EP2092096A2 - Fasern, insbesondere vliesstoff auf der basis von thermoplastischem polyurethan - Google Patents

Fasern, insbesondere vliesstoff auf der basis von thermoplastischem polyurethan

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EP2092096A2
EP2092096A2 EP07822189A EP07822189A EP2092096A2 EP 2092096 A2 EP2092096 A2 EP 2092096A2 EP 07822189 A EP07822189 A EP 07822189A EP 07822189 A EP07822189 A EP 07822189A EP 2092096 A2 EP2092096 A2 EP 2092096A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thermoplastic polyurethane
fibers
inorganic additive
fibers according
weight
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07822189A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hauke Malz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Priority to EP07822189A priority Critical patent/EP2092096A2/de
Publication of EP2092096A2 publication Critical patent/EP2092096A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/58—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • D01F6/70—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyurethanes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/098—Melt spinning methods with simultaneous stretching
    • D01D5/0985—Melt spinning methods with simultaneous stretching by means of a flowing gas (e.g. melt-blowing)
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/38—Formation of filaments, threads, or the like during polymerisation
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10—Other agents for modifying properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T442/00—Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/60—Nonwoven fabric [i.e., nonwoven strand or fiber material]

Definitions

  • Fibers in particular nonwoven fabric based on thermoplastic polyurethane
  • the invention relates to fibers, in particular fleece comprising fibers based on thermoplastic polyurethane, wherein the thermoplastic polyurethane contains an inorganic additive, wherein of at least 70%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 99.9% of the individual particles of the inorganic additive tivs the maximum particle diameter is less than 75%, preferably less than 60%, more preferably less than 50% of the fiber diameter of the thermoplastic polyurethane.
  • the present invention relates to methods of making such fibers or nonwoven fabrics.
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • fabrics, knitted fabrics or nonwovens produced with these fibers are well known and widely available commercially.
  • a disadvantage of the use of TPU for the production of fibers is the sticking and blocking of the material, as a result of which the bobbins can no longer be unwound at the high speed necessary for textile further processing.
  • spinning oils e.g. based on silicone, used in concentrations of 4 to 8%.
  • a disadvantage of this technique is that the silicone oil must be washed down again in the further processing step. This is very complicated and, in view of the high water consumption and the large amount of detergents and emulsifiers, also environmentally incompatible.
  • a nonwoven or nonwoven generally refers to a textile structure which is produced by bonding or bonding or bonding and joining fibers by mechanical, chemical, thermal or solvent-technical methods or any combination of these methods, ie a non-woven structure.
  • Polymer nonwovens are mainly produced in continuous processes. Here are especially the meltblown and the spunbond process called. In these processes, the polymer is melted on an extruder and conveyed by melt pumping to a spinning beam. Modern nonwoven processes today produce the nonwovens continuously at high throughputs with spun beams of up to 5 m width.
  • thermoplastic polyurethanes are polyurethanes which, when repeatedly heated and cooled in the temperature range typical of the material for processing and application, remain thermoplastic.
  • thermoplastic property of the polyurethane is to be understood here in a typical polyurethane temperature range between 150 0 C and 300 0 repeatedly soften C in the heat and to solidify on cooling and repeated in the softened state by flowing as a molding, extrusion or Forming part to semis or objects formable.
  • Nonwovens based on TPU are characterized by their very high elasticity, good resilience, low residual elongation and tensile strength.
  • TPU nonwovens are often produced in the bicomponent mode.
  • a TPU core with e.g. encased in a polyolefin jacket. This gives a smooth non-blocking surface.
  • the Bicomponentenverhahren is very expensive and therefore expensive. So you need all components of the system twice, i. two separate extruders, separate melt lines, pumps, etc.
  • the spinnerets are very expensive and therefore expensive.
  • a sandwich can be made of a TPU nonwoven and two outer polyolefin nonwovens. But again, this is an expensive and complicated construction, and there are problems with the adhesion of polyolefin to TPU.
  • additives such as polyolefins or polystyrenes can be added to the TPU.
  • these additives reduce the spinnability of the fibers.
  • large forces act on the TPU melt.
  • a weak spot in the thread e.g. a non-homogeneous dissolved additive leads to a thread break, the continuous spinning process breaks down.
  • the object of the invention was thus to develop fibers and in particular nonwovens, also referred to herein as "nonwoven", on the basis of TPU, the surface of which has a lower tendency to stick and block
  • nonwoven also referred to herein as "nonwoven”
  • light-genuine TPU nonwovens should be developed which have a pleasant textile feel, are easy to process and have good mechanical properties, in particular good elongation at break.
  • the objects could be achieved by the fibers, in particular nonwoven fabrics containing the fibers described above.
  • the TPU used for the fibers and nonwoven fabrics according to the invention is characterized in that the surface properties of the TPU could be optimized in the desired manner by the addition of the inorganic additives in the specific particle size; in particular, the sticking and blocking of the material can be reduced; Haptic be improved. Due to the size distribution of the inorganic particles according to the invention, the mechanical property profile is not significantly adversely affected by the addition of the additives. In particular, the maximum draw ratio could be increased significantly by adding the additive.
  • a further advantage of the additives according to the invention is that their particle size or particle size distribution is process-independent, ie it does not change significantly during the processing step of the TPU. This represents a major advantage over, for example, polymeric additives such as polyolefins and polystyrenes. These can change their particle size during processing, for example as a result of coalescence phenomena.
  • the inorganic additives have the particle size or particle size distribution according to the invention.
  • the particles may be based on customary inorganic materials, for example silicon compounds such as silicon dioxide and silicates, silica gel, metal oxides, carbonates, borates, boronitrides, talc, rock flour, zeolites, monomolonites, aluminosilicates.
  • silicon compounds such as silicon dioxide and silicates, silica gel, metal oxides, carbonates, borates, boronitrides, talc, rock flour, zeolites, monomolonites, aluminosilicates.
  • Examples of inorganic additives can be found in Plastics additive handbook CaI Hanser Verlag, Kunststoff, ISBN 3-446-21654-5, p 587 ff.
  • the inorganic additive contains the following constituents, more preferably the additive consists of the following constituents:
  • inorganic additives preference is given to using those based on silicon, in particular silicates. Particular preference is given to using inorganic additives which are sold under the trademark Celite® Superfine Superfloss by Celite Corp. USA are available.
  • At least 90% of the particles of the additive preferably have a maximum diameter of less than 15 ⁇ m.
  • the proportion by weight of the inorganic additive in the thermoplastic polyurethane may preferably be between 0.1% by weight and 5% by weight, more preferably between 0.5% by weight and 3% by weight, in particular between 0.75% by weight. -% and 2 wt .-%, each based on the total weight of the thermoplastic polyurethane including the inorganic additive.
  • the inorganic additive can be added to one of the starting materials for the preparation of the TPU, the TPU thus be prepared in the presence of the inorganic additive, or also be added as a concentrate to the TPU.
  • the concentrate and the TPU in the molten state are mixed homogeneously, for example directly before spinning, and thus the inorganic additive is incorporated into the TPU.
  • the additive can also be added directly to the TPU during production or processing. Preferably, the addition is via a concentrate.
  • the additives according to the invention not only reduce the blocking tendency of the TPU fibers, but also improve the spinnability, i. the draw ratio at which the TPU fibers are drawn increases by more than 10%, preferably more than 100%.
  • the draw ratio is the ratio of the speed of the TPU melt in the nozzle to the withdrawal speed.
