EP2013384B2

EP2013384B2 - Vliesstoff

Info

Publication number: EP2013384B2
Application number: EP07724352.5A
Authority: EP
Inventors: Steffen Bornemann; Markus Haberer
Original assignee: Fiberweb Corovin GmbH
Current assignee: Fiberweb Corovin GmbH
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2027-04-19
Also published as: DE102006020488B4; RU2008147001A; BRPI0710984A2; PL2013384T3; JP2009534549A; EP2013384A1; UA98457C2; RU2570872C2; DE102006020488A1; CN101432472A; EP2013384B1; US8987152B2; RU2010132636A; US20090104831A1; ES2340815T5; WO2007124866A1; PL2013384T5; DE502007003010D1; RU2408745C2; MX2008013609A

Description

Die Erfindung betrifft einen Vliesstoff aus Polymerfäden, enthaltend ein thermoplastisches Polymer und einen anorganischen Füllstoff und die Herstellung von Vliesstoffen.
Aus dem Stand der Technik ist die Gewinnung von Polymerfäden zur Vliesherstellung unter Zusatz von inaktiven mineralischen Füllstoffen prinzipiell bekannt.
Aus WO 97/30199 A sind weiche Teilchen enthaltende Polyolefinfasern und -fäden mit verbesserten Eigenschaften in Bezug auf deren Verfestigungsverhalten während der Thermoverfestigung bekannt, wobei ein breiteres Verfestigungsfenster im Vergleich zu Vliesen aus Fasern oder Fäden ohne Teilchen erzeugt wird. Ein Hinweis auf die Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften beziehungsweise die Durchlässigkeit der Vliese wird nicht gegeben.
US 2006/084346 A1 stellt auf gasdurchlässige spinngebundene flächige Materialien ab, die eine höhere Flüssigkeitsbarriere als traditionelle Erzeugnisse aufweisen und zudem gute physikalische Eigenschaften besitzen. In einem Lösungsspinnverfahren werden Filament-Stränge als ein dreidimensionales, integrales Netzwerk ausgebildet. Hierzu werden Lösungsmittel auf Halogenkohlenwasserstoffbasis verwendet.
EP 0 841 415 A2 offenbart Fasern, die feine anorganische Teilchen in hoher Konzentration enthalten, wobei eine gute Verarbeitbarkeit und ausreichende physikalische Eigenschaften angestrebt werden. Um dieses zu gewährleisten, ist jedoch die Zugabe von hochmolekularen Substanzen mit polaren Gruppen erforderlich, die an der Grenzfläche der feinen anorganischen Teilchen absorbiert vorliegen oder die eine hohe Affinität zur Grenzfläche der anorganischen Teilchen besitzen und die thermodynamische Verträglichkeit zwischen dem Polymeren und dem Füllstoff verbessern.
EP 0 298 767 A2 offenbart Garne mit hohen Füllstoffgehalten sowie deren Herstellung. Um die Festigkeitseigenschaften der hochgefüllten Garne zu verbessern, wird während des Spinnens und Verstreckens eine Orientierung innerhalb der Garne angestrebt, die mit eine drastischen Verringerung der Dehnbarkeit verbunden ist.
Die Druckschrift US 6 797 377 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Stoffes aus einem Polymer oder Polymergemisch mit gewebeartiger Struktur ("cloth-like properties"), der einen mineralischen Füllstoffgehalt von bis zu 10 % aufweist. Zur Gewährleistung der Weichheit des Gewebes bei steigendem Füllstoffgehalt wird ein Füllstoffgemisch eingesetzt. So wurde gefunden, dass insbesondere die Zugabe von TiO₂ die zunehmende Versteifung des Gewebes bei höheren Füllstoffgehalten verhindert. Daher wird nach der Lehre der US 6 797 377 ausschließlich ein Gemisch aus TiO₂ und einem weiteren mineralischen Füllstoff eingesetzt. Bezüglich der Partikelgröße des Füllstoffes ist in der US 6797 377 eine Größe von 10 bis 150 µm vorgesehen.
Die US 6 797 377 gibt keinen Hinweis auf die Stoffeigenschaften bei Erhöhung des Füllstoffgehalts und gleichzeitigem Verzicht auf die Zugabe von TiO₂. Die Bedeutung der Partikelgröße und der Partikelform für die Eigenschaften des Endproduktes bei höheren Füllstoffgehalten wird ebenfalls nicht offenbart.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Vliesstoffs aus Polymerfäden mit einem höheren Füllstoffgehalt, wobei ein aus dem Polymerfaden hergestellter Vliesstoff, im Vergleich zu einem Vliesstoff aus einem Polymerfaden mit einem Füllstoffgehalt < 10 Gewichts-%, im Wesentlichen unveränderte Eigenschaften aufweisen soll. Die Luftdurchlässigkeit, die Wassersäule, die mittlere Porengröße, die Durchdringzeiten sowie die mechanischen Eigenschaften, gemessen als Höchstzugkraft und Höchstzugkraftdehnung sind Beispiele für jene Vliesstoffeigenschaften, die beim erfindungsgemäßen Füllstoffgehalt im Wesentlichen unverändert bleiben.
Zur Lösung der Aufgabe lehrt die Erfindung einen Vliesstoff aus Polymerfäden enthaltend ein thermoplastisches Polymer und einen anorganischen Füllstoff, wobei der Füllstoffgehalt, bezogen auf den Polymerfaden, mehr als 10 Gewichts-% beträgt, wobei

