show the preferential adsorption sites for hydrogen on a graphite surface. The helical polypropylene molecular chain can be placed on a graphite lattice surface such that all of the hydrogen atoms in contact with the surface are located in positions of least surface energy (that is, along CC bonds).
Die Verwendung von Cellulosefasern unterschiedlicher Qualitäten in Vlieserzeugnissen, die mit Verfahren des thermischen Bindens von Vliesen hergestellt wurden, wird nun untersucht.The Use of cellulose fibers of different qualities in nonwoven products, produced by methods of thermal bonding of nonwovens are now being investigated.
Das
Verfahren gemäß dem Patent
Das
Patent
Gemäß der Beschreibung sind die bindenden Polypropylenfasern in dem Erzeugnis um die Cellulosefasern herum gewunden und verleihen dem Erzeugnis, zum Teil miteinander verschmolzen, Festigkeit, das heißt, die Bindung der Cellulosefasern ist in erster Linie mechanisch. Auf Grund seines Absorptionsvermögens ist das Erzeugnis zum Wischen, für chirurgische Anwendungen usw. gut geeignet.According to the description The binding polypropylene fibers in the product are the cellulose fibers winding around and lending the produce, in part, to each other fused, strength, that is, the bonding of the cellulose fibers is mechanical in the first place. Due to its absorption capacity is the product for wiping, for surgical applications, etc. well suited.
J.
P. Moreau /4/ untersuchte das thermische Binden von Polypropylen-Baumwolle- Gemischen (20, 30, 50,
75, 100 Gew.-% PP) als Funktion der Temperatur unter Verwendung
eines Paars von Walzen, wovon eine geprägt war und die andere glatt.
Die Bindungsgeschwindigkeit des Faservlieses betrug 30,5 mm/s und
der lineare Druck zwischen den Walzen 66 kN/m. Die Gewichte der
gebundenen Vliese betrugen 40, 60 und 80 g/m2.
Das Vermischen der Baumwolle- und Polypropylenfasern erwies sich
in der Testreihe als schwierig. Die Verwendung eines bindenden Polymers
in Form eines Films mit einem Baumwollvlies ergab, verglichen mit einem
Fasergemisch, eine bessere Polymer-Cellulose-Verteilung. Ein Baumwollfaser-Polymerfilm-Laminat
ergab, verglichen mit einem entsprechenden Fasergemischerzeugnis,
bessere Werte für
die longitudinale und transversale Festigkeit. Die Bruchfestigkeit,
Dehnung, Steifheit und Absorptionsvermögen der Erzeugnisse wurden
gemessen und die Auswirkungen von Mischungsniveaus, Oberfläche des
Erzeugnisses und Temperatur auf die Eigenschaften des Erzeugnisses
wurden unter Verwendung von statistischer Analyse bestimmt. Es kann
erwähnt
werden, dass die Werte für
die Zugfestigkeit, die in den Tabellen der Veröffentlichung von Moreau (/4/,
1990) angegeben sind, die Regulierungsgleichung für das thermisch
bindende Modell gemäß der
T. F. Gilmore et al. /1992, /4/ untersuchen in ihrer Veröffentlichung die Vorteile, Verwendung und Verbesserung der Verwendung von Baumwolle in Vlieserzeugnissen. Hier ist thermisches Binden eine ökonomische und wichtige Alternative zu Wasserstrahlverfestigungsverfahren, welche, wie bekannt ist, am besten die vorteilhaften Textileigenschaften von Baumwolle im Erzeugnis beibehalten. Insbesondere die Verwendung von heterophilen Zweikomponentenfasern als bindende Fasern beim thermischen Binden ergibt in diesem Fall Erzeugnisse mit guten Textil- und Festigkeitseigenschaften. Im experimentellen Abschnitt der Veröffentlichung wird das thermische Binden eines Baumwollvlieses unter Verwendung einer Polypropylen-Polyester-Zweikomponentenfaser (20 Gew.-% im Gemisch) durchgeführt. Die Tests für das thermische Binden wurden als eine Funktion des linearen Drucks zwischen den Walzen und der Temperatur durchgeführt, wobei das nominelle Gewicht des Textilerzeugnisses 85 g/m2 betrug. Bei den Bindungstests wurde sowohl Duo- als auch Trio-Walzen verwendet, wobei das Vlies in der Vorwärtsrichtung über eine heiße, geprägte und heiße, glatte Walze und das vorgebundene Textilerzeugnis in der Rückwärtsrichtung über die vorstehend erwähnte heiße, glatte und eine unbeheizte elastische Walze transportiert wurde. Als ein Ergebnis der Untersuchung wurde beobachtet, dass Trio-Walzen im Vergleich zu Duo-Walzen keine merklichen Vorteile bereitstellte. Gemäß der Veröffentlichung wird angenommen, dass der Bindungsmechanismus auf mechanischer Befestigung oder Verkapselung von Baumwolle durch Polypropylen beruht.TF Gilmore et al. / 1992, / 4 / in their paper examine the benefits, uses and improvements of the use of cotton in nonwovens. Here, thermal bonding is an economical and important alternative to hydroentangling processes which, as is known, best retain the beneficial textile properties of cotton in the product. In particular, the use of heterophilic bicomponent fibers as bonding fibers in thermal bonding yields Er in this case products with good textile and strength properties. In the experimental section of the publication, thermal bonding of a cotton nonwoven fabric is carried out using a polypropylene-polyester bicomponent fiber (20% by weight in admixture). The thermal bonding tests were conducted as a function of the linear pressure between the rolls and the temperature, the nominal weight of the fabric being 85 g / m 2 . The duo and trio rolls were used in the bond tests wherein the mat transports in the forward direction over a hot, embossed and hot, smooth roll and the pre-bonded fabric in the reverse direction over the aforementioned hot, smooth and unheated elastic rolls has been. As a result of the investigation, it was observed that trio-rolls did not provide appreciable advantages compared to duo-rolls. According to the publication, it is believed that the binding mechanism is based on mechanical attachment or encapsulation of cotton by polypropylene.
Die Verwendung von Cellulosefasern in Erzeugnissen, die mit Wasserstrahlverfestigungsverfahren erhältlich sind, ist bekannt. Einige Beispiele aus dem sehr breiten Stand der Technik, die solche Verfahren und Erzeugnisse betreffen, werden erwähnt.The Use of cellulose fibers in products made by hydroentangling process available are known. Some examples from the very broad state of the Technology that affects such processes and products mentioned.
Das
Verfahren und die Erzeugnisse gemäß dem Patent
Bei
dem Wasserstrahlverfestigungsverfahren gemäß dem Patent
In
dem Verfahren gemäß dem Patent
Die
Erfindung gemäß dem Patent
Die Gewebeerzeugnisse weisen sehr niedrige Nass- und Trocken-Teilchenzahlen und gutes Absorptionsvermögen auf. Die minimale Teilchenzahl wird trocken als 2,83 × 105 pro m3 und nass als 6,5 × 107 pro m3 und die minimale Absorptionsgeschwindigkeit bzw. Absorptionsvermögen als 0,1 g/(gs) bzw. 300% angegeben. Der Pulpeanteil des Textilerzeugnisses beträgt 5 bis 50 Gew.-%. Polyester-, Polypropylen-, Polyamid- und Polyacrylfasern und deren Kombinationen werden als Synthesefasern verwendet.The fabric products have very low wet and dry particle counts and good absorbency. The minimum particle number is given as dry as 2.83 x 10 5 per m 3 and wet as 6.5 x 10 7 per m 3 and the minimum absorption rates as 0.1 g / g and 300%, respectively. The pulp content of the fabric is 5 to 50% by weight. Polyester, polypropylene, polyamide and polyacrylic fibers and combinations thereof are used as synthetic fibers.
In einem ersten Schritt des Herstellungsverfahrens gemäß dem Patent wird ein Vlies, umfassend Cellulose- und Synthesefaserschichten, mit der Synthesefaserschicht an das Drahtnetz (maximal: 75 mesh) bei einem Bereich des Düsendrucks von 6,9 bis 138 bar genadelt, wobei die Gesamtenergie des Nadelstrahls mindestens 50 kJ × N/g beträgt. Während des Nadelns werden die Fasern in der Pulpeschicht hydraulisch mit den Fasern in der Synthesefaserschicht verschlungen. In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird das erhaltene, vorgemischte Vlies mit seiner Pulpeseite auf einer mit Öffnungen versehenen Prägevorrichtung getragen, wobei deren Öffnungszahl im Bereich von 40 bis 10 mesh liegt, und wird unter Verwendung einer Gesamtenergie von mindestens 53 kJ·N/g wassergenadelt. Während des Nadelns werden die Fasern in der lateralen und vertikalen Richtung von ihren anfänglichen Positionen in Richtung der Öffnungen in der Prägevorrichtung (d. h. das Drahtnetz) hin bewegt, wodurch auf dem Textilerzeugnis ein Abdruck erzeugt wird. Die Geschwindigkeit des Drahtnetzes in dem Wasserstrahlverfestigungsverfahren beträgt mindestens 18 m/min (im Bereich von 90 bis 180 m/min). Um die Absorptionseigenschaften des Textilerzeugnisses zu verbessern, wird in dem Verfahren mit den Geweben Wasserentfernung bei Unterdruck durchgeführt.In a first step of the manufacturing process according to the patent, a nonwoven comprising cellulose and synthetic fiber layers is needled with the synthetic fiber layer to the wire net (maximum: 75 mesh) at a die pressure range of 6.9 to 138 bar, the total energy of the pin jet is at least 50 kJ × N / g. During the needling, the fibers in the pulp layer are hydraulically entangled with the fibers in the synthetic fiber layer. In a second step of the process, the resulting premixed nonwoven is supported with its pulp side on an apertured embossing apparatus with an opening number in the range of 40 to 10 mesh and is fired using a total energy of at least 53 kJ · N / g water needles. During the needling, the fibers are moved in the lateral and vertical directions from their initial positions towards the openings in the embossing device (ie, the wire net), thereby producing an impression on the fabric. The speed of the wire mesh in the hydroentangling process is at least 18 m / min (in the range of 90 to 180 m / min). In order to improve the absorbency properties of the fabric, water removal under reduced pressure is performed in the process with the fabrics.
Im
Hinblick auf das Erzeugnis und die Verfahren gemäß dem Patent
In der begrenzten Untersuchung von Veröffentlichungen, die das Binden von Cellulose- und Synthesefasern betreffen, wurde kein Verfahren oder Regulierungsverfahren gefunden, das dem neuen Verfahren vergleichbar ist, um die Haftungsbindung zwischen Fasern von unterschiedlichen Qualitäten zu verbessern.In the limited study of publications that are binding of cellulose and Synthetic fibers did not become a process or regulatory procedure found that is comparable to the new method to the adhesion bond between fibers of different qualities.
Einige Betriebsprinzipien, die die neue Kombination von Regulierungsverfahren betreffen, die bei der Herstellung von Vlieserzeugnissen verwendet wird, werden ausführlich in den folgenden Beispielen untersucht.Some Operating principles representing the new combination of regulatory procedures used in the manufacture of nonwovens becomes detailed examined in the following examples.