  • a high draw ratio is of particular importance for the economy of processes of fiber or nonwoven production. Due to a higher draw ratio, the throughput can be increased for a given nozzle geometry (higher speed in the nozzle), without increasing the thread thickness. Conversely, with a higher draw ratio and given withdrawal speed, the nozzle diameter can be increased without the thread diameter increasing. This also increases the throughput.
  • the present invention thus also provides a process for the production of fibers based on thermoplastic polyurethane, wherein a thermoplastic polyurethane comprising an inorganic additive, wherein at least 70%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 99.9%, is used.
  • the particle of the inorganic additive, the maximum particle diameter is less than 75%, preferably less than 60%, more preferably less than 50% of the fiber diameter of the thermoplastic polyurethane, processed by melt spinning to the fiber.
  • thermoplastic polyurethane-based fibers are well known and widely described.
  • TPUs preferably those based on aromatic isocyanates.
  • the fiber is a spun spandex, a TPU having a Shore hardness of between 70 Shore A and 90 Shore A, particularly preferably between 75 Shore A and 85 Shore A, is preferably used.
  • the TPU is processed into fibers together with an isocyanate group-containing crosslinker.
  • Corresponding crosslinkers and their preparation and processing are described in EP-A 922 719. Suitable crosslinkers are in particular those which are described on page 3, paragraph [001 1] of EP-B 922 719.
  • the crosslinkers may be based on aliphatic and / or aromatic isocyanates, preferably on aromatic isocyanates.
  • the crosslinkers based on isocyanate-containing prepolymers are preferably used in concentrations between 1 and 30% by weight, more preferably between 5 and 25% by weight. %, in particular between 10 and 15 wt .-%, each based on the total weight of the TPU including crosslinker added.
  • the fiber thicknesses are preferably between 5 and 3000 dtex, more preferably between 10 and 250 dtex, in particular between 15 and 78 dtex.
  • a dtex means that 10 km of fiber have a weight of 1 g.
  • the residual elongation of the fibers is preferably ⁇ 25%, particularly preferably ⁇ 20%, in particular ⁇ 12%.
  • the residual strain is measured by stretching the fiber to 350%. Then relax and stretch again to 350%. After allowing the fiber to relax a second time, the residual strain is measured as the increase in fiber length in% of the initial length of the fiber.
  • TPUs Thermoplastic polyurethanes, also referred to herein as TPUs, and methods for their preparation are well known.
  • TPUs are prepared by reacting (a) isocyanates with (b) isocyanate-reactive compounds, usually having a molecular weight (M w ) of 500 to 10,000, preferably 500 to 5000, more preferably 800 to 3000 and (c) chain extenders having a Molecular weight of 50 to 499 optionally prepared in the presence of (d) catalysts and / or (e) conventional additives.
  • M w molecular weight
  • organic isocyanates it is possible to use generally known aromatic, aliphatic, cycloaliphatic and / or araliphatic isocyanates, preferably diisocyanates, for example 2,2'-, 2,4'- and / or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 1, 5-naphthylene diisocyanate (NDI), 2,4- and / or 2,6-tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate, 3,3'-dimethyl-diphenyl-diisocyanate, 1, 2
  • MDI 2,2'-, 2,4'- and / or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate
  • NDI 1, 5-naphthylene diisocyanate
  • TDI 2,6-tolylene diisocyanate
  • diphenylmethane diisocyanate 3,3'-dimethyl-diphenyl-di
  • isocyanate-reactive compounds (b) it is possible to use the generally known isocyanate-reactive compounds, for example polyesterols, polyetherols and / or polycarbonatediols, which are usually also grouped under the term "polyols", with molecular weights of between 500 and 8000, preferably between 600 and 6000, in particular 800 to less than 3000, and preferably a mean functionality to isocyanates of 1, 8 to 2.3, preferably 1, 9 to 2.2, in particular 2. Further, as polyetherols so-called low-unsaturated polyetherols can be used.
  • low-unsaturated polyols are understood as meaning, in particular, polyether alcohols having an unsaturated compound content of less than 0.02 meg / g, preferably less than 0.01 meg / g.
  • polyether alcohols are usually prepared by addition of alkylene oxides, in particular ethylene oxide, propylene oxide and mixtures thereof, to the diols or triols described above in the presence of highly active catalysts.
  • highly active catalysts include cesium hydroxide and multimetal cyanide catalysts, also referred to as DMC catalysts.
  • a frequently used DMC catalyst is zinc hexacyanocobaltate.
  • the DMC catalyst can be left in the polyether alcohol after the reaction, usually it is removed, for example by sedimentation or filtration. Furthermore, it is possible to use polybutadiene diols having a molar mass of from 500 to 10,000 g / mol, preferably from 1,000 to 5,000 g / mol, in particular from 2,000 to 3,000 g / mol. TPUs made using these polyols can be radiation crosslinked after thermoplastic processing. This leads e.g. to a better burning behavior. Instead of a polyol, it is also possible to use mixtures of different polyols. Preference is given to using TPUs based on polyetherol / polyesterol mixtures.
  • chain extenders (c) it is possible to use generally known aliphatic, araliphatic, aromatic and / or cycloaliphatic compounds having a molecular weight of 50 to 499, preferably 2-functional compounds, for example diamines and / or alkanediols having 2 to 10C Atoms in the alkylene radical, in particular 1, 3-propanediol, butanediol-1, 4, hexanediol-1, 6 and / or di-, tri-, Tetra, penta, hexa, hepta, octa, nona and / or Dekaalkylenglykole having 3 to 8 carbon atoms, preferably corresponding oligo- and / or polypropylene glycols, mixtures of the chain extenders can be used.
  • 2-functional compounds for example diamines and / or alkanediols having 2 to 10C Atoms in the alkylene radical, in particular 1, 3-propanedio
  • components a) to c) are difunctional compounds, i. Diisocyanates (a), difunctional polyols, preferably polyetherols (b) and difunctional chain extenders, preferably diols.
  • Suitable catalysts (d) which in particular accelerate the reaction between the NCO groups of the diisocyanates (a) and the hydroxyl groups of the constituent components (b) and (c) are the tertiary amines known and customary in the prior art, e.g. Triethylamine, dimethylcyclohexylamine, N-methylmorpholine, N, N'-dimethylpiperazine, 2- (dimethylaminoethoxy) ethanol, diazabicyclo- (2,2,2) octane and the like, and especially organic metal compounds such as titanic acid esters, iron compounds e.g. Iron (I M) acetylacetonate, tin compounds, e.g.
  • I M Iron (I M) acetylacetonate
  • tin compounds e.g.
  • the catalysts are usually used in amounts of from 0.0001 to 0.1 parts by weight per 100 parts by weight of polyhydroxy compound (b).
  • auxiliaries and / or additives (e) can also be added to the synthesis components (a) to (c). Mention may be made, for example, of surface-active substances, nucleating agents, lubricants and mold release agents, dyes and pigments, antioxidants, for example against hydrolysis, light, heat or discoloration, flame retardants, reinforcing agents and plasticizers, metal deactivators.
  • component (e) also includes hydrolysis protectants such as, for example, polymeric and low molecular weight carbodiimides.
  • the thermoplastic polyurethane triazole and / or triazole derivative and antioxidants in an amount of 0.1 to 5 wt .-% based on the total weight of the thermoplastic polyurethane.