die mittlere Partikelgröße (D₅₀) des Füllstoffs kleiner oder gleich 6 µm ist,
das Flächengewicht zwischen 7 g/m² und 500 g/m²liegt,
das Produkt aus Flächengewicht und Luftdurchlässigkeit nach DIN EN ISO 9237 im Bereich von 88.000 bis 132.000 ist und
die Werte für den Quotienten aus Wassersäule nach DIN EN 20811 und Flächengewicht im Bereich von 2,5 ± 0,5 liegen.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht in der Erkenntnis, dass bei deutlicher Erhöhung des Füllstoffgehalts die Partikelgröße des Füllstoffs für die Gewährleistung der Konstanz der Eigenschaften des Polymerfadens bzw. der daraus hergestellten Vliesstoffe, eine entscheidende Rolle spielt.
Die Erfinder haben dabei erkannt, dass bei erhöhtem Füllstoffgehalt vor allem die gleichmäßige Dispergierung des Füllstoffs in der Polymermatrix die Konstanz der Stoffeigenschaften gewährleistet und sie haben erkannt dass die Gleichmäßigkeit der Dispergierung im Wesentlichen von der Größe und der Form der Partikel des Füllstoffs abhängig ist. Für den erhöhten Füllstoffgehalt wurde der Bereich der passenden mittleren Partikelgröße ermittelt. Dieser liegt bei einem Füllstoffgehalt von mehr als 10 Gewichts-% brei ≤ 6 µm (D₅₀).
Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Vliesstoffs aus Polymerfäden, werden nachfolgend zunächst die zur Beschreibung der Erfindung verwendeten allgemeinen Begriffe zur Klarstellung kurz erläutert und in den Zusammenhang der Erfindung gestellt:

Begriffe

Ein "Faden" im Sinne der Erfindung ist ein linienförmiges Gebilde, welches das Grundelement eines textilen Flächengebildes bildet. Somit ist die Bezeichnung "Faden" als gemeinsamer Oberbegriff für die Begriffe "Filament" und "Faser" zu verstehen. Eine "Faser" unterscheidet sich begrifflich von einem "Filament" durch ihre endliche Länge. "Filamente" sind somit u.a. als endlose Fasern zu verstehen.
"Polymere" sind makromolekulare Stoffe, die aus einfachen Molekülen (Monomeren) durch Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition aufgebaut sind.
"Fadenbildende Polymere" im Sinne der Erfindung sind Polymere, die in ihrer Schmelze oder Lösung Eigenschaften aufweisen, welche die Bedingungen der Verspinnbarkeit erfüllen. Beschrieben wurden die Bedingungen für die Spinnbarkeit von Polymeren durch Nitschman und Schrade (Helv. Chem. Acta 31 (1948) 297) und durch Hirai (Rheol. Acta 1 (1958) 213) sowie durch Ziabicki und Taskerman-Krozer (Kolloid Z. 198 (1964) 60). Ein "Füllstoff" im Sinne der Erfindung betrifft Partikel und andere Formen von Materialien, die der Polymer-Extrusionsmischung beigefügt werden können, wobei die Partikel das Polymer nicht beeinträchtigen und sich gleichmäßig in der Extrusionsmischung verteilen. Der Füllstoff kann aus verschiedenen Materialien bestehen, wobei auch hinsichtlich Form und Größe der Partikel Variationsmöglichkeiten bestehen.
"Textile Flächengebilde" im Rahmen dieser Beschreibung sind Gewebe, Gestricke, Gewirke, Gelege oder Vliesstoffe. "Vliesstoffe" sind somit eine Unterart textiler Flächengebilde. Sie bestehen aus Faservliesen, die z.B. durch mechanische Verfahren bzw. durch Bindefasern bzw. chemische Hilfsmittel oder deren Kombinationen verfestigt sind.