Sub-Beispiel 1Sub-example 1
Im Sub-Beispiel 1 wird sowohl die Struktur von Cellulosefasern als auch die Kinetik der polymorphen Änderungen in der Cellulose und deren Wirkung auf die Faserstrukturen in Verbindung mit dem Regulierungsverfahren mittels Röntgen-Weitwinkel- und -Kleinwinkel-Streuung (WAXS und SAXS) und Hitzebehandlungstests untersucht. In den Beispielen wird in Verbindung mit der neuen Innovation eine Zunahme im Energieniveau der Oberflächenschicht der Cellulosefasern als Folge der Gittertransformation, Zunahme des Kristallinitätsgrads und Übersteigen der kritischen minimalen Größe der Haftungsoberflächen gezeigt, wobei diese Funktionen zum Teil zueinander in Beziehung stehen.in the Subexample 1 describes both the structure of cellulose fibers also the kinetics of the polymorphic changes in the cellulose and their effect on the fiber structures in conjunction with the Regulatory procedure using X-ray wide-angle and small angle scattering (WAXS and SAXS) and heat treatment tests examined. In the examples will be in conjunction with the new innovation an increase in the energy level of the surface layer of the cellulose fibers as a result of lattice transformation, increase in degree of crystallinity and exceeding the critical minimum size of the adhesion surfaces, these functions are partly related to each other.
Drei polymorphe Formen der Cellulose-Kristallstruktur sind mit der vorliegenden Innovation verknüpft, nämlich
- – native Cellulose, das heißt Cellulose I (C-I), die in den meisten natürlichen Fasern vorkommt, wie Baumwoll-, Holz-, Ramie-, Leinen- und verschiedene Hanffasern.
- – Hydrat-Cellulose, das heißt Cellulose II (C-II), wobei diese Form u. a. in regenerierter und mercerisierter Cellulose vorkommt.
- – Hochtemperatur-Cellulose, das heißt Cellulose IV (C-IV), die bei erhöhter Temperatur in Gegenwart einer polaren flüssigen Phase sowohl aus nativer als auch Hydrat- Cellulose hergestellt werden kann.
- - native cellulose, ie cellulose I (CI), found in most natural fibers, such as cotton, wood, ramie, linen and various hemp fibers.
- Hydrate cellulose, ie cellulose II (C-II), this form occurring inter alia in regenerated and mercerized cellulose.
- High temperature cellulose, ie cellulose IV (C-IV), which can be prepared at elevated temperature in the presence of a polar liquid phase from both native and hydrate cellulose.
Die
Cellulosen I und II sind monoklin bezüglich ihrer Kristallgitterform,
und sie unterscheiden sich voneinander in erster Linie hinsichtlich
der Gitterkonstante c und des Winkels β der (a/c)-Achse. Die Gitterform
der Cellulose IV wurde nicht bestätigt, aber sie wird für tetragonal
oder orthorombisch gehalten. Die Gitterkonstanten der Cellulosegitter
C-IV und C-I liegen sehr nahe beieinander, aber dem C-IV-Gitter
fehlt der Reflex der Ebene (10
Um die Cellulosestrukturen zu bestimmen, wurden WAXS-(und SAXS-)Messungen sowohl an natürlichen Fasern, Rohcellulosefasern, Seidenpapier und regenerierten Cellulosefasern, die auf unterschiedliche Weisen hergestellt wurden, als auch an entsprechenden Cellulosefilmen durchgeführt. Die Celluloseproben unterschieden sich in ihren Kristallinitätsgraden wesentlich voneinander, wobei der Kristallinitätsgrad von regenerierten Cellulosefasern (C-II-Gitter: 23 Proben) wesentlich niedriger als der von natürlichen Cellulosefasern war: Baumwolle: 68 bis 70%, Kiefer-Espen-Cellulose: 53 bis 65%, auf Xanthat basierendes Reyon: 35 bis 40%, auf NMMO basierendes Reyon: 50 bis 55% und auf Carbamat basierendes Reyon: 35 bis 45%.To determine the cellulosic structures, WAXS (and SAXS) measurements were made on both natural fibers, raw cellulosic fibers, tissue paper and regenerated cellulosic fibers made in different manners, as well as on corresponding cellulosic films. The cellulose samples differed substantially in their degrees of crystallinity, with the degree of crystallinity of regenerated cellulose fibers (C-II lattice: 23 samples) being substantially lower than that of natural cellulose fibers: cotton: 68 to 70%, pine aspen cellulose: 53 to 65%, Xanthat-based Reyone: 35 to 40%, NMMO-based rayon: 50 to 55% and carbamate-based rayon: 35 to 45%.
Die strukturelle Änderung C-II (C-I)/C-IV im Kristallgitter der Cellulosefasern hängt von vielen Faktoren zusätzlich zur Faserqualität ab. Allgemein gesprochen ist die Umwandlung vollständiger, je niedriger die kristalline Ordnung ist und je weniger Energie dafür erforderlich ist. Somit ist eine strukturelle Änderung für regenerierte Cellulosefaser (C-II) leichter als für mercerisierte oder unbehandelte natürliche Fasern (C-I).The structural change C-II (C-I) / C-IV in the crystal lattice of cellulose fibers depends on many factors in addition to fiber quality from. Generally speaking, the transformation is more complete, the lower the crystalline order and the less energy required for this is. Thus, a structural change is for regenerated cellulose fiber (C-II) easier than for mercerized or untreated natural fibers (C-I).
Reyonviskosefaser in trockener Form ist bis zu einer Temperatur von 300°C strukturell nahezu unverändert, wenn sie aber in Flüssigkeiten in einem Temperaturbereich von 140°C (80°C) bis 300°C behandelt wird, nimmt der Umwandlungsgrad C-II/C-IV in dem Maße zu, wie die Polarität der Flüssigkeit zunimmt. Während des Mercerisierens werden die Cellulosemoleküle voneinander unter dem Einfluss eines Quellmittels getrennt, wodurch sich während der Umwandlung die Anhydroglucosemoleküle leichter zurück auf das ab-Gitterniveau drehen.Reyonviskosefaser in dry form is structural up to a temperature of 300 ° C almost unchanged, but when in liquids is treated in a temperature range of 140 ° C (80 ° C) to 300 ° C, takes the Degree of conversion C-II / C-IV as the polarity of the liquid increases increases. While Mercerizing the cellulose molecules from each other under the influence separated a swelling agent, which makes the anhydroglucose molecules easier during the conversion back turn to the down-grid level.
In dem Verfahren gemäß der neuen Innovation ist der notwendige C-II/C-IV-Umwandlungsgrad gering, da es das Ziel ist, eine dünne Cellulose-IV-Schicht mit hoher Oberflächenenergie auf den Faseroberflächen zu erhalten.In the method according to the new Innovation is the necessary C-II / C-IV conversion level low as it is the target is a thin one To obtain cellulosic IV layer with high surface energy on the fiber surfaces.
Das
Konzentrationsverhältnis
der Kristallphasen C-IV/C-II wurde für Viskosefasern mittels der
entsprechenden WAXS-Intensitätsverhältnisse
(u. a. die Intensitäten
des Reflexes der (101)-Ebene) nach sowohl Glycerin- als auch Wasser-Autoklavenbehandlung
gemessen. Die folgende Gleichung wurde zum Simulieren der Intensitätsverhältnisse
mit ausreichender Genauigkeit (in diesem Zusammenhang) erhalten.
Das Streuungsintensitätsverhältnis der (101)-Ebenen der Faserqualität A-71 betrug in Glycerin nach Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 226°C S = 5,05 (Gleichung 14:S = 4,85), was einem Umwandlungsgrad von etwa 90% im kristallinen Teil der Struktur und somit einer C-IV-Konzentration von 57,6% im kristallinen Teil entspricht (die Kristallinitätsgrade vor bzw. nach der Wärmebehandlung betrugen 38 bzw. 64%). Die Faserqualität L-71 weist ein Streuungsintensitätsverhältnis auf, das niedriger ist als das vorherige (2,71), aber ihr Kristallinitätsgrad ist höher als der erstere (vor bzw. nach Behandlung 55 bzw. 70%), weshalb sich die C-IV-Konzentrationen der Faserqualitäten nicht stark voneinander unterscheiden.The Scatter intensity ratio of (101) levels of fiber quality A-71 was in glycerol after heat treatment at a temperature of 226 ° C S = 5.05 (Equation 14: S = 4.85), which corresponds to a degree of conversion of about 90% in the crystalline part of the structure and thus a C-IV concentration of 57.6% in the crystalline part (the degrees of crystallinity before or after the heat treatment were 38 and 64%, respectively). The fiber quality L-71 has a scattering intensity ratio which is lower than the previous one (2.71), but its degree of crystallinity is higher than the former (before or after treatment 55 or 70%), which is why the C-IV concentrations of the fiber qualities are not very different differ.
Es ist in diesem Zusammenhang anzumerken, dass auf Grund der Wirkung der Wärmebehandlung in einer polaren Flüssigkeit u. a. der Kristallinitätsgrad von Cellulose II zunimmt, so dass er dem Kristallinitätsgrad von Cellulose I entspricht. Der Kristallinitätsgrad von Cellulosestrukturen erhöht sich nicht, wenn in trockener Form erwärmt wird. Die Wirkung der Wärmebehandlungsdauer auf die C-II/C-IV-Umwandlung war gemäß den Messungen so klein (+~ 0,5 – 36 h), so dass sie nicht merklich das Intensitätsverhältnis beeinflusst, zieht man u. a. den Fehler beim Kristallinitätsgrad in Betracht. Es ist zu beobachten, dass das Verfahren, das in diesem Zusammenhang zum Messen der C-IV/C-II-Konzentrationen verwendet wird, in erster Linie qualitative Werte ergibt, da u. a. die Zunahme des Kristallinitätsgrads für beide Kristallsysteme als eine Funktion von Temperatur (und Dauer) von unterschiedlicher Größenordnung ist, und der Grad der Kristallinität bei der verwendeten, schnellen Messtechnik ungenau ist.It It should be noted in this context that due to the effect the heat treatment in a polar liquid u. a. the degree of crystallinity of cellulose II increases to the degree of crystallinity of Cellulose I corresponds. The degree of crystallinity of cellulose structures elevated not when heated in dry form. The effect of the heat treatment duration on the C-II / C-IV conversion was so small according to the measurements (+ ~ 0,5 - 36 h), so that it does not appreciably affect the intensity ratio, you draw u. a. the error in the degree of crystallinity into consideration. It is observed that the procedure in this context used to measure C-IV / C-II concentrations, first Line qualitative values, since u. a. the increase in the degree of crystallinity for both Crystal systems as a function of temperature (and duration) of different order of magnitude is, and the degree of crystallinity used in the, fast Measurement technology is inaccurate.