  • antioxidants are generally suitable substances which inhibit or prevent unwanted oxidative processes in the plastic to be protected. In general, antioxidants are commercially available. Examples of antioxidants are hindered phenols, aromatic amines, thiosynergists, trivalent phosphorus organophosphorus compounds, and hindered amine light stabilizers. Examples of hindered phenols can be found in Plastics Additive Handbook, 5 th edition, H. Zweifel, ed, Hanser Publishers, Kunststoff, 2001 ([1]), pp.
  • the antioxidants especially the phenolic antioxidants, a molecular weight of greater than 350 g / mol, particularly preferably greater than 700 g / mol and a maximum molecular weight ⁇ 10000 g / mol, preferably ⁇ 3000 g / mol. Furthermore, they preferably have a melting point of less than 180 ° C. Furthermore, preference is given to using antioxidants which are amorphous or liquid.
  • chain regulators usually having a molecular weight of from 31 to 3000.
  • Such chain regulators are compounds which have only one isocyanate-reactive functional group, such as.
  • monofunctional alcohols monofunctional amines and / or monofunctional polyols.
  • Chain regulators can generally be used in an amount of 0 to 5, preferably 0.1 to 1, parts by weight, based on 100 parts by weight of component b), and fall by definition under component (c).
  • the structural components (b) and (c) can be varied in relatively wide molar ratios.
  • the thermoplastic polyurethane preferably has a melt index (MFR) of 5-100 g / 10 min, preferably 10-80 g / 10 min, particularly preferably 15-40 g / 10 min measured at 200 ° C. and a test weight from 21, 6 kg up.
  • MFR melt index
  • nonwoven fabrics containing the fibers according to the invention will be described and, in particular, the preferred TPUs for the nonwoven fabrics and the processes for their production will be presented.
  • nonwoven a nonwoven web and nonwoven web constructed of randomly oriented or randomly bonded fibers solidified by friction and / or cohesion and / or adhesion, and corresponding nonwoven webs are also known as nonwoven webs.
  • the thermoplastic polyurethane has a crystallization temperature of between 130 0 C and 220 0 C and is preferably based on aliphatic isocyanates.
  • the determination of the crystallization temperature of the preferred thermoplastic polyurethanes is generally known and is particularly preferably carried out by means of DSC (Dynamic Scanning Calimerimetry) with a Perkin Elmer DSC 7, wherein the thermoplastic polyurethane is heated according to the following temperature program: 1.) keep 0.1 min at 25 0 C 2.) from 25 0 C to 100 0 C at 40 K / min 3.) hold for 10 min at 100 0 C.
  • nonwovens are characterized by the fact that the thermoplastic polyurethanes used have a rapid solidification behavior. This means that rapid cooling of the TPU takes place during cooling of the melt thread even at high temperatures, which leads to early stabilization of the fiber.
  • Textile grip in this context means that the feel of the nonwoven corresponds to that of a woven or knitted textile.
  • the opposite of a textile handle would be a foil-like handle, i.
  • the nonwoven feels like a plastic film.
  • non-woven based on aliphatic TPU By aromatic thermoplastic polyurethanes is meant those TPUs based on an aromatic isocyanate, for example 4,4 'MDI.
  • aliphatic TPU By aliphatic TPU is meant those TPU based on aliphatic isocyanates, for example 1, 6 HDI.
  • the particularly preferred thermoplastic polyurethanes show optically clear, single-phase melts which rapidly solidify and form weakly opaque to white-opaque shaped bodies as a result of the partially crystalline polyester hard phase.
  • the particularly preferred TPU are in particular obtainable by reacting (a) isocyanates with (b1) polyesterdiols having a melting point greater than 15O 0 C, (b2) polyetherdiols and / or polyesterdiols, each having a melting point below 150 0 C and a molecular weight from 501 to 8000 g / mol and (c) diols with a molecular weight of 62 g / mol to 500 g / mol.
  • thermoplastic polyurethane is available in which
  • thermoplastic polyester with a diol (c) and then reacted
  • thermoplastic polyurethane particularly preferably has a hardness of between 65 Shore A and 95 Shore A, more preferably between 75 Shore A and 85 Shore A.
  • paper or products that have been woven, knitted, tufted, stitched together with binding yarns or filaments or felted by wet-rolling are not treated as nonwoven fabrics within the meaning of this application.
  • a material is then called "nonwoven fabric" in the sense of this
  • the individual fibers of the nonwoven have a diameter of 50 .mu.m to 0.1 .mu.m, preferably from 10 .mu.m to 0.5 .mu.m, in particular from 7 .mu.m to 0.5 .mu.m.
  • the nonwoven fabrics have a thickness of 0.01 to 5 millimeters (mm), more preferably from 0.1 to 2 mm, particularly preferably from 0.15 to 1, 5 mm, measured according to ISO 9073-2.
  • the nonwoven fabrics have a basis weight of from 5 to 500 g / m 2 , more preferably from 10 to 250 g / m 2 , particularly preferably from 15 to 150 g / m 2 , measured to ISO 9073-1.
  • the nonwoven fabric may additionally be mechanically consolidated.
  • the mechanical consolidation may be a one-sided or bilateral mechanical consolidation, preferably a two-sided mechanical consolidation.
  • the nonwoven fabric may additionally be thermally bonded.
  • a thermal consolidation can be carried out for example by a hot air treatment or by calendering of the nonwoven fabric. The calendering of the nonwoven fabric is preferred.
  • the nonwoven fabric used has an elongation at break in the production direction between 20% and 2000%, preferably between 100% and 1000%, in particular between 200% and 1000%, measured according to DIN EN 12127 on.
  • the nonwoven fabric used is based on, i. is made with thermoplastic poly- urethane.
  • the nonwoven fabric used contains thermoplastic polyurethane, preferably as an essential constituent.
  • the nonwoven fabric used contains thermoplastic polyurethane in an amount of 60% by weight to 100% by weight, particularly preferably more than 80% by weight, in particular more than 97% by weight, especially preferably 100% by weight, based on the total weight of the nonwoven fabric.
  • the nonwoven fabric used may optionally contain other polymers or auxiliaries, such as, for example, polypropylene, polyethylene and / or polystyrene and / or copolymers of polystyrene, such as styrene-acrylonitrile copolymers.
  • polymers or auxiliaries such as, for example, polypropylene, polyethylene and / or polystyrene and / or copolymers of polystyrene, such as styrene-acrylonitrile copolymers.
  • TPUs which are described in WO 03/014179 are preferably used for the production of the nonwovens according to the invention.
  • These particularly preferred TPUs which are described in detail below, have the advantage that the thermoplastic polyurethanes used have a rapid setting behavior, i. have a very good crystallization even at high melt temperatures. This allows the processing of thermoplastic polyurethanes on conventional equipment to obtain a nonwoven fabric with textile handle.
  • Textile grip in this context means that the feel of the nonwoven corresponds to that of a woven or knitted textile.
  • the opposite of a textile handle would be a foil-like handle, i. The nonwoven feels like a plastic film.
  • TPUs are preferably obtainable by reacting (a) isocyanates with (b1) polyesterdiols having a melting point greater than 15O 0 C, (b2) polyvinyl lyetherdiolen and / or polyesterdiols, each having a melting point of less than 15O 0 C and a molecular weight of 501 to 8000 g / mol and optionally (c) diols having a molecular weight of 62 g / mol to 500 g / mol.
  • thermoplastic polyurethanes in which the molar ratio of the diols (c) having a molecular weight of from 62 g / mol to 500 g / mol to the component (b2) is less than 0.2, particularly preferably from 0.1 to 0.01, is.