Unteransprüche

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Füllstoff des erfindungsgemäßen Vliesstoffes aus Polymerfäden aus einem Erdalkalicarbonat, insbesondere aus Calciumcarbonat. Calciumcarbonat ist ein idealer Füllstoff, der sich u.a. durch die folgenden von J.T. Lutz, und R.F. Grossman (Eds.), "Polymer modifiers and additives", Marcel Dekker, Inc. 2001, Seite 125 ff., beschriebenen Eigenschaften auszeichnet: chemisch inert gegenüber dem Polymer oder anderen Additiven; niedrige spezifische Dichte, gewünschter Brechungsindex und Farbe, niedrige Kosten.
Zu bedenken ist, dass Calciumcarbonat normalerweise aus natürlichen Kreidevorkommen gewonnen wird und dass die örtlichen geologischen Bedingungen den Gehalt zusätzlicher Mineralien in der Kreide bestimmen. So können in der Kreide beispielsweise neben anderen Erdalkalicarbonaten z.B. auch Metalloxide wie z.B. Eisenoxid enthalten sein.
Natürlich ist auch der Einsatz verschiedener Erdalkalicarbonate oder eine Mischung von zwei oder mehreren dieser Verbindungen denkbar. Vorgesehen sind insbesondere Calciumcarbonat (CaCO₃) oder Magnesiumcarbonate (MgCO₃) oder Bariumcarbonat (BaCO₃). Der Füllstoff besteht dabei zu.mindestens aus 90 Gewichts-%, vorzugsweise 95 Gewichts-%, insbesondere 97 Gewichts-% Calciumcarbonat.
Weitere Füllstoffe, von denen einer oder mehrere mit oder ohne einem Erdalkalicarbonat einsetzbar sind, umfassen Eisenoxide, Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Siliciumoxid (SiO₂) oder Calciumoxid (CaO) oder Magnesiumoxid (MgO) oder Bariumsulfat (BaSO₄) oder Magnesiumsulfat (MgSO₄) oder Aluminiumsulfate (AlSO₄) oder Aluminiumhydroxid (AlOH₃). In Frage kommen auch Tonerde (Kaolin), Zeolithe, Kieselgur, Talk, Mica oder Ruß.
Auch Titandioxid (TiO₂) ist ein gängiger Füllstoff der prinzipiell auch im Zusammenhang mit der Erfindung eingesetzt werden kann. Jedoch hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei höheren Calciumcarbonatgehalten gänzlich auf die Zugabe des Mattierungsmittels Titandioxid (TiO₂) verzichtet werden kann. Bemerkenswert ist dieser Umstand im Hinblick auf die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, weil Titanoxid teuerer ist als Calciumcarbonat und damit ein zusätzlicher Kostenvorteil gegeben ist.
In den besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Vliesstoffes aus Polymerfäden liegt der Füllstoffgehalt bezogen auf das Gewicht des Polymerfadens zwischen 15 und 25 Gewichtsprozent.
Bezüglich der Partikelgröße liegt der bevorzugte Bereich der erfindungsgemäß eingesetzten Füllstoffe bei < 6 µm Diese entspricht vorzugsweise einem Top-Cut (D₉₈) der Füllstoffpartikel von ≤ 10 µm. Der Wert gibt in diesem Fall an, dass nur 2 % der Füllstoffpartikel > 10 µm sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Partikelgröße bei 2 - 6 µm. Die genannte Untergrenze macht keine Aussage zur Ausführbarkeit der Erfindung bei noch kleineren Partikelgrößen, sondern kennzeichnet den Bereich jener Partikelgrößen, die eine gleichmäßige Dispergierung gewährleisten und zugleich zu günstigen Einstandpreisen zur Verfügung stehen.
Bezüglich der Teilchenform des Füllstoffes unterscheidet man kugelförmige (z.B. Glas- oder Silicatkugeln), würfelförmige (z.B. Calciumcarbonat), quaderförmige (z.B. Bariumsulfat oder Silica), plättchenförmige (z.B. Talk oder Glimmer) oder zylinderförmige Partikel.
Für die Gewinnung des erfindungsgemäßen Vliesstoffes aus Polymerfäden kommen generell sämtliche thermoplastischen Verbindungen in Frage. Die wichtigen fadenbildenden, spinnbaren thermoplastische Polymere sind Polyolefine, Polyester, Polyamide oder halogenhaltige Polymere.
Die Klasse der Polyolefine beinhaltet u.a. Polyethylen (HDPE, LDPE, LLDPE, VLDPE; ULDPE, UHMW-PE), Polypropylen (PP), Poly(1-buten), Polyisobutylen, Poly(1-penten)., Poly(4-methylpent-1-en), Polybutadien, Polyisopren, sowie verschiedene Olefincopolymere. Neben diesen zählen auch heterophasische Blends zu den Polyolefinen. So können beispielsweise Polyolefine, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen, Pfropf- oder Copolymere aus Polyolefinen und α,β-ungesättigten Carbonsäuren oder Carbonsäureanhydriden, Polyester, Polycarbonat, Polysulfon, Polyphenylensulfid, Polystyrol, Polyamide oder ein Gemisch zweier oder mehrerer der genannten Verbindungen verwendet werden.
Zu den Polyestern werden u.a. Polyethylenterephthalat (PET), Polytrimethylenterephthalat (PTT), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenaphthalat (PEN), aber auch abbaubare Polyester wie Polymilchsäure (Polylactid, PLA) gezählt.
Zu den halogenhaltigen fadenbildenden Polymeren gehören beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polytetrafluorethylen (PTFE) .
Neben den bereits erwähnten fadenbildenden synthetischen Polymeren gibt es noch weitere Polymere, wie z.B. Polyacrylate, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polycarbonat, Polyurethan, Polystyrol, Polyphenylensulfid, Polysulfon, Polyoxymethylen, Polyimid oder Polyharnstoff, die als Bestandteil des erfindungsgemäßen Polymerfadens in Frage kommen.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Polymerfaden im erfindungsgemäßen Vliesstoff als Mono- oder auch als Multikomponentenfilament ausgebildet sein. Die Polymerzusammensetzung der einzelnen Komponenten muss dabei nicht einheitlich sein, sondern ist in weiten Grenzen variabel. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Gewichtsanteil der füllstoffhaltigen Komponente, bezogen auf das Gesamtgewicht des Multikomponentenfilaments größer als 50 %.
Bei Verwendung von Bikomponentenfilamenten bieten sich verschiedene Formen an, wie z.B. Kern/Mantel oder Seite-an-Seite. Bikomponenten-Filamente aus verschiedenen Polyolefinen, insbesondere aus Polypropylen und Polyethylen, sind besonders bevorzugt.
Für die Herstellung von Polymerfilamenten bieten sich neben der Verwendung von Rundfasern auch verschiedene andere Querschnitte an. Besonders bevorzugt werden Monofilamente, deren Querschnittsform rund, oval oder n-eckig ist, wobei n größer gleich 3 ist, wie beispielsweise trilobale Querschnittsformen. Auch Fasern mit einem hohlförmigen Querschnitt kommen in Frage.
Die Polymerfäden können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden.
Hierbei wird in folgenden Schritten gearbeitet:

i Vermischen von Polymergranulat mit den Partikeln eines Füllstoffs,
ii Extrudieren des Gemisches durch eine oder mehrere Spinndüsen,
iii Abziehen des gebildeten Polymerfadens,
iv gegebenenfalls Verstrecken und/oder Relaxieren des gebildeten Filaments, und
v Aufwickeln des Fadens,

der Füllstoffgehalt, bezogen auf den Polymerfaden, > 10 Gewichts-% beträgt, und
die mittlere Partikelgröße (D₅₀) des Füllstoffs ≤ 6 µm ist.