Um die C-I/C-IV-Gitterumwandlung der Kristallstruktur von trockener natürlicher Baumwolle (C-I) zu untersuchen, wurden einige Wärmebehandlungstests in Glycerin (200°C/2 h) durchgeführt. Die Wärmebehandlung ergab niedrigere Intensitätsverhältnisse als bei der vorstehend erwähnten C-II-Umwandlung, aber aus der WAXS-Analyse war leicht eine Verschiebung der (C-I)-Streuungsintensität der (101)-Ebene in Richtung größerer 2θ-Werte und das Verschwinden der (C-I)-Streuungsintensität der (101)-Ebene zu bemerken, wenn sich das C-IV-Gitter bildet.Around the C-I / C-IV lattice transformation of the crystal structure of dry naturally To investigate cotton (C-I), some heat treatment tests were carried out in glycerol (200 ° C / 2 h). The heat treatment yielded lower intensity ratios as in the aforementioned C-II conversion, but from the WAXS analysis was slightly a shift the (C-I) scattering intensity the (101) plane towards larger 2θ values and Note the disappearance of the (C-I) scattering intensity of the (101) plane when the C-IV lattice forms.
Das Cellulosegitter C-IV ist keine polymorphe Form von Cellulose in genau demselben Anteil wie die Gitter C-I und C-II, aber C-IV ist instabiler als diese und kann für eine defekte und nicht organisierte Form von Cellulose-I gehalten werden. Andererseits gibt es bei der Cellulose-C-II/C-IV-Umwandlung eine Änderung der Cellulose-Überstruktur zu einer organisierteren lamellaren Struktur, was leicht mit Röntgen-Kleinwinkel-Streuungsmessungen gezeigt werden kann.Cellulose lattice C-IV is not a polymorphic form of cellulose in exactly the same proportion as lattices CI and C-II, but C-IV is more unstable than these and can be considered a defective and unorganized form of cellulose-I. On the other hand, in the cellulose C-II / C-IV conversion, there is a change in the cellulose superstructure to a more organized lamellar structure, which is easy with X-ray small angle scattering ungsmessungen can be shown.
SAXS-Analyse von sowohl natürlichen (C-I) als auch regenerierten (C-II) Cellulosefasern zeigt eine im Allgemeinen monoton abnehmende Intensität(I)/Streuwinkel (ε)-Funktion. Eine periodisch auftretende lamellare Struktur senkrecht zur Faserrichtung, welche bei Synthesefaserpolymeren gebräuchlich ist, ist also bei Cellulosefasern nicht oft zu beobachten. Die schlechte Bildung und Erkennbarkeit des langen Identitätsabstands in Cellulosefasern ist sowohl den geringen und den Dichteunterschieden zwischen den kristallinen Gebieten als auch insbesondere auch den Kanälen zwischen den amorphen Gebieten und Mikrofibrillen, die sich in der Richtung der Faserachse anordnen (u. a. Baumwolle und entsprechende Strukturen), zuzuschreiben.SAXS-analysis of both natural (C-I) as well as regenerated (C-II) cellulose fibers generally shows one monotonically decreasing intensity (I) / scattering angle (Ε) function. A periodic lamellar structure perpendicular to the grain, which is common in synthetic fiber polymers, so is cellulose fibers not often to watch. The bad education and recognizability of the long identity gap in Cellulose fibers are both low and density differences between the crystalline areas as well as in particular the channels between the amorphous areas and microfibrils that are in the direction arrange the fiber axis (inter alia cotton and corresponding structures), attributed.
In zum Teil aufgebrochenen (u. a. mit Alkalilösungen aufgequollen) Cellulosestrukturen können Knickpunkte und Unterbrechungspunkte in der Streuungsfunktion gesehen werden, insbesondere wenn eine Lorenz-Korrektur (I ε2/ε-Funktion) für die Streuungsergebnisse verwendet wird.In partially broken (among other things swollen with alkali solutions) cellulosic structures break points and break points in the scattering function can be seen, especially when a Lorenz correction (I ε 2 / ε-function) is used for the scattering results.
Bei den durchgeführten SAXS-Streuungstests wurden Proben aus Produktionsfasern verwendet. Somit gibt zum Teil aus praktischen Gründen (Kräuselung, Herstellung der Probe usw.) das Streuungsergebnis nicht Fälle wieder, bei denen die Strahlungsebene exakt vertikal zu der Faserachse steht, da ein Teil der Probefasern eine vollständig abweichende Richtung aufweist.at the carried out SAXS scattering tests used samples of production fibers. Thus, in part for practical reasons (crimping, preparation of the sample etc.) the scattering result does not reflect cases in which the radiating plane is exactly vertical to the fiber axis, as a part of the test fibers a complete one has different direction.
In den SAXS-Diagrammen von Cellulosefasern in ihrem Grundzustand gab es in der I ε2/ε- Funktion bei sowohl natürlichen als auch regenerierten Fasern einen mehr oder weniger scharfen Peak oder Anomalie im Streuwinkelbereich ε = 17 bis 19 mrad, was einem Bragg-Abstand L(Z) = 45 bis 40 Å entspricht. Im SAXS-Diagramm von regenerierter Cellulosefaser gab es zusätzlich zu dieser Linie auch einen klar umrissenen Peak, der dem Streuwinkel ε = 1,0 ± 0,5 mrad, das heißt (L)Z = etwa 771 Å entsprach. Bei Baumwollfasern wurde eine schwache Anomalie des Streuungsverhaltens auch im Bereich: ε = 9 bis 11 mrad und L(Z) = 86 bis 70 Å festgestellt.In the SAXS diagrams of cellulose fibers in their ground state, there was a more or less sharp peak or anomaly in the ε 2 / ε function for both natural and regenerated fibers in the scattering angle range ε = 17 to 19 mrad, which is a Bragg distance L (Z) = 45 to 40 Å. In the SAXS plot of regenerated cellulose fiber, in addition to this line, there was also a well-defined peak corresponding to the scattering angle ε = 1.0 ± 0.5 mrad, that is, (L) Z = about 771 Å. For cotton fibers, a weak anomaly of the scattering behavior was also observed in the range: ε = 9 to 11 mrad and L (Z) = 86 to 70 Å.
Baumwoll- und Reyonfasern (IS und A-71) wurden in einem Thermostaten (200°C/4 h) in einer Stickstoffatmosphäre wärmebehandelt. Die Wärmebehandlung führte keine merklichen Änderungen der WAXS-Streuwinkel der Gitterebenen der Proben im Vergleich zu den Ausgangsfasern ein. Eine geringfügige Zunahme des Kristallinitätsgrads konnte an den Proben festgestellt werden: IS: 69 → 71% und A-71: 40 → 42%. Bei der SAXS-Streuung von trockenen, wärmebehandelten, regenerierten Cellulosefasern gab es keine wesentlichen Änderungen im Vergleich zu den Ausgangsfasern. Die Streufunktion von Baumwollfaser zeigte jedoch erhöhte Intensität, die dem Streuwinkel ε = 7,5 mrad, das heißt L(Z) = 103 Å, entspricht.cotton and rayon fibers (IS and A-71) were in a thermostat (200 ° C / 4 h) in a nitrogen atmosphere heat treated. The heat treatment led no noticeable changes the WAXS scattering angle of the lattice planes of the samples compared to the output fibers. A slight increase in the degree of crystallinity could be determined on the samples: IS: 69 → 71% and A-71: 40 → 42%. at SAXS scattering of dry, heat treated, regenerated Cellulose fibers there were no significant changes compared to the Output fibers. However, the scattering function of cotton fiber showed increased Intensity, the scattering angle ε = 7,5 mrad, that is L (Z) = 103 Å, equivalent.
Wie
bereits früher
festgestellt wurde, bewirken polare Flüssigkeiten bei erhöhten Temperaturen
eine Änderung
der Kristallstruktur von der C-II- und C-I-Form in die Form C-IV
und damit verbunden eine wesentliche Zunahme des Kristallinitätsgrads
insbesondere von regenerierten Fasern. Gleichzeitig findet eine
wesentliche Organisation der Cellulose-Überstruktur statt, was durch
ein Schärfer-Werden
der Intensitätspeaks
der SAXS-Streuungsdiagramme und entsprechende Verwirklichung der
lamellaren Struktur angezeigt wird. Wenn die Behandlungstemperatur
zunimmt, verschieben sich die maximalen Werte der I ε2/ε-Funktionen
in Richtung kleiner Streuwinkel und einer entsprechenden Zunahme
der Werte des 'langen
Identitätsabstands' L(Z). Da der Kristallinitätsgrad der
Struktur gleichzeitig wesentlich zunimmt, bedeutet die Zunahme der
lamellaren Abstände
eine wesentliche Zunahme der lamellaren Dicke. Die Änderung
des langen Abstands als eine Funktion der Temperatur folgte der
Form der folgenden Gleichung
Der Wert für die Konstante N war für Reyonfasern innerhalb der Grenzen der Messgenauigkeit konstant, das heißt N = 43390 Å/°C. Gleichermaßen war die „Charakter"temperatur θo konstant, das heißt θo = 414,5°C. Der Wert für die Konstante M war eine Funktion der Faserqualität (auch für Baumwollfasern). Für die auf Xanthat basierenden Reyonfasern A-71 betrug der Wert für die Konstante M = 110,2 Å. Bei den beispielhaften Temperaturen betrug die Länge des Lorenz-korrigierten langen Abstands: L(Z), Gleichungsmessung/°C: 182,0 bis 181,4/266, 144,3 bis 140,2/244, 94,0 bis 102,0/202 und 44,5 bis 42,8/134.The value of the constant N was constant for rayon fibers within the limits of measurement accuracy, that is N = 43390 Å / ° C. Likewise, the "character" temperature θ o was constant, that is, θ o = 414.5 ° C. The value of the constant M was a function of fiber quality (also for cotton fibers.) For the xanthat-based rayon fibers A-71, the Value for the constant M = 110.2 Å. For the exemplary temperatures, the length of the Lorenz corrected long distance was: L (Z), Equation measurement / ° C: 182.0 to 181.4 / 266, 144.3 to 140 , 2/244, 94.0 to 102.0 / 202 and 44.5 to 42.8 / 134.
Als ein Beispiel werden die M-Werte für drei auf Xanthat basierende Fasern erwähnt: 120,9/Lnz, 145,4/Cs-88 und 110,8/Cs-75. Für eine auf NMMO-Lösungsmittel basierende Reyonfaser L-71 betrug der Wert der Konstante M M = 150,2 Å, das heißt die Werte für den langen Abstand waren wesentlich niedriger als für die Faser A-71.When an example will be the M values for three Xanthat-based ones Fibers mentioned: 120.9 / Lnz, 145.4 / Cs-88 and 110.8 / Cs-75. For a on NMMO solvent based rayon fiber L-71 was the value of the constant M M = 150.2 Å, that is the values for the long distances were much lower than for the fiber A-71.
Als ein allgemeines Ergebnis der SAXS-Analysen kann festgestellt werden, dass insbesondere durch Regulieren der Erwärmungstemperatur in der polaren Flüssigkeit (wobei die Erwärmungsdauer von geringerer Wichtigkeit ist) die kristalline lamellare Dicke der Cellulose reguliert werden kann, wodurch die kritischen Dimensionen der Keimbildungsebenen für die heterogene Keimbildung der Celluloseoberfläche überschritten werden können.When a general result of the SAXS analyzes can be determined in particular by regulating the heating temperature in the polar liquid (where the heating time of lesser importance) is the crystalline lamellar thickness The cellulose can be regulated, reducing the critical dimensions the nucleation levels for the heterogeneous nucleation of the cellulose surface can be exceeded.
Sub-Beispiel 2.Sub-example 2.