  • thermoplastic polyurethanes in which the polyester diols (b1), which preferably have a molecular weight of from 1000 g / mol to 5000 g / mol, have the following structural unit (I):
  • R1 carbon skeleton having 2 to 15 carbon atoms, preferably an alkylene group having 2 to 15 carbon atoms and / or a bivalent aromatic radical having 6 to 15 carbon atoms, particularly preferably having 6 to 12 carbon atoms
  • R2 optionally branched-chain alkylene group having 2 to 8 carbon atoms, preferably 2 to 6, more preferably 2 to 4 carbon atoms, in particular -CH 2 -CH 2 - and / or -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -,
  • R3 optionally branched-chain alkylene group having 2 to 8 carbon atoms, preferably 2 to 6 , particularly preferably 2 to 4 carbon atoms, in particular -CH 2 -CH 2 - and / or -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -,
  • X an integer from the range 5 to 30.
  • the preferred melting point and / or the preferred molecular weight described above relate to the structural unit (I) shown.
  • melting point in this document means the maximum of the melting peak of a heating curve which was measured using a commercially available DSC apparatus (for example DSC 7 / Perkin-Elmer Co.).
  • the molecular weights given in this document represent the number average molecular weights in [g / mol].
  • thermoplastic polyurethanes can preferably be prepared by reacting in a first step (i) a, preferably high molecular weight, preferably semicrystalline, thermoplastic polyester with a diol (c) and then in a second reaction (ii) the reaction product from (i) comprising (b1) polyester diol having a melting point greater than 15O 0 C and optionally (c) diol together with (b2) polyether diols and / or polyester diols each having a melting point of less than 15O 0 C and a molecular weight of 501 to 8000 g / mol and optionally further (c) diols having a molecular weight of 62 to 500 g / mol with (a) isocyanate, if appropriate in the presence of (d) catalysts and / or (e) auxiliaries.
  • a first step a, preferably high molecular weight, preferably semicrystalline, thermoplastic polyester with a diol (c) and then in a second reaction
  • the molar ratio of the diols (c) having a molecular weight of from 62 g / mol to 500 g / mol to the component (b2) is preferably less than 0.2, preferably from 0.1 to 0.01.
  • the hard phases are provided by the step (i) used by the polyester used in step (i) for the final product, the use of the component (b2) in step (ii), the structure of the soft phases.
  • the preferred technical teaching is that polyesters having a pronounced, well crystallizing hard phase structure are preferably melted in a reaction extruder and first degraded with a low molecular weight diol to give shorter polyesters having free hydroxyl end groups.
  • the original high crystallization tendency of the polyester is retained and can then be used to obtain TPU having the advantageous properties in rapid implementation, as there are high tensile strength values, low abrasion values and high heat resistance and low compression set due to the high and narrow melting range.
  • high molecular weight, partially crystalline, thermoplastic polyester with low molecular weight diols (c) degraded under suitable conditions in a short reaction time to quickly crystallizing poly-ester diols (b1), which in turn then with other polyester diols and / or polyether diols and diisocyanates be incorporated into high molecular weight polymer chains.
  • thermoplastic polyester used ie before the reaction (i) with the diol (c), preferably has a molecular weight of 15000 g / mol to 40,000 g / mol and preferably a melting point of greater than 16O 0 C, particularly preferably 17O 0 C. to 26O 0 C on.
  • starting material ie as polyester
  • step (i) preferably in the molten state, particularly preferably at a temperature of 23O 0 C to 28O 0 C, preferably for a duration of 0.1 min to 4 min, particularly preferably 0, 3 to 1 min with the diol (s) (c) is reacted, generally known, preferably high molecular weight, preferably partially crystalline, thermoplastic polyesters, for example in granular form, can be used.
  • Suitable polyesters are based, for example, on aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic and / or aromatic dicarboxylic acids, for example lactic acid and / or terephthalic acid, and aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic and / or aromatic dialcohols, for example ethanediol-1,2-butanediol-1,4 and / or hexanediol-1, 6.
  • polyesters used are: poly-L-lactic acid and / or polyalkylene terephthalate, for example polyethylene terephthalate, polypropylene terephthalate, polybutylene terephthalate, in particular polybutylene terephthalate.
  • thermoplastic polyester is preferably melted at a temperature of 18O 0 C to 27O 0 C.
  • reaction (i) with the diol (c) is preferably carried out at a temperature of 23O 0 C to 28O 0 C, preferably 24O 0 C to 28O 0 C by.
  • diol (c) in the step (i) for reaction with the thermoplastic polyester and optionally in the step (ii), generally known diols having a molecular weight of 62 to 500 g / mol, for example those mentioned later, e.g. Ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, heptanediol, octanediol, preferably butane-1,4-diol and / or ethane-1,2-diol.
  • Ethylene glycol 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, heptanediol, octanediol, preferably butane-1,4-diol
  • the weight ratio of the thermoplastic polyester to the diol (c) in the step (i) is usually 100: 1, 0 to 100: 10, preferably 100: 1, 5 to 100: 8.0.
  • the reaction of the thermoplastic polyester with the diol (c) in the reaction step (i) is preferably carried out in the presence of customary catalysts, for example those which are described later. Preference is given to using catalysts based on metals for this reaction.
  • the reaction in step (i) is preferably carried out in the presence of from 0.1 to 2% by weight of catalysts, based on the weight of diol (c).
  • the reaction in the presence of such catalysts is advantageous in order to be able to carry out the reaction in the available short residence time in the reactor, for example a reaction extruder.
  • Suitable catalysts for this reaction step (i) are: tetrabutyl orthotitanate and / or tin (II) dioctoate, preferably tin dioctoate.
  • the polyesterdiol (b1) as the reaction product from (i) preferably has a molecular weight of from 1000 g / mol to 5000 g / mol.
  • the melting point of the polyester diol as the reaction product of (i) is preferably 15O 0 C to 26O 0 C, in particular 165 to 245 ° C, ie that the reaction product of the thermoplastic polyester with the diol (c) in step (i) compounds having said melting point contains, which are used in the subsequent step (ii).
  • the reaction product of the TPU therefore has free hydroxyl end groups and is preferably further processed in the further step (ii) to the actual product, the TPU.
  • the reaction of the reaction product from step (i) in step (ii) is preferably carried out by adding a) isocyanate (a) and (b2) polyether diols and / or polyester diols each having a melting point below 15O 0 C and a molecular weight weight of 501 to 8000 g / mol and optionally further diols (c) having a molecular weight of 62 to 500, (d) catalysts and / or (e) auxiliaries to the reaction product of (i).
  • the reaction of the reaction product with the isocyanate takes place via the hydroxyl end groups formed in step (i).
  • step (ii) is preferably carried out at a temperature of 190 to 25O 0 C for a period preferably from 0.5 to 5 min, particularly preferably 0.5 to 2 minutes, preferably in a reactive extruder, more preferably in the same reaction extruder in which step (i) was also carried out.
  • the reaction of step (i) can take place in the first housings of a conventional reaction extruder and later, ie later housings, after the addition of components (a) and (b2), the corresponding reaction of step (ii) can be carried out.
  • the first 30 to 50% of the length of the reaction extruder may be used for step (i) and the remaining 50 to 70% used for step (ii).
  • the reaction in step (ii) is preferably carried out with an excess of the isocyanate groups to the isocyanate-reactive groups.
  • the ratio of the isocyanate groups to the hydroxyl groups is preferably 1: 1 to 1.2: 1, more preferably 1.2: 1 to 1.2: 1.
  • reaction extruder a generally known reaction extruder.