Bei der Herstellung von "Spinnvliesen" aus synthetischen Polymeren durch Schmelzspinnen wird die Polymerschmelze über Druckpumpen durch Düsenöffnungen gepresst und in Form von Filamenten abgezogen. Herkömmliche Schmelzspinn-Technologien werden z.B. beschrieben in US 3,692,618 (Metallgesellschaft AG), US5032329 (Reifenhäuser), WO03038174 (BBA Nonwovens, Inc.) oder WO02063087 (Ason).
Durch das Verstrecken der abgezogenen Filamente z.B. mit Hilfe von Druckluft und/oder Unterdruck und/oder Streckzylindern werden die Makromoleküle in den Filamenten geordnet, wobei das Filament seine physikalischen Eigenschaften (Festigkeit, Feinheit, Schrumpfeigenschaften) erhält. Nach dem Verstrecken werden die Filamente zur weiteren Verfestigung zu einem Vlies auf einer Ablage abgelegt oder auf die für die Spinnfaserherstellung gewünschte Länge abgeschnitten (in der Literatur werden z.T. Filamente nach dem Verstrecken als Fasern bezeichnet, obwohl die Ablängung der Filamente noch nicht erfolgt ist). Die Verfestigung der Filamente beim Schmelzspinnen kann auf die dem Fachmann bekannten Arten durch mechanische Verfahren (hauptsächlich Vernadeln oder Wasserstrahlverfestigung), mit Hilfe von Wärme (Verschweißung durch Anwendung von Druck bei gleichzeitiger Erwärmung) oder mit Hilfe von chemischen Methoden (Bindemittel) erfolgen. Als Verfahren können zur Vliesherstellung neben dem bevorzugten Schmelzspinnen beispielsweise das Kardierverfahren, das Schmelzblasverfahren, das Nassvlies-Verfahren, das elektrostatische Spinnen oder aerodynamische Vliesherstellungsverfahren zum Einsatz kommen.
Die erfindungsgemäßen Vliesstoffe können ebenfalls nach den oben genannten Verfahren hergestellt werden. Wobei vor dem Extrudieren des Filamentes die Zugabe des Füllstoffs in der genannten Menge und Partikelgröße erfolgt.
Hierbei wird in folgenden Schritten gearbeitet:

i Vermischen von Polymergranulat mit den Partikeln eines Füllstoffs,
ii Extrudieren des Gemisches durch eine oder mehrere Spinndüsen,
iii Abziehen des gebildeten Polymerfadens,
iv gegebenenfalls Verstrecken und/oder Relaxieren des gebildeten Filaments, und
v Ablage des Fadens zur Vliesstoffherstellung,

der Füllstoffgehalt, bezogen auf den Polymerfaden, > 10 Gewichts-% beträgt,
die mittlere Partikelgröße (D₅₀) des Füllstoffs ≤ 6 µm ist,
das Flächengewicht zwischen 7 g/m² und 500 g/m²liegt,
das Produkt aus Flächengewicht und Luftdurchlässigkeit nach DIN EN ISO 9237 im Bereich von 88.000 bis 132.000 ist und
die Werte für den Quotienten aus Wassersäule nach DIN EN 20811 und Flächengewicht im Bereich von 2,5 ± 0,5 liegen.

Besonders bevorzugt werden Vliesstoffe aus Polyolefinfasern, insbesondere aus Polypropylenfasern und/oder Polypropylen-Polyethylen-Bikomponentenfasern, insbesondere Kern-Mantelfasern mit PP-Kern und PE-Mantel, eingesetzt. Diese Produkte zeichnen sich neben einem günstigen Preis durch eine hohe Stabilität gegenüber chemisch aggressiven Umgebungen aus.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Vliesstoff aus einer Mischung eines Polymerfadens mit einer einheitlichen oder mehreren unterschiedlichen Naturfaser. Als Naturfasern finden beispielsweise Hanf, Jute, Sisal und Tabakblätter Verwendung.
Eine weitere Optimierung des erfindungsgemäßen Vliesstoffs bei dessen Verfestigung, z.B. durch Variation von Temperaturen und Drücke bei der thermischen Verfestigung beim Kalandrieren, kann sicher dazu beitragen, dass die Eigenschaften der mit Calciumcarbonat gefüllten Vliesstoffe über den hier angegebenen Rahmen hinaus variiert werden können.
Der erfindungsgemäß hergestellte Vliesstoff wird beispielhaft durch die nachfolgenden Kenngrößen in den angegebenen Grenzen genauer bestimmt:

Flächengewicht von 7 und 500 g/m², vorzugsweise zwischen 10 und 200 g/m².
Produkt aus Flächengewicht (g/m²) und Luftdurchlässigkeit (1/m²s, nach DIN EN ISO 9237) im Bereich von 110.000 ± 20%.
Werte für den Quotienten aus Wassersäule (nach DIN EN 20811) und Flächengewicht von 2,5 ± 20%.
Filamentoberfläche hydrophiliert weist Durchdringungszeiten nach EDANA ERT 150 Werte von weniger als 5 Sekunden auf.
Werte für den Quotienten aus Höchstzugkraft (nach DIN 29073-3) und Flächengewicht in Maschinen-Richtung von 1,7 ± 20%, sowie in Quer-Richtung von 1,0 ± 20%.
Werte für den Quotienten aus Höchstzugkraftdehnung (nach DIN 29073-3) und Flächengewicht in Maschinen-Richtung von 3,3 + 20%, sowie in Quer-Richtung von 4,0 ± 20%.
Filamenttiter im Bereich von 1 bis 5 dtex, vorzugsweise 2 bis 3,5 dtex.