Im Sub-Beispiel 2. wird die Benetzung von Celluloseoberflächen mit geschmolzenem Polypropylen, Ausbreiten der Kontaktschmelze und Kinetik der Ausbreitung in Verbindung mit dem neuen Verfahren untersucht.in the Sub-example 2. will involve the wetting of cellulose surfaces molten polypropylene, spreading of the contact melt and kinetics the spread in connection with the new method.
Eine Voraussetzung für eine starke Haftfestigkeit zwischen einer Celluloseoberfläche und Polypropylen ist die Bildung einer ausreichenden Kontaktoberfläche während einer ausreichend kurzen, technisch einfach zu verwirklichenden Zeitspanne. Diese Anforderungen haben einerseits ausreichende Benetzung zwischen der Celluloseoberfläche und Polymerschmelze, eine genügend schnelle Ausbreitung der Schmelze auf der Kontaktoberfläche und dementsprechend während der Verfestigung der Polymerschmelze die Bereitstellung von epitaxialer „Korngrenzenkristallisation" (Transkristallisation) zur Voraussetzung.A requirement for a strong adhesion between a cellulose surface and Polypropylene is the formation of a sufficient contact surface during one sufficiently short, technically easy to realize time span. These requirements have on the one hand sufficient wetting between the cellulose surface and polymer melt, one enough rapid spread of the melt on the contact surface and accordingly during the solidification of the polymer melt the provision of epitaxial "grain boundary crystallization" (transcrystallization) as a condition.
In diesem Zusammenhang sind das Niveau der nicht sehr gut bekannten Oberflächenenergien der verschiedenen strukturellen Oberflächenformen von fester Cellulose und auf Grund der starken Polarität von Cellulose die Qualität der Energien von Wichtigkeit, weshalb die Messungen in erster Linie darauf gerichtet sind, diese aufzuklären.In In this context are the level of not very well known surface energies the different structural surface forms of solid cellulose and due to the strong polarity of cellulose the quality of the energy of importance, which is why the measurements are primarily to enlighten these.
Die
Triebkraft für
die spontane Ausbreitung einer Flüssigkeit auf einer festen Oberfläche besteht
aus Nicht-Gleichgewichts-Grenzflächenkräften, das
heißt
Durch
Anwenden der Young-Gleichgewichtsgleichung in der Gleichung /16/
erhält
man /1, 12/:
Auf
Grund der Additivität
der Energien zwischen den Molekülen,
die durch die unpolaren und polaren Komponenten erzeugt werden,
wird die folgende Gleichung für
die Entstehung der Grenzflächenenergie
(γSL) erhalten
Die empirische Messgröße, das heißt die kritische Oberflächenspannung γc, der Benetzung einer Feststoffoberfläche, die von Fox und Zisman /12/ entwickelt wurde, ist sehr gut verwendbar. Es wurde beobachtet, dass die Funktion, die durch eine Reihe homologer Flüssigkeiten auf einem Feststoffsubstrat bereitgestellt wird, cos θ/γLV, im Allgemeinen eine Gerade ist, welche, wenn sie zu dem Wert cos θ = 1 extrapoliert wird, eine spezifische Oberflächenspannung γLV ergibt, welche die kritische Spannung γc ist. Also breiten sich Flüssigkeiten mit einer kleineren Oberflächenspannung als γc auf der Feststoffoberfläche aus.The empirical measure, that is, the critical surface tension γ c , the wetting of a solid surface developed by Fox and Zisman / 12 /, is very useful. It has been observed that the function provided by a series of homologous liquids on a solid substrate is cos θ / γ LV , generally a straight line which, when extrapolated to the value cos θ = 1, has a specific surface tension γ LV , which is the critical stress γ c . Thus, liquids with a smaller surface tension than γ c spread on the solid surface.
In den Untersuchungen des Sub-Beispiels wurden Glycerin, Formamid, Methyleniodid, Tetrabromethan, α-Brom- und α-Chlor-naphtalin als organische Flüssigkeiten für die Messungen der Beziehungen zwischen den Oberflächenenergien für Cellulose verwendet, wobei von diesen Flüssigkeiten die ersten zwei stark polar sind. Die Oberflächenspannungen der Flüssigkeiten und ihre dispersiven und polaren Komponenten entsprachen den Werten in der bekannten Literatur (Wu, Toussaint-Luner: /12/).In the examinations of the subexample were glycerin, formamide, Methylene iodide, tetrabromoethane, α-bromine and α-chloro-naphthalene as organic liquids for the Measurements of the relationships between the surface energies for cellulose used, with these fluids the first two are strongly polar. The surface tensions of the liquids and their dispersive and polar components corresponded to the values in the known literature (Wu, Toussaint-Luner: / 12 /).
Die regenerierten Cellulosefasern, die in der Untersuchung verwendet wurden, waren auf Xanthogen und N-Methyl-morpholinoxid basierende (A71- und L71-Typ) und auch gereinigte Baumwolle. Ein Teil der untersuchten Fasern wurde in polaren Flüssigkeiten wärmebehandelt. Die Cellulosefasern waren herkömmliche, industrielle Qualitäten, aus denen die Appreturmittel extrahiert worden waren. Die wärmebehandelten Fasern wurden mit einer Ethanol-Ether-Lösung oberflächengereinigt. Die Messungen des dynamischen Kontaktwinkels wurden mit einem Analysator Cahn DCA-322 unter Verwendung der Flüssigkeiten durchgeführt.The regenerated cellulose fibers used in the study were based on xanthogen and N-methyl-morpholine oxide (A71 and L71 type) and also purified cotton. Part of the examined Fibers became in polar liquids heat treated. The cellulose fibers were conventional, industrial Qualities, from which the finishing agents had been extracted. The heat treated Fibers were surface cleaned with an ethanol-ether solution. The measurements of the dynamic contact angle were measured with an analyzer Cahn DCA-322 using liquids carried out.
Aus den Kontaktwinkeln, die in unpolaren Flüssigkeiten gemessen wurden, wurden die folgenden kritischen Oberflächenenergien für die Cellulosefaserqualitäten A-71 und L-71 ebenso wie für die natürlichen Baumwollfasern PV erhalten: γc, MJ/m2: 33,5 und 39,5 ebenso wie 39,8. Die Streuung der Messwerte war beträchtlich, aber ihre Wirkung auf die Werte für die kritische Oberflächenenergie ist jedoch nicht beträchtlich. Die erhaltenen Messwerte entsprechen ziemlich gut den Werten aus der Literatur.From the contact angles measured in non-polar liquids, the following critical surface energies were obtained for the cellulosic fiber grades A-71 and L-71 as well as for the natural cotton fibers PV: γ c , MJ / m 2 : 33.5 and 39.5 as well as 39.8. Scattering of the measurements was considerable, but their effect on the critical surface energy values is not significant. The measured values obtained correspond fairly well to the values from the literature.
Die Messwerte für sowohl regenerierte Cellulose (C-I-Struktur) als auch Hemicellulose waren mit ihren numerischen Werten und auch ihren cos θ-Extrapolationslinien mit der Cellulosequalität A-71 (Luner et al.: Woodcast, Avicel: γc = 35,5, Cottoncast: 41,5, SW-Xylan: γc = 35 usw.) kompatibel. Die Werte für die kritische Oberflächenenergie von Baumwoll- und Pulpefasern (C-I-Struktur) schwanken in der Literatur in Abhängigkeit von den Polaritätswerten der verwendeten Messlösungen. Für Douglas-Pulpefasern wird ein Wert (Nguyen et al.) von γc = 52,9 angegeben, wenn in polaren Flüssigkeiten gemessen wird, und ein Wert von γc = 39,3, wenn in unpolaren Flüssigkeiten gemessen wird. Für Baumwolle erhält man durch Berechnung aus den γ-Komponenten (Westerlind et al.) in unpolaren Flüssigkeiten den Wert γc = 38,6 mJ/m2.The measured values for both regenerated cellulose (CI structure) and hemicellulose were with their numerical values and also their cos θ extrapolation lines with the cellulose quality A-71 (Luner et al .: Woodcast, Avicel: γ c = 35.5, Cottoncast : 41.5, SW-xylan: γ c = 35, etc.). The values for the critical surface energy of cotton and pulp fibers (CI structure) vary in the literature depending on the polarity values of the measurement solutions used. For Douglas pulp fibers, a value (Nguyen et al.) Of γ c = 52.9 is given when measured in polar liquids, and a value of γ c = 39.3 when measured in non-polar liquids. For cotton, the value γ c = 38.6 mJ / m 2 is obtained by calculation from the γ components (Westerlind et al.) In non-polar liquids.
Als
Folge der Wärmebehandlung
in polaren Flüssigkeiten
(Glycerin, Wasser) erhöhten
sich die Werte der kritischen Oberflächenenergie (gemessen in unpolaren
Flüssigkeiten)
für die
Proben aus den Testreihen A-71 und L-71 beträchtlich:
γc,
MJ/m2/γ, °C:
A-71:
(CH2)2CH(OH)3: 33,5/21, 37,5/200, 37,0/202, 39,5/222,
44,1/244 und H2O: 37,8/145
L-71: (CH2)2CH(OH)3: 39,5/21, 43,1/202, 41,6/222, 44,2/244
und H2O: 39,7/145As a result of the heat treatment in polar liquids (glycerol, water), the values of the critical surface energy (measured in non-polar liquids) for the samples from the test series A-71 and L-71 increased considerably:
γ c , MJ / m 2 / γ, ° C:
A-71: (CH 2 ) 2 CH (OH) 3 : 33.5 / 21, 37.5 / 200, 37.0 / 202, 39.5 / 222, 44.1 / 244 and H 2 O: 37 , 8/145
L-71: (CH 2 ) 2 CH (OH) 3 : 39.5 / 21, 43.1 / 202, 41.6 / 222, 44.2 / 244 and H 2 O: 39.7 / 145
Auch wenn man sich, basierend auf der vorstehenden Erläuterung, kritisch auf die kritische Oberflächenspannung beziehen sollte, ist es, basierend auf der Testreihe, klar, dass die Oberflächenenergie einer Cellulosefaseroberfläche als Folge der Wärmebehandlung in polaren Flüssigkeiten zunimmt, wobei die Größenordnung der Zunahme abnimmt, wenn der Kristallinitätsgrad der Ausgangsfaser zunimmt. Die kritische Oberflächenenergie einer regenerierten Cellulosefaser nähert sich also den entsprechenden Werten für natürliche Fasern als eine Folge der Gitterumwandlung, die durch die Wärmebehandlung verursacht wird.Also if, based on the above explanation, should critically refer to the critical surface tension, It is clear, based on the test series, that the surface energy a cellulose fiber surface as a result of the heat treatment in polar liquids increases, the order of magnitude the increase decreases as the degree of crystallinity of the output fiber increases. The critical surface energy A regenerated cellulose fiber thus approaches the corresponding one Values for natural fibers as a consequence of the lattice transformation caused by the heat treatment is caused.