  • reaction extruders are described by way of example in the company publications by Werner & Pfleiderer or in DE-A 2 302 564.
  • the preferred method is preferably performed such that at least one thermoplastic polyester, for example polybutylene terephthalate, metered into the first barrel of a reaction extruder and at temperatures preferably between 180 0 C to 270 0 C, preferably from 240 0 C to 270 0 C is melted, in a following housing a diol (c), for example butanediol, and preferably a transesterification catalyst, at temperatures between 240 0 C to 280 0 C, the polyester through the diol (c) to polyester oligomers with hydroxyl end groups and molecular weights between 1000 to 5000 g in a subsequent housing isocyanate (a) and (b2) isocyanate-reactive compounds having a molecular weight of 501 to 8000 g / mol and optionally (c) diols having a molecular weight of 62 to 500, (d) catalysts and / or (e) added adjuvants and then at temperatures of 190 to 250 °
  • step (ii) with the exception of (c) diols having a molecular weight of from 62 to 500 contained in the reaction product of (i), no (c) diols having a molecular weight of from 62 to 500 are fed.
  • the reaction extruder preferably has neutral and / or backward-promoting kneading blocks and recycling elements in the region in which the thermoplastic polyester is melted, and in the region in which the thermoplastic polyester is reacted with the diol, preferably screw mixing elements, toothed disks and / or tooth mixing elements Combination with return conveyor elements.
  • the clear melt is usually fed by means of a gear pump underwater granulation and granulated.
  • the proportion of the thermoplastic polyester in the final product is preferably 5 to 75 wt .-%.
  • the preferred thermoplastic polyurethanes particularly preferably comprise products of the reaction of a mixture comprising 10 to 70% by weight of the reaction product of (i), 10 to 80% by weight (b2) and 10 to 20% by weight (a), wherein the weights are based on the total weight of the mixture comprising (a), (b2), (d), (e) and the reaction product of (i).
  • thermoplastic polyurethanes preferably have the following structural unit (II):
  • R 1 carbon skeleton having 2 to 15 carbon atoms, preferably an alkylene group having 2 to 15 carbon atoms and / or an aromatic radical having 6 to 15 carbon atoms,
  • R 2 optionally branched-chain alkylene group having 2 to 8 carbon atoms, preferably 2 to 6, particularly preferably 2 to 4 carbon atoms, in particular -CH 2 -CH 2 - and / or -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -,
  • R3 radical which results from the use of polyether diols and / or polyester diols each having molecular weights between 501 g / mol and 8000 g / mol as (b2) or by the use of alkanediols having 2 to 12 carbon atoms for the reaction with diisocyanates,
  • X an integer from the range 5 to 30, n, m: an integer from the range 5 to 20.
  • the radical R1 is defined by the isocyanate used, the radical R2 by the reaction product of the thermoplastic polyester with the diol (c) in (i) and the radical R3 by the starting components (b2) and optionally (c) in the preparation of the TPU.
  • the present invention also provides a process for the production of nonwovens based on thermoplastic polyurethane, wherein a thermoplastic polyurethane comprising an inorganic additive, wherein of at least 70%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 99.9% of the particles of Inorganic additive, the maximum particle diameter is less than 75%, preferably less than 60%, more preferably less than 50% of the fiber diameter of the thermoplastic polyurethane, processed by means of meltblown or Spunbond method for nonwoven.
  • thermoplastic polyurethane-containing nonwoven fabrics can usually be prepared by the meltblown process known from the prior art or the spunbond process from the above-described thermoplastic polyurethane. "Meltblown process” and “spunbond process” are known in the art.
  • nonwoven fabrics made by the spunbond process are particularly stable in both the horizontal and vertical directions, but have an open-pored structure.
  • Nonwovens produced by the meltblown process have a particularly dense network of fibers and thus provide a very good barrier to liquids.
  • Nonwovens produced by the meltblown process are preferably used.
  • a commercial plant for the production of meltblown nonwovens can be used. Such systems are sold, for example, by Reifen Reifen, Germany.
  • the TPU is usually melted in an extruder and fed to a spinning beam by means of customary auxiliaries, such as melt pumps and filters.
  • the polymer generally flows through nozzles and is drawn at the nozzle exit by a stream of air to a thread.
  • the drawn threads are usually deposited on a drum or a belt and transported on.
  • the extruder used is a single-screw extruder with a compression ratio of 1: 2-1: 3.5, more preferably 1: 2-1: 3.
  • a three-zone screw with an L / D ratio (length to diameter) of 25-30 is preferably used.
  • the three zones are the same length.
  • the three-zone screw has a continuously constant pitch of 0.8-1, 2 D, particularly preferably 0.95-1, 05 D.
  • the clearance between the screw and cylinder is> 0.1 mm, preferably 0.1-0.2 mm. If a barrier screw is used as the extruder screw, it is preferable to use an overflow gap> 1.2 mm.
  • the nonwoven system is usually dimensioned so that the residence time of the TPU is as short as possible, ie ⁇ 15 min, preferably ⁇ 10 min, particularly preferably ⁇ 5 min.
  • the TPU according to the invention is usually processed at temperatures between 180 ° C. and 250 ° C., preferably between 200 ° C. and 230 ° C.
  • the nonwoven fabrics according to the invention are used, for example, as seals in the technical sector, hygiene products, filters, medical products, laminates and textiles, e.g. as plasters, wound dressings and bandages in the medical sector, as elastic elements in diapers and other hygiene articles, as elastic cuffs in clothing, as inliner in clothing, as a carrier for films e.g. in the production of water vapor permeable membranes, as a laminate for leather, as slip protection for tablecloths, carpets, as slip protection for socks, as decorative application in the automotive interior, in textiles and sports shoes, curtains, furniture u.a ..
  • nonwoven fabrics according to the invention may be combined with other materials, e.g. Vliessen, textiles, leather, paper, laminated.
  • the invention thus also relates to seals in the technical sector, hygiene products, filters, medical products, laminates and textiles, particularly preferably hygiene products and / or medical products containing the nonwovens according to the invention.
  • a TPU made from 1000 g of a Polybutandioladipatesterols with an OH number of 56.2 and 122 g of butane-1, 4, and 463 g of 4,4 'MDI was melted in a Simeter Kapillarvsiko- and then spun at 210 0 C by the Chamfers on a pulley guided on a rotating coil to be controlled in their winding speed coil was wound.
  • the draw ratio varies over time. The draw ratio is the ratio of the speed of the melt in the nozzle to the winding speed of the thread. From the draw ratio and the diameter of the nozzle can also calculate the thickness of the thread.
  • a TPU made from 1000 g of a Polybutandioladipatesterols having an OH number of 56.2 and 122 g of butane-1, 4, and 463 g of 4,4 'MDI was mixed with 3 wt .-% of a masterbatch consisting of Elastollan® 1 180 A10 and 35 wt .-% of a silicon-oxygen compound Celite Super Fine Super Floss (Celite Corporation) larvsikosimeter melted in a capillary and then spun at 210 0 C by passing the bevels via a deflection roller wound on a rotating speed in their Wickelge- to be controlled coil has been.
  • 10% of the particles are smaller than 1.4 ⁇ m, 50% of the particles are smaller than 4.7 ⁇ m and 90% of the particles are smaller than 1.1 ⁇ m
  • Elastollan® A was 10 blinded 2280 with 3% of the concentrate prepared, melted in a Kapillarvsikosimeter and then spun at 210 0 C by passing the bevels via a deflection roller on one is to be controlled in its winding speed coil was wound Lathe.