Im Rahmen der Erfindung liegen auch die vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten des Vliesstoffes. Als wichtigste Verwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäßen Vliesstoffe sind die Herstellung von Einlagestoffen, Körperhygieneartikeln (Windeln, Damenbinden, Kosmetikpads), Putz-Wisch- und Wischmopptüchern, sowie Filtern für Gase, Aerosole und Flüssigkeiten, Wundverbände, Wundkompressen vorgesehen. Auch die Herstellung von Dämmmaterialen, Akustikvliesstoffen und Dachunterspannbahnen ist denkbar.
Der Anwendungsbereich sog. Geovliese ist, der Weite des Oberbegriffs entsprechend, sehr umfassend. So kommen Geovliese beispielsweise zum Einsatz bei der Befestigung von Deichen, als Schicht in einem Dachbegrünungsaufbau, als Schicht einer Deponieabdeckung zur Trennung von Erdschichten und Schüttgütern oder als Zwischenschicht unterhalb des Schotterbetts einer Straßendecke. Auch in der Landwirtschaft sowie im Gartenbau sind die Vliesstoffe als Abdeckungen für die Feld- und Gemüsewirtschaft nutzbringend einsetzbar.

Beispiele

Nachfolgend sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand von Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Beispiele sollen die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern.

Beispiel 1: Vliesstoffe bestehend aus Monofilamenten

Es wurden auf einer konventionellen Spinnvlies-Pilotanlage (Reicofil 3) PP-Spinnvliese mit unterschiedlichem Gehalt an Calciumcarbonat und unterschiedlichem Flächengewicht hergestellt. Das verwendete Calciumcarbonat (Omyalene 102M-OG) ist ein granuliertes Calciumcarbonat, welches von der Omya AG bezogen werden kann.
Als Ausgangsstoff für die Herstellung der Vliesstoffe wurde ein unter Verwendung der Ziegler-Natta-Katalyse hergestelltes PP ausgewählt (ZN-PP: Moplen HP560R; Hersteller Basell), wobei die vorgestellte Methode nicht auf diese PP-Type beschränkt ist, vielmehr eignen sich auch andere zur Faser-, Filament- oder Vliesstoffbildung geeigneten Kunststoffe, wie zum Beispiel Metallocen-PP, statistische und heterophasische Propylen-Copolymere, Polyolefin-Block- und -Copolymere, Polyethylene, Polyester, Polyamide etc.
Tabelle 1 fasst die Zusammensetzung der hergestellten Vliesstoffe sowie ausgewählte, charakteristische Eigenschaften zusammen.
Als Referenz dienen die durch Schmelzspinnen hergestellten und aus reinen PP-Monofilamenten bestehenden Vliesstoff-Muster 12.1, 17.1 und 20.1.
Die durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoff-Muster 12.2, 17.2 und 20.2 wurden aus Monofilamenten hergestellt, welche aus einer Mischung aus 90% PP und 10% Calciumcarbonat bestehen.
Die durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoff-Muster 12.3, 17.3 und 20.3 wurden aus Monofilamenten hergestellt, welche aus einer Mischung aus 85% PP und 15% Calciumcarbonat bestehen.

Die durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoff-Muster 12.4 und 20.4 wurden aus Monofilamenten hergestellt, welche aus einer Mischung aus 75% PP und 25% Calciumcarbonat bestehen.

Tabelle 1. Zusammensetzung, Prozessbedingungen, und charakteristische Eigenschaften der aus Monofilamenten hergestellten Vliesstoffe.