Wenn die kritische Oberflächenenergie in unpolaren Flüssigkeiten bestimmt wird, könnte gefolgert werden, dass durch Anwenden des harmonischen Verfahrens von Wu lediglich ein Teil der erhaltenen Werte für die Komponenten der Oberflächenenergie mit den entsprechenden Literaturwerten vergleichbar wären. Aus Gründen des Vergleichs sind einige berechnete γs d- und γs p-Werte für eine Celluloseoberfläche in der Tabelle 2 angegeben. Aus den Ergebnissen kann gesehen werden, dass die dispersive Komponente der Oberflächenenergie ungefähr den entsprechenden Literaturwerten entspricht. Die polare Komponente der Oberflächenenergie der untersuchten Proben ist kleiner als normal, ausgenommen bei Baumwolle. Die niedrigen Werte sind anscheinend Verunreinigungskomponenten zuzuschreiben, die auf den Oberflächen der technischen Cellulosefasern zurückbleiben (oder dazu gegeben wurden), welche die Polarität beeinflussen (es gibt oft Hemicellulose- oder Ligninrückstände auch auf natürlichen Celluloseoberflächen). Die Tabelle 2. enthält einige Werte der Oberflächenenergie, die für Cellulosefilme erhalten wurden, die mit Alkyl-Keten-Dimer beschichtet waren (Toussaint et al. /12/: 1,6 – 2,1 – 2,4 μg AKD: die Hydroxygruppen der Oberfläche wurden bis zu 36% durch AKD-Moleküle ersetzt), woran eine starke Verringerung der polaren Komponente der Energie als eine Funktion des „Bedeckungsgrads" der Oberfläche gesehen werden kann, wobei die dispersive Komponente im Wesentlichen konstant bleibt.If the critical surface energy is determined in non-polar liquids, it could be concluded that by applying the harmonic method of Wu, only a portion of the surface energy component values obtained would be comparable to the corresponding literature values. For the sake of comparison, some calculated γ s d and γ s p values for a cellulose surface are shown in Table 2. From the results, it can be seen that the dispersive component of the surface energy approximates the corresponding literature values. The polar component of the surface energy of the samples tested is smaller than normal, except for cotton. The low levels appear to be attributed to impurity components left on (or added to) the surfaces of the cellulosic technical fibers which affect polarity (there are often hemicellulose or lignin residues even on natural cellulose surfaces). Table 2 contains some surface energy values obtained for cellulose films coated with alkylene ketene dimer (Toussaint et al. / 12 /: 1.6-2.1-2.4 μg AKD: the hydroxy groups up to 36% of the surface has been replaced by AKD molecules), which can be seen as a large reduction in the polar component of the energy as a function of the "degree of coverage" of the surface, with the dispersive component remaining substantially constant.
Außerdem sind
die Werte (mJ/m2) für die Triebkraft (fd) der Ausbreitung
und die Haftungsarbeit (Wa), welche den Messwerten entsprechen,
die in der Tabelle 2. angegeben sind, für ein Polypropylenschmelze/Cellulose-System
angegeben:
fd-Wa/Faser: 6,15-48,9/PV-1, 5,58-48,3/A-71-LK-200°C, 9,23-52,0/A-71-LKA-145°C und 11,7-54,2/A-71-LK-244°C.In addition, the values (mJ / m 2 ) of the driving force (fd) of the spreading and the adhesion work (Wa) corresponding to the measured values shown in Table 2 are given for a polypropylene melt / cellulose system:
fd-Wa / fiber: 6.15-48.9 / PV-1, 5.58-48.3 / A-71-LK-200 ° C, 9.23-52.0 / A-71-LKA 145 ° C and 11.7-54.2 / A-71-LK-244 ° C.
Basierend auf den Ergebnissen der Oberflächenenergiemessung kann allgemein geschlossen werden, dass ausgenommen für Baumwolle die Werte der Oberflächenenergie von Celluloseoberflächen und Polypropylenschmelze so nahe beieinander liegen, dass die Wirkung von verunreinigenden Komponenten bei Messungen der Oberflächenenergie kontrolliert werden muss. In einem technischen Bereich können die Verunreinigungsreste oder -zugaben in Cellulose überwacht und bei der Steuerung des Prozesses ausgenutzt werden.Based on the results of the surface energy measurement Can generally be concluded that except for cotton the values of the surface energy of cellulose surfaces and polypropylene melt so close together that the effect controlled by contaminating components in measurements of surface energy must become. In a technical area, the impurity residues or additions in cellulose and be used in the control of the process.
Zusätzlich zur Aufklärung der Beziehungen zwischen den Oberflächenenergien ist eine Aufgabe der Untersuchung in dem Sub-Beispiel die Rate der Ausbreitung einer Polyolefinschmelze auf Celluloseoberflächen, welche von beträchtlicher Wichtigkeit im Hinblick auf die Verwirklichung und Regulierung des Haftungsprozesses ist. Die Messungen, die das Ausbreiten des Polymers betreffen, wurden durchgeführt, indem eine Menge des Polyolefins von etwa ein Milligramm auf Celluloseoberflächen unterschiedlicher Qualitäten (regenerierte, gepfropfte Cellulosefilme und dünne komprimierte Fasermassen aus natürlicher Cellulose) aufgebracht wurde, indem das Polymer geschmolzen und unter Verwendung eines Schutzgasofens mit Thermostat-reguliertem Heiztisch auf die gewünschte Temperatur gebracht wurde. Das Ausbreiten des geschmolzenen Tropfens wurde als eine Funktion von Dauer und Temperatur mit einer CCD-Kamera fotografiert, die Information wurde auf ein Magnetband geladen und die Messung der Aufzeichnungen fand unter Verwendung bildanalytischer Verfahren statt. Die Änderung des Kontaktwinkels der sich verfestigenden Schmelze und der Endkontaktwinkel, wenn das Polymer in einem verfestigten Zustand war, wurde aus Kontrollgründen auch mit einem Kontaktwinkelanalysator gemessen.In addition to clarification, clearing up of something The relationships between the surface energies is a task the investigation in the sub-example the rate of propagation of a Polyolefin melt on cellulose surfaces, which of considerable Importance with regard to the realization and regulation of the Liability process is. The measurements showing the spreading of the polymer were carried out, by varying a quantity of the polyolefin of about one milligram on cellulose surfaces qualities (regenerated, grafted cellulose films and thin compressed pulps from natural Cellulose) was applied by melting the polymer and using a protective gas oven with thermostatically controlled heating table to the desired Temperature was brought. The spreading of the molten drop was as a function of duration and temperature with a CCD camera photographed, the information was loaded onto a magnetic tape and the measurement of the recordings took place using image analytical Procedure instead. The change the contact angle of the solidifying melt and the end contact angle, when the polymer was in a solidified state, for control reasons as well measured with a contact angle analyzer.
Die
kinetische Analyse des Ausbreitens des Polymers wurde gemäß der angefügten Untersuchung
/1, 12/ durchgeführt.
Durch Kombinieren der Gleichungen für die spontane Ausbreitung
einer Flüssigkeit
auf einem festen Trägermaterial
und derjenigen für
die Verzögerungskraft,
die aus der Viskosität
der Flüssigkeit
resultiert, kann die folgende Gleichung für die Rate der Änderung
des Cosinus des Benetzungswinkels des Systems erhalten werden:
Die
Gleichung /20/ in integrierter Form ist hiermit
Gemäß der Gleichung
/21/ ist die Reaktionsrate der Änderung
des Cosinus des Kontaktwinkels direkt proportional zur Oberflächenspannung
der benetzenden Polymerschmelze und umgekehrt proportional zu seiner
Viskosität
bei niedriger Scherrate. Die Temperaturabhängigkeit der Polymeroberflächenspannung
ist gering, weshalb die Temperaturabhängigkeit des untersuchten Ratenkoeffizienten
in erster Linie von der Aktivierungsenergie der Polymerschmelzviskosität (PP: E
~ 8000 cal/mol) bestimmt wird. Die Polymeroberflächenspannung hängt lediglich
mäßig vom
Molekulargewicht ab, mit Ausnahme seiner niedrigen Werte (Mn < 5000). Die Wirkung
des Molekulargewichts auf die Polymerschmelzviskosität über dem
so genannten kritischen Molekulargewicht (PP: MW,c
~ 5000) ist ziemlich beträchtlich.
Im Gebiet niedriger Scherrate (D = 1 s–1)
kann die Viskosität
der Polypropylenschmelze mit der Gleichung charakterisiert werden
Indem die Oberflächenenergie des Polymers (Zusatzstoffe) reguliert wird, ist es möglich, seine Ausbreitungsrate auf einer festen Oberfläche in geringem Ausmaß zu beeinflussen. Indem die Viskosität des Polymers reguliert wird, kann die Rate der Benetzung einer festen Oberfläche in bemerkenswertem Maße reguliert werden, indem das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des benetzenden Polymers verringert wird, wodurch es möglich ist, gleichzeitig die Verringerung des Schmelzpunktes des Polymers /14/ auszunutzen. In der praktischen Durchführung ist es möglich, einen Abbau der Molekülketten in der Oberflächenschicht der Polyolefinfasern durch Oxidation beim Spinnen in geschmolzenem Zustand /15/ in Verbindung mit Faserspinnen zu bewirken.By regulating the surface energy of the polymer (additives), it is possible to influence its propagation rate on a solid surface to a small extent. By regulating the viscosity of the polymer, the rate of wetting of a solid surface can be remarkably controlled by reducing the weight average molecular weight of the wetting polymer, where by being able to exploit simultaneously the reduction of the melting point of the polymer / 14 /. In practice, it is possible to cause degradation of the molecular chains in the surface layer of the polyolefin fibers by oxidation when spinning in the molten state in conjunction with fiber spiders.
Die Ausbreitung einer Polymerschmelze auf der Oberfläche eines festen Materials kann durch eine Anzahl struktureller Faktoren des Feststoffs oder durch natürliche oder zugegebene chemische Verunreinigungen auf seiner Oberfläche (Lignine, Hemicellulose, Appreturmittel usw.) ebenso wie mechanische Barrieren auf der festen Oberfläche bestimmt werden.The Propagation of a polymer melt on the surface of a solid material may be due to a number of structural factors of the solid or by natural or added chemical impurities on its surface (lignins, Hemicellulose, finishing agents, etc.) as well as mechanical barriers the solid surface be determined.