  • fibers with a titre of 5 dtex, 22, dtex and 44 dtex could be produced. These fibers have a diameter of 25 microns to 73 microns.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Fasern auf der Basis von thermoplastischem Polyurethan, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan ein anorganisches Additiv enthält, wobei mindestens 70 % der Partikel des anorganischen Additivs einen maximalen Partikeldurchmesser kleiner als 75 % des Faserdurchmessers des thermoplastischen Polyurethans aufweisen.

Description

Fasern, insbesondere Vliesstoff auf der Basis von thermoplastischem Polyurethan
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Fasern, insbesondere Vlies enthaltend Fasern auf der Basis von thermoplastischem Polyurethan, wobei das thermoplastische Polyurethan ein anorganisches Additiv enthält, wobei von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 99,9 % der einzelnen Partikel des anorganischen Addi- tivs der maximale Partikeldurchmesser kleiner als 75 %, bevorzugt kleiner als 60 %, besonders bevorzugt kleiner als 50 % des Faserdurchmessers des thermoplastischen Polyurethans ist. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren zur Herstellung solcher Fasern oder Vliesstoffe.
Fasern auf der Basis von thermoplastischem Polyurethan, im Folgenden auch als TPU bezeichnet, sowie mit diesen Fasern hergestellte Gewebe, Gewirke oder Vliesstoffe sind allgemein bekannt und vielfältig kommerziell erhältlich. Nachteilig an dem Einsatz von TPU für die Herstellung von Fasern ist das Kleben und Blocken des Materials, wodurch die Spulen nicht mehr mit der für textile Weiterverarbeitungsprozesse notwendi- gen hohen Geschwindigkeit abgewickelt werden können. Um dieses Problem zu vermeiden werden derzeit Spinnöle, z.B. auf Silikonbasis, in Konzentrationen von 4 bis 8 % eingesetzt. Nachteilig an dieser Technik ist, dass das Silikonöl im weiteren Verarbeitungsschritt wieder heruntergewaschen werden muss. Dies ist sehr aufwendig und zudem im Hinblick auf den hohen Wasserverbrauch und die große Menge an Deter- gentien und Emulgatoren auch umweltunverträglich.
Dieser Nachteil in der Oberflächenbeschaffenheit des TPU tritt auch beim Einsatz von TPU für Nonwoven oder Vliesstoffe auf. Als Nonwoven oder Vlies bezeichnet man allgemein eine textile Struktur, die durch Verkleben oder Verbinden oder Verkleben und Verbinden von Fasern durch mechanische, chemische, thermische oder lösemitteltechnische Methoden oder jegliche Kombination dieser Methoden hergestellt wird, also eine nicht-gewebte Struktur. Polymere Nonwovens werden hauptsächlich in kontinuierlichen Verfahren hergestellt. Hier seien besonders das Meltblown- und das Spunbond Verfahren genannt. Bei diesen Verfahren wird das Polymer auf einem Extruder ge- schmolzen und mittels Schmelzepumpen zu einem Spinnbalken gefördert. Moderne Nonwovenverfahren fertigen heute die Vliese kontinuierlich mit hohen Durchsätzen mit Spinnbalken von bis zu 5 m Breite.
Bei der Herstellung von Nonwoven nach dem Melt-blown und Spunbond-Verfahren werden hauptsächlich Polypropylen und Polyester verwendet. Die aus diesen Kunststoffen hergestellten Nonwoven sind jedoch nicht elastisch. Aus diesem Grund gab es in den letzen Jahren Bestrebungen, TPU zu Nonwoven zu verarbeiten. Thermoplasti- sehe Polyurethane sind Polyurethane, die, wenn es in dem für den Werkstoff für Verarbeitung und Anwendung typischen Temperaturbereich wiederholt erwärmt und abgekühlt wird, thermoplastisch bleiben. Unter thermoplastisch wird hierbei die Eigenschaft des Polyurethans verstanden, in einem für das Polyurethan typischen Temperaturbe- reich zwischen 150 0C und 300 0C wiederholt in der Wärme zu erweichen und beim Abkühlen zu erhärten und im erweichten Zustand wiederholt durch Fließen als Formteil, Extrudat oder Umformteil zu Halbzeug oder Gegenständen formbar zu sein. Non- woven basierend auf TPU zeichnen sich durch ihre sehr hohe Elastizität, gute Rückstellfähigkeit, geringe Restdehnung und Zugfestigkeit aus.
Nachteilig an dem Einsatz von TPU für Nonwoven ist allerdings, dass bei direktem Kontakt mit der menschlichen Haut über mehrere Stunden der Tragekomfort als gummiartig und nicht angenehm empfunden wird. Aus diesem Grund werden TPU- Nonwovens häufig in der Bicomponentenfahrweise hergestellt. Hierzu wird ein TPU- Kern mit z.B. einem Polyolefinmantel umschlossen. Hierdurch erhält man eine glatte nicht-blockende Oberfläche. Allerdings ist das Bicomponentenverhahren sehr aufwendig und damit teuer. So benötigt man alle Komponenten der Anlage zweifach, d.h. zwei separate Extruder, separate Schmelzeleitungen, Pumpen usw. Zudem sind die Spinndüsen sehr aufwendig und damit teuer. Alternativ kann man ein Sandwich aus einem TPU-Nonwoven und zwei außenliegenden Polyolefinnonwoven herstellen. Aber auch dies ist eine teure und komplizierte Konstruktion, zudem bestehen Probleme bei der Haftung von Polyolefin an TPU.
Um die Blockneigung von TPU zu reduzieren, können dem TPU Additive, wie Polyole- fine oder Polystyrole zugegeben werden. Allerdings reduzieren diese Additive die Verspinnbarkeit der Fasern. Beim Verstrecken der Faser wirken große Kräfte auf die TPU Schmelze. Eine Schwachstelle im Faden, z.B. ein nicht homogen gelöstes Additiv führt dabei zu einem Fadenabriss, der kontinuierliche Spinnprozess bricht zusammen.
Die Aufgabe der Erfindung bestand somit darin, Fasern und insbesondere Vliesstoffe, in dieser Schrift auch als „Vlies" bezeichnet, auf der Basis von TPU zu entwickeln, deren Oberfläche eine geringerer Neigung zum Kleben und Blocken aufweist. Diese Fasern sollten eine angenehme Haptik und sehr gute Verarbeitungseigenschaften aufweisen, insbesondere eine verbesserte Draw-ratio. Besonders bevorzugt sollten licht- echte TPU-Nonwoven entwickelt werden, die einen angenehmen textilen Griff haben, gut verarbeitbar sind und gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine gute Reißdehnung besitzen.
Die Aufgaben konnten durch die eingangs dargestellten Fasern, insbesondere Vlies- Stoffe enthaltend die Fasern gelöst werden. Das für die erfindungsgemäßen Fasern und Vliesstoffe eingesetzte TPU zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Zugabe der anorganischen Additive in der spezifischen Partikelgröße die Oberflächeneigenschaften des TPU in der gewünschten weise optimiert werden konnten, insbesondere kann ein Kleben und Blocken des Materials ver- ringert und die Haptik verbessert werden. Durch die erfindungsgemäße Größenverteilung der anorganischen Partikel wird durch die Zugabe der Additive das mechanische Eigenschaftsprofil nicht wesentliche negativ beeinflusst. Insbesondere konnte der maximale Draw-ratio durch Zugabe des Additivs signifikant erhöht werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Additive ist, dass ihre Teilchengröße oder Teilchengrö- ßenverteilung prozessunabhängig ist, d.h. sie ändert sich während des Verarbeitungsschrittes des TPU nicht signifikant. Dies stellt einen großen Vorteil gegenüber z.B. po- lymeren Additiven wie Polyolefinen und Polystyrolen dar. Diese können während der Verarbeitung z.B. durch Koaleszenzphänomene ihre Teilchengröße verändern.