		Reine PP-Vliesstoffe			Mit Calciumcarbonat gefüllte PP-Vliesstoffe
		Muster 12.1	Muster 17.1	Mustor 20.1	Mustor 12.2	Mustor 17.2	Mustor 20.2	Mustor 12.3	Mustor 17.3	Muster 20.3
Zusammensetzung
PP		100	100	100	90	90	90	85	85	85
Omxalene		0	0	0	10	10	10	15	15	15
Prozcstemperaturen
Extrudereinzug	°C	180	180	180	180	180	180	180	160	180
Extruderkopf	°C	230	230	230	230	230	230	230	230	230
Spinnerell (Spinndüse)	°C	235	235	235	235	235	235	235	235	235
Kalanderöltemperatur	°C	150	150	150	150	150	150	150	150	150
Kalanderdruck	N/mm	70	70	70	70	70	70	70	70	70
Filamenteigenschaften
Titer	µm	18,1	18,8	19,2	18,3	18,6	19,1	17,3	18,2	19,0
	STD	1,21	0,64	0,77	0.90	1,00.	0,59	0,77	0,81	0,85
Titer	dtex	2.4	2,5	2,6	2,9	3,0	3,1	2.8	3,1	3,3
	STD	0,31	0,17	0,21	0,28	0,31	0,19	0.24	0.27	0,30
Vliesstoffcherakteristik
Flächengewicht	g/m²	12,1	17,5	20.4	11,7	16,8	21,4	11,9	17,5	22,1
	STD	0,66	0,80	0,56	0,59	0,51	0.67	0,40	0,57	0.63
Vliesdicke	µm	216.0	279,0	312;5	216,5	270,	303,0	204,	269,0	303,5
	STD	12,4	10,7	11.8	20,0	9,3	17,6	16.2	13,5	10,0
Vliesdichte	g/cm³	0,056	0,063	0,065	0.054	0,062	0,071	0,058	0,055	0,073
	STD	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Spemeilenschaften der Vliesstoffe
Mittlere Pore	µm	-	113	114	164.	121	103	-	125	115
	STD	-	3,4	13,1	15.8	2,5	8,3	-	6.4	7,0
Luftdurchlässigkeit	1/m² s	8-880	6.610	5.763	9.090	6.950	5.932	9.470	7.010	5.530
	STD	537	409	361	644	489	433	878	546	378
Wassersäule	cm	5,5	6,7	8,4	4,4	6,8	8.9	3.6	6,9	9,0
	STD	0,8	1,0	1,2	0.8.	0,6	0.6	0.8	0,7	0,9
Mechanische Vlieseigenschafton
Höchstzugkraft MD	N/5mm	18,5	31.9	40,6	18,7	27,2	35,2	16.8	25,4	34,0
	STD	3,18	1,85	2,72	2,37	2.22	1,85	1.79	2,88	3,21
Höchstzugkraft CD	N/5mm	12,3	21.3	25,8	10,5	18,8	23,8	9,2	16,0	21,8
	STD	1,57	1,39	2,37	0,99	1,42	2,44	1,86	2,48	1,90
Höchslzugkraftdehnung MD	%	41.5	60,6	64,6	47,3	57,1	57,4	46,9	56,6	59,7
	STD	10,35	7,08	6,90	9,56	7,09	6,11	5,52	8,95	9.07
Höchstzugkraftdehnung CO	%	54,1	64,8	67,0	64,5	66,8	68,0	60,3	59,9	65,1
	STD	8,66	7.85	6.82	8,14	7,36	9,37	i 13,89	8,43	6,61
Benetzbarkeit
Durchdringungszeit	STD	4,3	-	3.1	3,5	-	3,8	-	-	-
						Muster 17.4	Muster 20.4
Zusammensetzung						75	75
PP
Omyalene						25	25
Prozesstemperaturen
Extrudereinzug	°C					180	180
Extruderkopf	°C					230	230
Spinnerett	°C					235	235
Kalanderöltemperatur	°C					150	150
Kalanderdruck	N/mm					70	70
Filamentelgenschaften
Tiler	µm					19,0	19,0
	STD					1,3	1,3
Tiler	dtex					3,8	3,8
	STD					0,052	0,052
Vliesstoffcharakteristik
Flächengewicht	g/m²					16,7	20,0
	STD					0,5	0,63
Vliesdicke	µm					253,5	287,0
	STD					9,1	9,5
Vliesdichte	g/cm³					0,66	0,70
	STD					-	-

Sperreigenschaften der Vliesstoffe						143	131
Mittlere Pore	µm					0,4	12,6
	STD					7,730	6,650
Luftdurchlalsslgkeit	I/m² s					412	250
	STD					7,0	8,2
Wassersäule	cm					0,4	1,3
	STD
Mechanische Vlieseigenschafton						29,6	35,7
Höchstzugkraft MD	N/5mm					2,32	2,57
	STD					16,7	20,4
Höchstzugkraft CD	N/5mm					1,97	1,11
	STD					63,4	70,4
Höchstzugkraftdehnung CD	%					9,15	9,14
	STD					73,3	73,9
Höchstzugkraftdehnung CD	%					9,32	4,75
	STD

Beispiel 2: Vliesstoffe bestehend aus Bikomponenteafasern

Da neben der hier vorgestellten Methode auch andere Faserformen denkbar sind, wurden auch Mehrkomponentenfasern zur Herstellung von Vliesstoffen ersponnen, bei denen das Calciumcarbonat nicht in der gesamten Faser verteilt ist, sondern nur in einzelnen Faserkomponenten.
Als Beispiele wurden Vliesstoffe aus Kern/Mantel-Bikomponentenfasern hergestellt.
Tabelle 2 fasst die Zusammensetzung sowie ihre charakteristischen Eigenschaften zusammen.
Die durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoff-Muster 12.1B und 20.1B bestehen aus reinen PP-Bikomponentenfilamenten mit einem Kern/Mantel-Verhältnis von 50/50 und sollen als Referenz dienen.
Die durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoff-Muster 12.2B und 20.2B bestehen aus PP-Bikomponentenfilamenten, bei denen der Kern der Filamente aus einer Mischung aus 90% PP und 10% Calciumcarbonat und der Mantel aus reinem PP besteht. Das Kern/Mantel-Verhältnis betrug 75/25. Bezogen auf die gesamte Faser, beträgt der Gehalt an Calciumcarbonat etwa 7,5%.
Die durch Schmelzspinnen hergestellten Vliesstoff-Muster 12.3B und 20.3B bestehen aus PP-Bikomponentenfilamenten, bei denen sowohl der Kern als auch der Mantel der Filamente aus einer Mischung aus 90% PP und 10% Calciumcarbonat besteht. Das Kern/Mantel-Verhältnis betrug 50/50. Bezogen auf die gesamte Faser, beträgt der Gehalt an Calciumcarbonat etwa 5%.
Das durch Schmelzspinnen hergestellte Vliesstoff-Muster 20.4B besteht aus PP-Bikomponentenfilamenten, bei denen der Kern der Filamente aus einer Mischung aus 75% PP und 25% Calciumcarbonat und der Mantel aus reinem PP besteht. Das Kern/Mantel-Verhältnis betrug 50/50. Bezogen auf die gesamte Faser, beträgt der Gehalt an Calciumcarbonat etwa 12,5%.
Das durch Schmelzspinnen hergestellte Vliesstoff-Muster 20.5B besteht aus PP-Bikomponentenfilamenten, bei denen der Kern der Filamente aus einer Mischung aus 75% PP und 25% Calciumcarbonat und der Mantel aus reinem PP besteht. Das Kern/Mantel-Verhältnis betrug 75/25. Bezogen auf die gesamte Faser, beträgt der Gehalt an Calciumcarbonat etwa 18,75%.