Bei den kinetischen Messungen dieses Sub-Beispiels wurde spezifisch das Verhalten von herkömmlichen, oft unreinen Celluloseoberflächen in Verbindung mit der Ausbreitung eines geschmolzenen Polypropylentropfens untersucht. Bei den Messungen wurden keine primären oder sekundären Randfilme nachgewiesen, welche der Ausbreitung des Tropfens vorausgehen. In erster Linie auf Grund von Filmverunreinigungen und Unregelmäßigkeiten wurden Gleichgewichtskontaktwinkel bei den Untersuchungen nicht gesucht, aber ein Winkel wurde als der Kontaktwinkelwert (θe) ausgewählt, wo dθ/dt anscheinend konstant wurde. Für die Werte, die in der Praxis benötigt werden, kann das Verfahren nicht merklich falsch sein. Die Ergebnisse aus einigen Ausbreitungstests sind in der Tabelle 3 angegeben. Von den Filmen in der Tabelle sind die Filme Nr. 1 und 2 auf Cellulose-Carbamat basierende C-II-Filme. Die Stickstoffgehalte der Filme sind 1,6 bzw. 0,18%. Der Stickstoff sitzt als ein Isocyanosäurezusatzstoff am 6-Kohlenstoff der Cellulose (CH2O-C-NH2: /16/). Der Film Nr. 3 ist ein auf Cellulose-Xanthogenat basierender C-II-Film. Von den Proben in der Tabelle sind die Celluloseproben Nr. 14 und 22 gebleichte und ungebleichte feine Cellulosefaser (C-I-Struktur).The kinetic measurements of this subexample specifically investigated the behavior of conventional, often impure cellulose surfaces in conjunction with the spread of a molten polypropylene droplet. The measurements did not detect any primary or secondary edge films that precede the spread of the drop. Primary due to film contamination and irregularities, equilibrium contact angles were not sought in the investigations, but an angle was selected as the contact angle value (θ e ) where dθ / dt appeared to be constant. For the values that are needed in practice, the procedure can not be noticeably wrong. The results from some propagation tests are given in Table 3. Of the films in the table, films Nos. 1 and 2 are cellulose carbamate-based C-II films. The nitrogen contents of the films are 1.6 and 0.18%, respectively. The nitrogen sits as an isocyanic acid additive on the 6-carbon of the cellulose (CH 2 OC-NH 2 : / 16 /). Film # 3 is a cellulose xanthate based C-II film. Of the samples in the table, Cellulose Samples Nos. 14 and 22 are bleached and unbleached fine cellulosic fiber (CI structure).
Bei den kinetischen Untersuchungen entsprechen die MWD-Analysen der behandelten Polypropylenqualitäten der angefügten Tabelle. In der Tabelle sind auch die Viskositäten gemäß der Formel /22/ bei der Temperatur von 180°C angegeben. Die Tabelle enthält auch die Werte der relativen Geschwindigkeitskonstante für die Benetzungsratenkonstante für das Probenpaar, das der gebleichten Cellulosefaser (Nr. 14) der Tabelle 3 entspricht, wie aus den Viskositätswerten berechnet, ebenso wie die Zeit, die erforderlich war, um den θ-Wert gemäß der Ratengleichung /21/ zu erreichen.at The kinetic studies are based on the MWD analyzes of the treated polypropylene grades the attached Table. In the table are also the viscosities according to the formula / 22 / at the temperature from 180 ° C specified. The table contains also the values of the relative rate constant for the wetting rate constant for the Sample pair, the bleached cellulose fiber (# 14) of the Table 3 corresponds, as calculated from the viscosity values, as well as the time required to increase the θ value according to the rate equation / 21 / to reach.
Die
Probenpaare Nr. 9 und Nr. 3 der Tabelle 3. unterscheiden sich voneinander
in erster Linie hinsichtlich der Molekulargewichtsverteilung der
Polypropylenschmelze. Ihr Ratenkonstantenverhältnis C(3)/C(9) = 3,24 sollte
also umgekehrt proportional zum Verhältnis der entsprechenden Viskositäten sein.
Gemäß der angefügten Tabelle
ist das Viskositätsverhältnis η(22)/η(21) = 4,65,
also gibt es eine ausreichende Übereinstimmung
zwischen den Ratenkonstanten und den Viskositäten.
- MFR: ASTMD 1238
- MFR: ASTMD 1238
Es kann erwähnt werden, dass gemäß der Tabelle 3. das Verhältnis zwischen den Geschwindigkeiten der Änderung der Benetzungswinkel der Probenpaare Nr. 3 und 9 (am Punkt θ = 70°) und den Zeiten, um die Kontaktwinkel zu erreichen, 4,48 bzw. 4,14 sind.It can be mentioned be that according to the table 3. the ratio between the rates of change of wetting angles Sample pairs Nos. 3 and 9 (at the point θ = 70 °) and times around the contact angles to reach 4.48 and 4.14, respectively.
Gemäß den Ergebnissen
in der Tabelle 3. ist der Ratenkoeffizient der Benetzung für die gebleichte Cellulosefaser
(Nr. 14) geringfügig
höher als
derjenige für
die ungebleichte (Nr. 12). In der angefügten Tabelle wurde die Änderung
des Geschwindigkeitsoeffizienten, der der gebleichten Cellulosefaser
(C-I-Struktur) entspricht, berechnet, wenn sich die Werte für das Gewichtsmittel
des Molekulargewichts des benetzenden Polymers und dementsprechend
für die
Schmelzviskosität
auf Werte ändern,
die sowohl höher
als auch niedriger sind als diejenigen des Referenzpolymers. Die
Molekulargewichte der Oberflächenschichten
von peripher oxidierten Polymerfasern liegen /15/ im Bereich von
MW = 500000 → < 10000. Somit ist es durch Regulieren
der Molekulargewichte von Fasern, die aus herkömmlichen technischen Polymeren
oder versponnen oxidierten Fasern hergestellt werden, möglich, die
Rate, den Grad der Benetzung und Benetzungsdauern zwischen einer Polypropylenschmelze
und Cellulose über
einen sehr weiten Bereich in einem Gebiet des Betriebs zu regulieren,
der technisch einfach zu implementieren ist. Aus den Ergebnissen,
die in der Tabelle 3. angegeben sind, kann auch gesehen werden,
dass der auf Carbamat basierende Stickstoffgehalt der Probenfilme
(1. und 2.) eine senkende Wirkung auf die Ratenkonstante der Benetzung
hat, das heißt
im Vergleich zu dem auf Xanthogenat basierenden Film (3) in einer
Stickstoff- und Luftatmosphäre:
N2: 0,00 N/Nr. 15/C(15) – 0,18 N/Nr. 16/0,63 × C(15) – 1,60 N/Nr.
3/0,41 × C(15)
Luft:
0,00 N/Nr. 6/C(6) – 0,18
N/Nr. 5/0,84 × C(6) – 1,60 N/Nr.
4/0,79 × C(6)According to the results in Table 3, the rate coefficient of wetting for the bleached cellulose fiber (# 14) is slightly higher than that for the unbleached (# 12). In the attached table, the change of the rate coefficient corresponding to the bleached cellulose fiber (CI structure) was calculated when the values for the weight-average molecular weight of the wetting polymer and, accordingly, for the melt viscosity change to values both higher and lower are as those of the reference polymer. The molecular weights of the surface layers of peripherally oxidized polymer fibers are / 15 / in the range of M W = 500,000 → <10,000. Thus, it is by regulating the molecular weights of fibers oxidized from conventional engineering polymers or spun Fibers are made possible to regulate the rate, degree of wetting and wetting durations between a polypropylene melt and cellulose over a very wide range in a field of operation that is technically easy to implement. From the results shown in Table 3, it can also be seen that the carbamate-based nitrogen content of the sample films (1 and 2) has a lowering effect on the rate constant of wetting, that is, in comparison with that of Figs Xanthate-based film (3) in a nitrogen and air atmosphere:
N 2 : 0.00 N / Nos. 15 / C (15) - 0.18 N / No. 16 / 0.63 × C (15) - 1.60 N / Nos. 3 / 0.41 × C (15)
Air: 0.00 N / No. 6 / C (6) - 0.18 N / No. 5 / 0.84 × C (6) - 1.60 N / Nos. 4 / 0.79 × C (6)
In einer Luftatmosphäre nehmen die Ratenkonstanten für die Benetzung bei allen Testreihen im Vergleich zu den Werten in einer Stickstoffatmosphäre ab. Eine weitere wichtige Wirkung einer Luftatmosphäre ist das nahezu vollständige Verschwinden der senkenden Wirkung auf die Ratenkonstante des strukturellen Stickstoffs in dem Film (die Verunreinigungskomponente des Films wird oxidiert und verdampft, die Filmoberfläche wird oxidiert usw.). Als Folge des Sauerstoffs in der Luft nimmt auch der Wert für den Gleichgewichtskontaktwinkel in den Proben der Testreihe ab. Die Wirkung von sowohl dem strukturellen Stickstoff im Film als auch diejenige des atmosphärischen Sauerstoffs auf die Rate der Benetzung ist eine Folge von Änderungen bei den Komponenten der Oberflächenenergie. Durch Regulieren der Werte der Oberflächenenergie ist es also möglich, die kinetischen Merkmale bei der Benetzung zu beeinflussen, aber offensichtlich in einem geringeren Ausmaß als durch Regulieren der Viskosität der Polymerschmelze.In an air atmosphere take the rate constants for the wetting in all test series compared to the values in a nitrogen atmosphere from. Another important effect of an air atmosphere is that almost complete Disappearance of the lowering effect on the rate constant of the structural Nitrogen in the film (the impurity component of the film is oxidized and evaporated, the film surface is oxidized, etc.). When Oxygen in the air also decreases in value for the equilibrium contact angle in the samples of the test series. The effect of both the structural Nitrogen in the film as well as the atmospheric Oxygen on the rate of wetting is a result of changes at the components of surface energy. By regulating the values of the surface energy, it is possible, the to influence kinetic characteristics during wetting, but obviously to a lesser extent than by regulating the viscosity the polymer melt.
Es kann noch erwähnt werden, dass es, wenn die Kontaktproben nach den Benetzungsmessungen abgekühlt wurden, beobachtet werden konnte, dass die Temperatur der Verfestigung sogar um 30°C über der herkömmlichen Verfestigungstemperatur (~110 bis 115°C) lag, wobei der Grad der Unterkühlung der Polymerschmelze dementsprechend abnahm. Dies ist eine Konsequenz von heterogener Keimbildung der Polymerschmelze auf der Celluloseoberfläche. Es ist auch zu beobachten, dass diese Keimbildungswirkung von Cellulose abnahm, wenn das Molekulargewicht des Polymers zunahm; beispielsweise wies das Polymer PP 23 in der angefügten Tabelle eine Schmelzenverfestigungstemperatur (Luftatmosphäre) von 113°C, das Polymer PP 22 (N2) von 133°C und das Polymer PP 21 (N2, Nr. 3) von 142°C auf.It may also be mentioned that, when the contact samples were cooled after the wetting measurements, it could be observed that the temperature of the solidification was even 30 ° C above the conventional solidification temperature (~ 110 to 115 ° C), the degree of Hypothermia of the polymer melt decreased accordingly. This is a consequence of heterogeneous nucleation of the polymer melt on the cellulose surface. It is also observed that this nucleating effect of cellulose decreased as the molecular weight of the polymer increased; For example, in the attached table, the polymer PP 23 had a melt solidification temperature (air atmosphere) of 113 ° C, the polymer PP 22 (N 2 ) of 133 ° C, and the polymer PP 21 (N 2 , No. 3) of 142 ° C ,
Sub-Beispiel 3.Sub-example 3.
Im Sub-Beispiel 3. wurde die thermische Bindung von Fasergemischen aus regenerierten Cellulosefasern unterschiedlicher Qualität, Baumwollfasern und herkömmlichen Polypropylenfasern und solchen vom Haut-Kern-Typ untersucht, um die hauptsächlichen Bindungswirkungen zwischen den Fasern aufzuklären.in the Sub-example 3. was the thermal bonding of fiber mixtures made of regenerated cellulose fibers of different quality, cotton fibers and conventional Polypropylene fibers and those of skin-core type examined to the main ones To clarify bonding effects between the fibers.