Die anorganischen Additive weisen die erfindungsgemäße Partikelgröße bzw. Partikelgrößenverteilung auf. Dabei können die Partikel auf üblichen anorganischen Materialien basieren, beispielweise Siliziumverbindungen wie Siliziumdioxid und Silikate, SiIi- kagel, Metalloxide, Carbonate, Borate, Bornitride, Talkum, Steinmehl, Zeolithe, Mon- morolonite, Alumosilikate. Beispiele für anorganische Additive sind zu finden in Plastics additive handbook CaI Hanser Verlag , München, ISBN 3-446-21654-5, S. 587 ff.
Bevorzugt enthält das anorganisches Additiv folgende Bestandteile, besonders bevorzugt besteht das Additiv aus den folgenden Bestandteilen:
zwischen 90 Gew.-% und 95 Gew.-% SiO2 zwischen 1 Gew.-% und 5 Gew.-% AI2O3 zwischen 1 Gew.-% und 5 Gew.-% Fe2O3 zwischen 0,1 Gew.-% und 1 Gew.-% P2O5 zwischen 0,1 Gew.-% und 1 Gew.-% TiO2 zwischen 0,1 Gew.-% und 2 Gew.-% CaO zwischen 0,1 Gew.-% und 2 Gew.-% MgO zwischen 0,01 Gew.-% und 3 Gew.-% Na2O zwischen 0,01 Gew.-% und 3 Gew.-% K2O.
Bevorzugt werden als anorganische Additive solche eingesetzt, die auf auf Silizium basieren, insbesondere Silikate. Besonders bevorzugt werden anorganische Additive eingesetzt, die unter der Marke Celite® Superfine Superfloss bei Celite Corp. USA erhältlich sind.
Bevorzugt weisen mindestens 90 % der Teilchen des Additivs einen maximalen Durchmesser kleiner 15 μm auf. Der Gewichtsanteil des anorganischen Additivs in dem thermoplastischen Polyurethan kann bevorzugt zwischen 0,1 Gew.-% und 5 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 0,5 Gew.-% und 3 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,75 Gew.-% und 2 Gew.-% betragen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des thermoplastischen Polyurethans einschließlich des anorganischen Additivs. Dabei kann das anorganische Additive einem der Ausgangsstoffe zur Herstellung des TPU zugegebenen werden, das TPU somit in Gegenwart des anorganischen Additivs hergestellt werden, oder auch beispielsweise als Konzentrat dem TPU zugemischt werden. Dabei werden das Konzentrat und das TPU in geschmolzenem Zustand beispielsweise direkt vor dem Verspinnen homo- gen vermischt und somit das anorganische Additiv in das TPU eingearbeitet. Das Additiv kann auch direkt dem TPU bei der Herstellung oder der Verarbeitung zudosiert werden. Bevorzugt ist die Zugabe über ein Konzentrat.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Additive, insbe- sondere die erfindungsgemäßen Additive auf Silizumbasis, insbesondere das Celite Superfine Superfloss® nicht nur die Blockneigung der TPU Fasern reduzieren, sondern auch die Verspinnbarkeit verbessern, d.h. das Verstreckverhältnis, mit der die TPU Fasern verstreckt werden, erhöht sich um mehr als 10 % bevorzugt mehr als 100 %. Das Verstreckverhältnis ist das Verhältnis der Geschwindigkeit der TPU- Schmelze in der Düse zur Abzugsgeschwindigkeit. Ein hohes Verstreckverhältnis ist für die Wirtschaftlichkeit von Prozessen der Faser- oder Vliesherstellung von besonderer Bedeutung. Durch ein höheres Verstreckverhältnis kann bei gegebener Düsengeometrie der Durchsatz erhöht werden (höhere Geschwindigkeit in der Düse), ohne das die Fadendicke ansteigt. Umgekehrt kann bei einem höheren Verstreckverhältnis und gegebener Abzugsgeschwindigkeit der Düsendurchmesser vergrößert werden, ohne dass der Fadendurchmesser steigt. Auch dies erhöht den Durchsatz.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Fasern auf der Basis von thermoplastischem Polyurethan, wobei man ein thermo- plastisches Polyurethan enthaltend ein anorganisches Additiv, wobei von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 99,9 % der Partikel des anorganischen Additivs der maximale Partikeldurchmesser kleiner als 75 %, bevorzugt kleiner als 60 %, besonders bevorzugt kleiner als 50 % des Faserdurchmessers des thermoplastischen Polyurethans ist, mittels Schmelzspinnen zur Faser verar- beitet.
Die Herstellung von Fasern auf der Basis von thermoplastischen Polyurethanen ist allgemein bekannt und vielfältig beschrieben. Dabei können allgemein bekannte TPU eingesetzt werden, bevorzugt solche auf der Basis von aromatischen Isocyanaten. Handelt es sich bei der Faser um ein melt spun spandex , wird bevorzugt ein TPU mit einer Shorehärte zwischen 70 Shore A und 90 Shore A, insbesondere bevorzugt zwischen 75 Shore A bis 85 Shore A eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das TPU zusammen mit einem Isocya- natgruppen aufweisenden Vernetzer zu den Fasern verarbeitet. Entsprechende Vernetzer sowie ihre Herstellung und Verarbeitung ist in der EP-A 922 719 beschrieben. Als Vernetzer kommen insbesondere solche in Frage, die auf Seite 3, Absatz [001 1] von EP-B 922 719 beschrieben sind. Dabei können die Vernetzer auf aliphatischen und/oder aromatischen Isocyanaten basieren, bevorzugt auf aromatischen Isocyana- ten. Die Vernetzer auf der Basis von isocyanathaltigen Prepolymeren werden bevorzugt in Konzentrationen zwischen 1 und 30 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 5 und 25 Gew.-%, insbesondere zwischen 10 und 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des TPU inklusive Vernetzer, zugegeben.
Die Faserstärken betragen bevorzugt zwischen 5 und 3000 dtex, besonders bevorzugt zwischen 10 und 250 dtex, insbesondere zwischen 15 und 78 dtex. Ein dtex bedeutet, dass 10 km Faser ein Gewicht von 1 g haben.
Die Restdehnung der Fasern ist bevorzugt <25 %, besonders bevorzugt <20%, insbesondere <12%. Die Restdehnung wird gemessen, indem die Faser auf 350% gedehnt wird. Anschließend lässt man relaxieren und dehnt erneut auf 350 %. Nachdem man ein zweites Mal die Faser hat relaxieren lassen, misst man die Restdehnung als die Zunahme der Faserlänge in % der Ausgangslänge der Faser.
Thermoplastische Polyurethane, in dieser Schrift auch als TPU bezeichnet, und Verfahren zu ihrer Herstellung sind allgemein bekannt. Im allgemeinen werden TPUs durch Umsetzung von (a) Isocyanaten mit (b) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen, üblicherweise mit einem Molekulargewicht (Mw) von 500 bis 10000, bevorzugt 500 bis 5000, besonders bevorzugt 800 bis 3000 und (c) Kettenverlängerungsmitteln mit einem Molekulargewicht von 50 bis 499 gegebenenfalls in Gegenwart von (d) Katalysatoren und/oder (e) üblichen Zusatzstoffen hergestellt.