Es versteht sich, dass die Mischungen zur Herstellung der Vliesstoffe neben den angegebenen Rezepturen auch andere Additive oder -mischungen, insbesondere Titandioxid oder Pigmente, enthalten können.

Tabelle 2. Zusammensetzung, Prozessbedingungen, und charakteristische Eigenschaften der aus Bikomponentenfasern hergestellten Vliesstoffe.

		Reine PP-Vliesstoffe		Mit Calciumcarbonat gelüllte Vliesstoffe
		Muster 12.1 B	Muster 20.1B	Muster 12.2B	Muster 20.2B	Muster 12.3B	Muster 20.3B	Muster 20.4B	Muster 20.5B
Mantel / Kern Verhältnis		50/60	50/60	25/75	25/75	50/50	50/50	50/50	25/75
Korn Zusammensetzung
PP		100	100	90	90	90	90	75	75
Omyalene		0	0	10	10	10	10	25	25
Mantel Zusammensetzung
PP		100	100	100	100	90	90	100	100
Omyalene		0	0	0	0	10	10	0	0
Prozesstamperatur
Extrudor 1.-Zone	°C	180	160	180	180	180	180	180	180
Exdruderkopf	°C	230	230	230	230	230	230	230	230
Spinndüse	°C	235	235	235	235	235	235	235	235
Kalanderöltemperatur	°C	150	150	150	150	150	150	150	150
Kalenderwalzendruck	N/mm	70	70	70	70	70	70	70	70
Filamenteigenschahen
Titer	µm	16,9	16,5	17,3	17,3	17,1	17,1	17.1	17.0
Tiler	STD	0,41	0.90	0,93	0,47	1,05	1,15	0.38	0.57
	dtex	2,0	1,9	2,4	2,4	2,4	2,4	2,6	2,8
	STD	0,10	0.21	0,25	0,13	0,28	0,32	0,12	0,19
Vliesbildung
Grundgewicht	g/m²	12,3	20.1	12,4	20,6	13,1	21,0	19,5	20,3
	STD	0,39	0.67	0,49	0.48	0,33	0,56	0,96	1,08
Barriersigenschaften
Luflpermeabilität	I/m²s	7760	5017	7988	5241	7564	5017	5492	5166
	STD	468	270	321	471	467	294	445	313
Mechanische Eigenschaften
F max MD	N/5mm	19,4	44,7	15,9	34,9	18,7	35,9	43,4	43,2
	STD	1,46	3,68	1,89	2,39	1,69	3,45	2,20	5,28
F max CD	N/5mm	13,4	31,8	12,3	26,0	13,9	25,7	29,0	30,7
	STD	1,30	4,22	1,95	3,52	1,48	2,26	2,26	2,60
Elongation MD	%	37,7	66,2	39,6	53,3	42,0	59,2	64,5	63,5
	STD	6,08	6,03	7,83	7,82	3,83	9,43	6,79	11,54
Elongation CD	%	50,6	70,6	52,3	66,7	55,1	64,5	68,8	64,8
	STD	4,70	7,37	11,29	11,25	5,20	7,69	4,99	8,94

Die Ergebnisse in den Tabellen 1 und 2 zeigen, dass der Zusatz des Calciumcarbonates erstaunlicherweise keine nennenswerte Veränderung der charakteristischen Vliesstoffeigenschaften bewirkt.

Beispiel 3: Hydrophilie nach Ftillstoffzugabe

Für Hygieneprodukte (z.B. Windeln) eingesetzte Vliesstoffe werden in der Regel hydrophil ausgerüstet. Beispielsweise kann hierfür das Hydrophilierungsmittel Nuwet 237 der Fa. GE SILOCONES eingesetzt werden.
Zur Prüfung der Hydrophilie in Abhängigkeit vom Gehalt an Calcliumcarbonat wurden sowohl Vliesstoffe aus reinem PP als auch solche mit einem Calcliumcarbonatgehalt von 10% mit einem Flächengewicht von 12 g/m² und 20 g/m² durch eine Rezeptur, bestehend aus 7,5% Nuwet 237 in Wasser, durch einen Kissroll-Auftrag hydrophiliert. Der auf diese Weise aufgetragene Aktivsubstanzgehalt betrug etwa 0,2 % bezogen auf das Gewicht des Vlieses.
Für die nicht mit Calciumcarbonat versehenen, hydrophilierten Vliesstoffe wurden Durchdringungszeiten von 4,3 Sekunden (12 g/m²) bzw. 3,1 Sekunden (20 g/m²) gemessen. Für die hydrophilierten Vliesstoffe mit einem Gehalt von 10% Calciumcarbonat wurden Durchdringungszeiten von 3,5 Sekunden (12 g/m²) bzw. 3,8 Sekunden (20 g/m²) gemessen.
Es zeigte sich also, dass der Zusatz von 10% Calciumcarbonat keine wesentliche Beeinflussung der hydrophilen Eigenschaften hat.