Die
Apparate und deren Funktionen und die Verfahren für Betrieb,
Kontrolle und Regulierung der thermischen Bindungs-, Wasser-Nadelungs-
und Spinnoxidationsverfahren, die bei der Herstellung der Gewebe und
Fasern in den Sub-Beispiele
3. und 4. verwendet wurden, werden ausführlich in den Patenten
Die Bindungsgleichung ist in zufrieden stellender Weise auch zur Verwendung im Temperaturbereich des Textilerzeugnisses anwendbar (das heißt, bei einer Temperatur über der Temperatur Tm, die dem Bindungsfestigkeitsmaximum δm entspricht, wobei der Anteil der Teilschmelze des bindenden Polymers hoch ist).The bonding equation is satisfactorily applicable for use in the temperature range of the fabric (that is, at a temperature above the temperature T m, corresponding to the bonding strength maximum δ m, wherein the proportion of the partial melt of the binding polymer is high).
Die
erste Testreihe (A) des Sub-Beispiels 3. wurde unter Verwendung
eines Paars von Stahlwalzen mit einer mit Punkten gemusterten und
einer glatten Walze durchgeführt.
Die Ergebnisse der Testreihe unter Verwendung der Bindungsgleichungen
werden in der Tabelle 4. und in der
In der Testreihe (A) wurden sowohl zwei unterschiedliche Reyon-Viskose-Qualitäten (R1 und R2), wovon eine eine auf Cellulose-Xanthogenat basierende war und die andere eine Faser, die aus einer NMMO-Lösung regeneriert wurde, als auch eine gereinigte Baumwollfaser (PV, Struktur C-I) für die Bindungsreihe verwendet. Beim Binden wurden drei unterschiedliche Polypropylenfaserqualitäten (PP-5, -1 und -8) verwendet, wovon PP-5 eine herkömmliche homogene Polypropylenfaser war und die anderen vom Haut-Kern-Typ waren (PP-8 eine peripher hochgradig oxidierte Faser). Die Ergebnisse schließen außer den Fasergemischen auch die Bindungsergebnisse für die reinen Komponenten der Polypropylenfaser ein. Der Anteil der bindenden Faser in den Gemischen betrug 50 Gew.-%.In the test series (A) both two different rayon-viscose qualities (R1 and R2) where one was cellulose xanthate based and the other was a fiber regenerated from a NMMO solution as well as a purified cotton fiber (PV, structure CI) for the bondline. When bonding, three different polypropylene fiber grades (PP-5, -1 and -8) were used, of which PP-5 was a conventional homogeneous polypropylene fiber and the others were skin-core type (PP-8 a peripherally highly oxidized fiber). The results include, besides the fiber blends, also the bonding results for the pure components of the polypropylene fiber. The proportion of the binding fiber in the mixtures was 50% by weight.
Wenn
herkömmliche
Polypropylenfaser verwendet wird, sind die Bindungsfestigkeiten
für die
Fasergemische beider Reyonfasern im Wesentlichen von derselben Größenordnung
auf beiden Seiten der Tm-Temperaturen. Die
Aktivierungsenergien für
die Bindungsverfahrene sind von derselben Größenordnung bei Temperaturen
unter Tm und ziemlich nahe an der Aktivierungsenergie
des Bindens der reinen Komponente der Polypropylenfaser. Im Hochtemperaturbereich
nimmt die Aktivierungsenergie zum Binden für die Reyonfasergemische im
Wesentlichen unter die Aktivierungsenergie für Polypropylenbindung ab, was
gleichzeitig anzeigt, dass sich die Cellulosefasern an dem Bindungsverfahren
beteiligen. Bei Fasergemischen, die Polypropylenfasern des Haut-Kern-Typs PP-1 entsprechen,
sind die Aktivierungsenergien zum Binden im Temperaturbereich T < Tm für Cellulosefasergemische
(R1, R3 und PV) von derselben Größenordnung
und nahe der Aktivierungsenergie für das Binden der PP-1-Komponente.
Die Bindungsfestigkeiten für
die Gemische liegen auch nahe beieinander. Die Temperatur (Tm), die dem maximalen Wert für die Bindungsfestigkeit
für Reyon-Cellulose-Gemische
entspricht, nimmt wesentlich über
die Temperatur, die der bindenden Faser entspricht, zu, wobei sich das
Baumwollgemisch in umgekehrter Weise verhält. Im Hochtemperaturbereich
ist die Aktivierungsenergie für
Binden von Cellulosegemischen unter der Aktivierungsenergie für die entsprechende
bindende Faser, was mit den Gleichungskonstanten zeigt, dass sich
die Cellulose am Bindungsverfahren beteiligt. Die Verhältnisse für die Bindungsfestigkeiten
[(R1 + PP)/PP] für
die entsprechenden Polypropylenfasern waren:
PP-5: S = 8,16 × 105 × exp[–12000/RT]
PP-1:
S = 4,81 × 102 × exp[–6060/RT]
PP-8:
S = 0,453When conventional polypropylene fiber is used, the bond strengths for the fiber blends of both rayon fibers are substantially of the same order of magnitude on either side of the T m temperatures. The activation energies for the attachment methods are of the same order of magnitude at temperatures below T m and quite close to the activation energy of binding the pure component of the polypropylene fiber. In the high temperature region, the activation energy for bonding to the rayon fiber blends substantially drops below the activation energy for polypropylene bonding, indicating at the same time that the cellulose fibers are participating in the bonding process. For fiber blends corresponding to PP-1 skin core type polypropylene fibers, the activation energies for bonding in the temperature range T <T m for cellulose fiber blends (R1, R3 and PV) are of the same order of magnitude and close to the activation energy for binding the PP-1 -Component. The bond strengths for the blends are also close to each other. The temperature (T m ), which corresponds to the maximum bond strength value for rayon-cellulose mixtures, increases substantially above the temperature corresponding to the binding fiber, with the cotton blend behaving in a reversed manner. In the high temperature range, the activation energy for binding cellulose mixtures is below the activation energy for the corresponding binding fiber, which shows, with the equation constants, that the cellulose participates in the binding process. The bond strength ratios [(R1 + PP) / PP] for the respective polypropylene fibers were:
PP-5: S = 8.16 × 10 5 × exp [-12000 / RT]
PP-1: S = 4.81 × 10 2 × exp [-6060 / RT]
PP-8: S = 0.453
Bei einer Temperatur von 162°C sind die Verhältnisse, die aus den Gleichungen erhältlich sind: 0,375/PP-5, 0,434/PP-1 und 0,453/PP-8, wobei diese Reihenfolge auch die quantitative Reihenfolge bei der Beteiligung am Cellulosebinden anzeigt (bei niedrigen Temperaturen ist die Reihenfolge in etwa die umgekehrte).at a temperature of 162 ° C are the circumstances, which is available from the equations are: 0.375 / PP-5, 0.434 / PP-1 and 0.453 / PP-8, this order also the quantitative order of involvement in cellulose binding (at low temperatures, the order is approximately the reverse).
Die
peripher oxidierte Faserqualität
(PP-8) entspricht in ihren Schmelz- und anderen Eigenschaften gut
den Faserqualitäten,
die mit dem Prozess erhalten werden, der in der
Es ist zu beobachten, dass auf Grund des kleinen Gesamtgebiets des Bindens, der kleinen Kontaktoberfläche der einzelnen Bindungspunkte und der kurzen Verzögerungszeiten beim Binden die Art und Weise der Punktbindung, die bei den Tests verwendet wurde, eine niedrige Endfestigkeit sowohl für Reyon- als auch Cellulosegemische ergab (Kontaktoberfläche: die Cellulose-PP-Oberflächenschmelze ist gering: Haftung). Die Punktbindungstests zeigen jedoch die gegenseitige Abhängigkeit zwischen den Hauptfaktoren beim Binden, nämlich das eigene Bindungssystem von Polypropylenfasern und das Bindungssystem von Cellulosegemischen, sowohl im Hinblick auf die Stelle der maximalen Werte der Bindungsfestigkeit als auch die Aktivierungsenergien.It It can be observed that due to the small overall area of the Bindens, the small contact surface of the individual binding points and the short delay times while tying the way of point bonding used in the tests was used, a low final strength for both Reyon- as well as cellulose mixtures (contact surface: the cellulose PP surface melt is low: liability). However, the point-bonding tests show the mutual dependence between the main factors in binding, namely the own binding system of polypropylene fibers and the binding system of cellulose mixtures, both in terms of the location of the maximum values of bond strength as well as the activation energies.
Eine
zweite Testreihe (B) für
das Sub-Beispiel 3 wurde unter Verwendung eines Walzenpaares, das von
einer Baumwoll- und einer Stahlwalze gebildet wurde, durchgeführt. Die
Ergebnisse der Testreihe sind in der Tabelle 5. und in
Wenn die Cellulose aus dem Textilerzeugnis mit Phosphorsäure herausgelöst wird, kann beobachtet werden, dass im niedrigen Temperaturgebiet das Auflösen nicht merklich die Festigkeit für die Fasergemisch-Textilerzeugnis R4/PP-6 und R4/PP-3 beeinflusst, und somit ist die Festigkeit in diesen Textilerzeugnissen in erster Linie dem gegenseitigen Binden zwischen den Polypropylenfasern zuzuschreiben. Beim Textilerzeugnis aus Fasergemisch R2/PP-3 senkt das Auflösen der Cellulosekomponente wesentlich die Festigkeit des Textilerzeugnisses im bindenden Bereich sowohl bei niedriger als auch bei hoher Temperatur, was zeigt, dass die Cellulose zusätzlich zum Polypropylen an der Faserbindung beteiligt ist. Im Bereich der hohen Bindungstemperaturen zeigt das Bindungsergebnis des Fasergemischs R4/PP-4 auch, dass die Cellulose an der Bindung beteiligt ist. Im höheren Temperaturbereich trägt der Term der Aktivierungsenergie der Bindungsgleichung für das Gemisch ein negatives Vorzeichen, das heißt, die Bindungsfestigkeit nimmt noch über der Tm-Temperatur zu. Diese Wirkung verschwindet aus den Ergebnissen nach dem Auslaugen mit Phosphorsäure.When the cellulose is leached from the fabric with phosphoric acid, it can be observed that in the low temperature range, the dissolution does not appreciably affect the strength for the blended fabric R4 / PP-6 and R4 / PP-3, and thus the strength in them Attributable primarily to mutual bonding between the polypropylene fibers. In the fiber blend R2 / PP-3 fabric, dissolution of the cellulosic component substantially lowers the strength of the fabric in the bonding region at both low and high temperature, demonstrating that the cellulose participates in fiber bonding in addition to polypropylene. In the area of high bonding temperatures, the bonding result of the fiber mixture R4 / PP-4 also shows that the cellulose is involved in the binding. In the higher temperature range, the term of the activation energy of the bond equation for the mixture carries a negative sign, that is, the bond strength increases even above the T m temperature. This effect disappears from the results after leaching with phosphoric acid.
Ein Grund für die Bindungsaktivität der Cellulosekomponente des R4/PP-3-Gemischs ist die Cellulose-IV-Struktur, welche in der WAXS-Analyse in der Oberflächenschicht der Cellulosefaser R4 gut sichtbar ist. Es ist auch zu beobachten, dass, wenn mit einem Baumwolle-Walzensystem gebunden wird, das Bindungsgebiet ziemlich groß ist und auf Grund des plastischen Bindens sich die Polypropylenschmelze leicht um die Faser herum ausbreitet, wobei beide Faktoren ihren eigenen Beitrag zur Festigkeit des Enderzeugnisses bringen.One reason for the binding activity the cellulose component of the R4 / PP-3 blend is the cellulose IV structure, which in the WAXS analysis in the surface layer of the cellulose fiber R4 is clearly visible. It is also observed that when with one Cotton roller system is bound, the binding area pretty much is great and due to the plastic bonding, the polypropylene melt spreads easily around the fiber, both factors being theirs contribute to the strength of the final product.
Sub-Beispiel 4.Sub-example 4.
Im Sub-Beispiel 4. wird die Verbesserung und Regulierung der Bindung zwischen Cellulosefasern mittels Koronabehandlung untersucht.in the Sub-example 4. will improve and regulate the bond examined between cellulose fibers by means of corona treatment.
Die Verbesserung der Haftung zwischen Cellulosefasern ist wichtig, insbesondere wenn Polyester-, Polyamid- oder ähnliche Fasern, welche im Hinblick auf Cellulose inert sind, die bindenden Polymersynthesefasern für ein Wasser-genadeltes Fasertextilerzeugnis mit einem ziemlich hohen Grundgewicht umfassen. Um zu verhindern, dass sich Cellulosefusseln ablösen, kann hier, falls notwendig, sowohl Vormischen von Polyolefinmikrofaser mit Cellulose als auch ein Schmelzbenetzungs-Transkristallisations-Verfahren für den Cellulose-Polyolefin-Kontakt nach dem Nadelungsprozess verwendet. werden. Hier erleichtert eine Verbesserung auch bei der Cellulose-Cellulose-Haftung die Bereitstellung eines Vorkontakts im Cellulose-Polyolefin-Gemisch. Das kombinierte Verfahren kann vorteilhafterweise bei der Herstellung von absorbierendem und gleichzeitig mechanisch festem Vlieslaminattextilerzeugnis verwendet werden.The Improvement of the adhesion between cellulose fibers is important, in particular if polyester, polyamide or the like Fibers which are inert with respect to cellulose, the binding ones Polymer Synthetic Fibers for a water-needled fiber-textile product with a rather high Base weight include. To prevent cellulose fuzz replace, Here, if necessary, both premixing of polyolefin microfiber with cellulose as well as a melt-wetting transcrystallization process for the cellulose-polyolefin contact used after the needling process. become. Here facilitates one Improvement also in cellulose-cellulose adhesion providing precontact in the cellulose-polyolefin mixture. The combined Method can be used advantageously in the production of absorbent and at the same time using mechanically strong nonwoven laminate fabric become.
Bei den Untersuchungen, die die Haftung zwischen Cellulosefasern betreffen, wurde ein Koronaapparat im Pilotanlagenmaßstab verwendet (Sherman High Frequency Generator: 20 ± 5 kHz, D-2 kW). Die Untersuchungen, die die Ablösung von Cellulosefusseln betreffen, wurden unter Verwendung eines Testapparats Gelbo Flex (5000 ES; EDANA 22.0-96: Tendenz zur Fusselbildung) durchgeführt.at investigations concerning adhesion between cellulose fibers, a pilot plant scale corona apparatus was used (Sherman High Frequency Generator: 20 ± 5 kHz, D-2 kW). The investigations concerning the detachment of cellulose lint were performed using a Gelbo Flex (5000 ES; EDANA 22.0-96: linting tendency).
In diesem Zusammenhang wird die Haftung zwischen Cellulosefasern in einem herkömmlichen wasserstrahlverfestigten Textilerzeugnis aus Polyester-Pulpecellulosefaser (50 Gew.-% PES; 70 g/m2) untersucht, wobei das Cellulosefaserformat gegen ein Polyestervlies auf einem Drahtnetz wasserstrahlverfestigt wurde. Der Grad der Mischung zwischen den Komponenten war in dem Erzeugnis hoch, aber die Ablösung von Cellulosefusseln war auf beiden Seiten des Textilerzeugnisses (Seiten A und B) unterschiedlich. Für die grundlegende Vergleichsreihe wurde das anfängliche Textilerzeugnis lediglich mit dem SHFG-Apparat als eine Funktion der Wirkung behandelt. Die Teilchenzahlen (N, Anzahl)/ft3) in den Cellulosefusseln, die sich von dem Textilerzeugnis ablösten, erhöhten sich geringfügig als eine Funktion der elektrischen Arbeit (W, wh/m2), die auf das Textilerzeugnis angewendet wurde, d. h. N(A) = 1010 + 143 W und N(B) = 3635 + 98 W.In this regard, the adhesion between cellulosic fibers in a conventional spunbond fabric of polyester pulp cellulosic fiber (50 weight percent PES; 70 g / m 2 ) was examined by hydroentangling the cellulose fiber sheet against a polyester nonwoven fabric on a wire net. The degree of mixing between the components was high in the product, but the delamination of cellulose lint was different on both sides of the fabric (pages A and B). For the basic comparison series, the initial fabric was treated only with the SHFG apparatus as a function of effect. The particle counts (N, number) / ft 3 ) in the cellulose lint that detached from the fabric increased slightly as a function of the electrical work (W, wh / m 2 ) applied to the fabric, ie, N ( A) = 1010 + 143 W and N (B) = 3635 + 98 W.
Um
die Wirkung der Koronabehandlung zu zeigen, wurde die Menge an abgelösten Fusseln
aus dem anfänglichen
Textilerzeugnis erhöht,
indem das Textilerzeugnis mit gesättigtem Wasserdampf benetzt
wurde und indem es durch Wärmewalzen
(115°C,
0,1 bis 40 kN/m) getrocknet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die
Fusselmengen, die sich von dem Testgewebe ablösten, ungefähr linear als eine Funktion
der elektrischen Arbeit, die darauf angewendet wurde, abnahmen.
Die folgenden Werte wurde für
die Fusselmengen erhalten
N(A) = 37867 – (4183 – 5748) W und N(B) = 20328 – (1857 – 2713)
W,
wobei die Werte für
den 'Arbeitskoeffizienten' in Klammern den
erhaltenen maximalen und minimalen Werten entsprechen. Fusselwerte
für die
anfänglichen
Textilerzeugnisse, die kleiner waren als die vorstehend untersuchten,
verhielten sich entsprechend, wenn sie auf die vorstehend erwähnte Weise
behandelt wurden.To demonstrate the effect of the corona treatment, the amount of lint removed from the initial fabric was increased by wetting the fabric with saturated water vapor and drying it by thermal rollers (115 ° C, 0.1 to 40 kN / m). The results showed that the amounts of fuzz that detached from the test tissue were approximately linear as a function of electrical Work that was applied to it decreased. The following values were obtained for the lint quantities
N (A) = 37867 - (4183 - 5748) W and N (B) = 20328 - (1857 - 2713) W,
where the values for the 'work coefficient' in brackets correspond to the maximum and minimum values obtained. Lint values for the initial fabrics smaller than those examined above behaved accordingly when treated in the manner mentioned above.
Gemäß den Testergebnissen kann die Cellulose-Cellulose-Faserhaftung mittels einer Korona-, Benetzungs- und Trocknungsbehandlung sehr wirksam verbessert werden, und bereits mit einer geringen elektrischen Arbeitslast, die auf das Textilerzeugnis angewendet wird, kann die Menge an feinen Cellulosefusseln, die sich vom Textilerzeugnis ablöst, praktisch auf den Wert null verringert werden.According to the test results can the cellulose-cellulose fiber adhesion by means of a corona, Wetting and drying treatment can be improved very effectively, and already with a low electrical workload on the textile product is applied, the amount of fine cellulose lint, the detached from the textile product, practically reduced to zero.
Die Größenverteilung der Cellulosefusseln, die vom Testtextilerzeugnis verströmt werden, erwies sich als praktisch unverändert und auch unabhängig von der Fusselmenge, wenn Fusseln der minimalen Größe d = 0,5 μm fünf Minuten lang behandelt wurden. Jedoch erwiesen sich die Fusselgrößenverteilungen, die als exakte Mittelwerte in der Testreihe aufgefasst wurden, als ziemlich wesentlich verschieden von der Summenverteilung, wobei die Differenz des Prozentsatzes als eine Funktion der Zeit mit erhöhter Teilchengröße abnahm. Wenn die Teilchengröße im Bereich von 0,3 bis 0,5 μm war, erwies sich die Differenz des Prozentsatzes als eine Funktion der Zeit als das Gegenteil im Hinblick auf die anderen Teilchengrößenklassen, was die besondere Wichtigkeit der Fusselklassen unter 0,5 μm im System der Verteilung zeigt. Es ist insbesondere zu beobachten, dass bei den Fusselklassen von Korona-behandelten Geweben keine Verbreiterung des Prozentsatzes der vorstehenden Art in den verschiedenen Größenklassen als eine Funktion der Testdauer erschien (was selbst die Wirkung der Behandlung auch auf die Fusselgrößenverteilung zeigt).The size distribution the cellulose lint that is emitted from the test fabric, proved to be virtually unchanged and also independent of lint, if lint of minimum size d = 0.5 μm five minutes were treated long. However, the lint size distributions proved which were regarded as exact mean values in the test series, as quite substantially different from the cumulative distribution, where the difference in percentage as a function of increased particle size decreased. If the particle size in the range from 0.3 to 0.5 μm was, the difference of the percentage proved to be a function time as the opposite in terms of the other particle size classes, what the special importance of lint classes below 0.5 microns in the system the distribution shows. It is especially observed that at no broadening of the lint classes of corona-treated tissues the percentage of the above type in different size classes as a function of the test duration appeared (which itself the effect the treatment also shows the lint size distribution).
Wenn die Haftungsergebnisse bewertet werden, ist zu beobachten, dass die Fusselmenge eine klare Funktion der mechanischen Biege- und Scherarbeit ist, die auf das Textilerzeugnis angewendet wird (in der weiteren Verarbeitung usw.), weshalb das tatsächliche Ergebnis der Fusselbildung nicht dasselbe ist wie das Testergebnis. Ebenso ist die Abnahme des Kristallinitätsgrads der Cellulose und der Werte der Oberflächenenergie davon, die durch die elektrische Arbeit verursacht wird, in Betracht zu ziehen, was die Benetzung und Transkristallisation des Polyolefin-Cellulose-Kontakts verringern kann, wenn das entsprechende Teilverfahren zusätzlich zum Koronabehandlungsverfahren verwendet wird.If the liability results are assessed, it is observed that the amount of lint a clear function of the mechanical bending and Shear work that is applied to the fabric (in further processing, etc.), which is why the actual Result of linting is not the same as the test result. Similarly, the decrease in the degree of crystallinity of the cellulose and the Values of surface energy of it, which is caused by the electric work, into consideration wetting and transcrystallization of the polyolefin-cellulose contact if the corresponding sub-procedure in addition to Corona treatment process is used.
Das Ergebnis der Testreihen zeigt die absolute Wirksamkeit des Koronabenetzungs-Drucktrocknungs-Verfahrens und seine breiten Regulierungs- und Anwendungsmöglichkeiten. The result of the test series shows the absolute effectiveness of the corona setting pressure drying process and its wide range of regulation and applications.
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