Methoden

Bestimmung des Filamenttiters

Die Ermittlung des Filamenttiters erfolgte mittels eines Mikroskops. Die Umrechnung des gemessenen Titers (in Mikrometern) in Dezitex erfolgte nach folgender Formel (Dichte PP = 0,91 g/cm³): ${(\frac{{Titer}_{μm}}{2})}^{2} \cdot π \cdot ρ [\frac{g}{{cm}^{3}}] \cdot 0, 01 = {Titer}_{dtex} [\frac{g}{10^{4} m}]$

Bestimmung des Flächeagewichtes

Die Flächengewichtsbestimmung erfolgte nach DIN EN 29073-1 an 10 x 10 cm großen Probekörpern.
Die Vliesstoffdicke wurde gemessen als Abstand zweier planparalleler Messflächen bestimmter Größe, zwischen denen sich die Vliesstoffe unter einem vorgegebenen Messdruck befinden. Die Methode wurde analog der DIN EN ISO 9073-2 ausgeführt. Auflagegewicht 125 g, Messfläche 25 cm², Messdruck 5 g/cm²

Bestimmung der mittleren Porengröße

Die Bestimmung der mittleren Porengröße der Vliesstoffe erfolgte mittels eines Kapillarfluß-Porometers (PMI Capillary Flow Porometer CFP-34RUF8A-3-X-M2T). Dabei wird eine mit einer Spezialflüssigkeit gesättigte Probe im Porometer einem kontinuierlich ansteigenden Luftdruck ausgesetzt, die Abhängigkeit von Luftdruck und Luftdurchfluss wird gemessen.

Bestimmung der Luftdurchlässigkeit

Die Messung der Luftdurchlässigkeit erfolgte gemäß DIN EN ISO 9237. Die Fläche des Messkopfes betrug 20 cm², der angelegte Prüfdruck 200 Pa.

Bestimmung der Wassersäule

Die Bestimmung der Wassersäule wurde in Anlehnung an die DIN EN 20811 ausgeführt. Gradient des Prüfdruckes 10 mbar/min. Als Maß für die Wasserdichtheit wird der Wasserdruck in mbar bzw. mm Wassersäule angegeben, bei dem an der dritten Stelle der Prüffläche der 1. Wassertropfen durch das Testmaterial dringt.

Bestimmung der mechanischen Eigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften der Vliesstoffe wurden nach DIN EN 29073-3 ermittelt. Einspannlänge: 100mm, Probenbreite 50 mm, Vorschub 200mm/min. "Höchstzugkraft" ist die beim Durchlaufen der Kraft- Dehnungskurve maximal erreichte Kraft, "Höchstzugkraftdehnung" ist die zur Höchstzugkraft zugehörige Dehnung in der Kraft- Dehnungskurve.

Bestimmung der Hydrophilie

Die Messung der Durchdringungszeiten der hydrophilierten Vliesstoffe ("Liquid strike through time") erfolgte nach EDANA ERT 150.

Claims

Vliesstoff aus Polymerfäden enthaltend ein thermoplastisches Polymer und einen anorganischen Füllstoff, wobei
- der Füllstoffgehalt, bezogen auf den Polymerfaden, > 10 Gewichts-% beträgt,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die mittlere Partikelgröße (D₅₀) des Füllstoffs ≤ 6 µm ist

- das Flächengewicht zwischen 7 g/m² und 500 g/m²liegt,

- das Produkt aus Flächengewicht und Luftdurchlässigkeit nach DIN EN ISO 9237 im Bereich von 88.000 bis 132.000 ist und

- die Werte für den Quotienten aus Wassersäule nach DIN EN 20811 und Flächengewicht im Bereich von 2,5 ± 0,5 liegen.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff ein Erdalkalicarbonat ist.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff zu mindestens 90 Gewichts-%, vorzugsweise 95 Gewichts-%, insbesondere 97 Gewichts-% aus Calciumcarbonat besteht.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff kein Titandioxid enthält.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Füllstoffgehalt, bezogen auf den Polymerfaden, zwischen 15 und 25 Gewichts-% beträgt.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Top-Cut der Füllstoffpartikel (D₉₈) ≤ 10 µm beträgt.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgröße des Füllstoffs (D₅₀) vorzugsweise zwischen 2 µm und 6 µm beträgt.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Polyolefin, Polyester, Polyamid, Polyphenylensulfid oder ein halogenhaltiges Polymer ist.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefin ein Polyethylen, Polypropylen, Poly(1-buten), Polyisobutylen, Poly(1-penten), Poly(4-methylpent-1-en), Polybutadien, Polyisopren oder ein Gemisch zweier oder mehrerer der genannten Verbindungen ist.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerfaden ein Monofilament oder ein Multikomponentenfilament ist, wobei im Falle des Multikomponentenfilaments entweder alle Komponenten des Filaments aus der gleichen Polymerzusammensetzung oder aus unterschiedlichen Polymerzusammensetzungen bestehen.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Multikomponentenfilament ein als Kern/Mantel-Bikomponenten-Filament oder ein als Seite-an-Seite-Filament ausgebildetes Bikomponenten-Filament ist, wobei der Füllstoff jeweils nur in einer Komponente enthalten ist.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil des den Füllstoff enthaltenden Komponenten des Filaments, bezogen auf das Gewicht des Multikomponentenfilaments, >50 Gewichts-% ist.
Vliesstoff aus Polymerfäden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerfaden verschiedene Querschnitte, insbesondere einen hohlförmigen Querschnitt oder einen trilobalförmigen Querschnitt aufweist.
Vliesstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüch 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff aus der Mischung eines Polymerfadens mit einer einheitlichen oder mehreren unterschiedlichen Naturfasern besteht.
Verwendung des Vliesstoffes nach einem der vorhergehenden Ansprüch 1-13 zur Herstellung von
- Körperhygieneartikeln (Windeln, Damenbinden, Kosmetikpads),

- Putztücher, Wischtücher, Wischmopptücher

- Filtern z.B. für Gase, Aerosole und Flüssigkeiten,

- Wundverbänden, Wundkompressen

- Dämmmaterialen, Akustikvliesstoffen

- Einlagestoffen

- Dachunterspannbahnen,

- Geovliesen, oder von

- Abdeckungen für die Feld- und Gemüsewirtschaft.