Im Folgenden sollen beispielhaft die Ausgangskomponenten und Verfahren zur Herstellung der Polyurethane dargestellt werden. Die bei der Herstellung der Polyurethane üblicherweise verwendeten Komponenten (a), (b), (c) sowie gegebenenfalls (d) und/oder (e) sollen im Folgenden beispielhaft beschrieben werden:
Als organische Isocyanate (a) können allgemein bekannte aromatische, aliphatische, cycloaliphatische und/oder araliphatische Isocyanate, bevorzugt Diisocyanate eingesetzt werden, beispielsweise 2,2'-, 2,4'- und/oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), 1 ,5-Naphthylendiisocyanat (NDI), 2,4- und/oder 2, 6-Toluylendiisocyanat (TDI), Diphenylmethandiisocyanat, 3,3'-Dimethyl-diphenyl-diisocyanat, 1 ,2-
Diphenylethandiisocyanat und/oder Phenylendiisocyanat, Tri-, Tetra-, Penta-, Hexa-, Hepta- und/oder Oktamethylendiisocyanat, 2-Methyl-pentamethylen-diisocyanat-1 ,5, 2-Ethyl-butylen-diisocyanat-1 ,4, Pentamethylen-diisocyanat-1 ,5, Butylen- diisocyanat-1 ,4, 1 -lsocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexan (Isophoron-diisocyanat, IPDI), 1 ,4- und/oder 1 ,3-Bis(isocyanatomethyl)cyclohexan (HXDI), 1 ,4-Cyclohexan-diisocyanat, 1-Methyl-2,4- und/oder -2, 6-cyclohexan- diisocyanat und/oder 4,4'-, 2,4'- und 2,2'-Dicyclohexylmethan-diisocyanat, bevorzugt 2,2'-, 2,4'- und/oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), 1 ,5-Naphthylendiisocyanat (NDI), 2,4- und/oder 2, 6-Toluylendiisocyanat (TDI), Hexamethylendiisocyanat und/oder IPDI, insbesondere 4,4'- MDI und/oder Hexamethylendiisocyanat. Dabei basieren die Vliesstoffe bevorzugt auf aliphatischen Isocyanaten, wobei sonstige Fasern üblicher- weise mit aromatischen Isocyanaten hergestellt werden.
Als gegenüber Isocyanaten reaktive Verbindungen (b) können die allgemein bekannten gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen eingesetzt werden, beispielsweise Polyesterole, Polyetherole und/oder Polycarbonatdiole, die üblicherweise auch unter dem Begriff "Polyole" zusammengefasst werden, mit Molekulargewichten zwischen 500 und 8000, bevorzugt 600 bis 6000, insbesondere 800 bis weniger als 3000, und bevorzugt einer mittleren Funktionalität gegenüber Isocyanaten von 1 ,8 bis 2,3, bevorzugt 1 ,9 bis 2,2, insbesondere 2. Weiterhin können als Polyetherole sogenannte niedrig ungesättigte Polyetherole verwendet werden. Unter niedrig ungesättigten Polyolen werden im Rahmen dieser Erfindung insbesondere Polyetheralkohole mit einem Gehalt an ungesättigten Verbindungen von kleiner als 0,02 meg/g, bevorzugt kleiner als 0,01 meg/g, verstanden. Derartige Polyetheralkohole werden zumeist durch Anlagerung von Alkylenoxiden, insbesondere Ethylenoxid, Propylenoxid und Mischungen daraus, an die oben beschriebenen Diole oder Triole in Gegenwart von hochaktiven Katalysatoren hergestellt. Derartige hochaktive Katalysatoren sind beispielsweise Cäsiumhydroxid und Multimetallcyanidkatalysatoren, auch als DMC-Katalysatoren bezeichnet. Ein häufig eingesetzter DMC-Katalysator ist das Zinkhexacyanocobaltat. Der DMC-Katalysator kann nach der Umsetzung im Polyetheralkohol belassen werden, üblicherweise wird er entfernt, beispielsweise durch Sedimentation oder Filtration. Weiterhin können Polybu- tadiendiole mit einer Molmasse von 500 - 10000 g/mol bevorzugt 1000-5000 g/mol, insbesondere 2000 - 3000 g/mol verwendet werden. TPU's, welche unter der Verwendung dieser Polyole hergestellt wurden, können nach thermoplastischer Verarbeitung strahlenvernetzt werden. Dies führt z.B. zu einem besseren Abbrennverhalten. Statt eines Polyols können auch Mischungen verschiedener Polyole eingesetzt werden. Bevorzugt werden TPU eingesetzt, die auf Polyetherol/Polyesterolmischungen basieren.
Als Kettenverlängerungsmittel (c) können allgemein bekannte aliphatische, arali- phatische, aromatische und/oder cycloaliphatische Verbindungen mit einem MoIe- kulargewicht von 50 bis 499, bevorzugt 2-funktionelle Verbindungen, eingesetzt werden, beispielsweise Diamine und/oder Alkandiole mit 2 bis 10 C-Atomen im Alkylen- rest, insbesondere 1 ,3-Propandiol, Butandiol-1 ,4, Hexandiol-1 ,6 und/oder Di-, Tri-, Tetra-, Penta-, Hexa-, Hepta-, Okta-, Nona- und/oder Dekaalkylenglykole mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, bevorzugt entsprechende Oligo- und/oder Polypropylenglykole, wobei auch Mischungen der Kettenverlängerer eingesetzt werden können.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Komponenten a) bis c) um difunktionelle Verbindungen, d.h. Diisocyanate (a), difunktionelle Polyole, bevorzugt Polyetherole (b) und difunktionelle Kettenverlängerungsmittel, bevorzugt Diole.
Geeignete Katalysatoren (d), welche insbesondere die Reaktion zwischen den NCO- Gruppen der Diisocyanate (a) und den Hydroxylgruppen der Aufbaukomponenten (b) und (c) beschleunigen, sind die nach dem Stand der Technik bekannten und üblichen tertiären Amine, wie z.B. Triethylamin, Dimethylcyclohexylamin, N-Methylmorpholin, N,N'-Dimethylpiperazin, 2-(Dimethylaminoethoxy)-ethanol, Diazabicyclo-(2,2,2)-octan und ähnliche sowie insbesondere organische Metallverbindungen wie Titansäureester, Eisenverbindungen wie z.B. Eisen— (I M)- acetylacetonat, Zinnverbindungen, z.B. Zinn- diacetat, Zinndioctoat, Zinndilaurat oder die Zinndialkylsalze aliphatischer Carbonsäuren wie Dibutylzinndiacetat, Dibutylzinndilaurat oder ähnliche. Die Katalysatoren werden üblicherweise in Mengen von 0,0001 bis 0,1 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile PoIy- hydroxylverbindung (b) eingesetzt.
Neben den erfindungsgemäßen anorganischen Additiven können den Aufbaukomponenten (a) bis (c) auch übliche Hilfsmittel und/oder Zusatzstoffe (e) hinzugefügt werden. Genannt seien beispielsweise oberflächenaktive Substanzen, Keimbildungsmittel, Gleit- und Entformungshilfen, Farbstoffe und Pigmente, Antioxidantien, z.B. gegen Hydrolyse, Licht, Hitze oder Verfärbung, Flammschutzmittel, Verstärkungsmittel und Weichmacher, Metalldeaktivatoren. In einer bevorzugten Ausführungsform fallen unter die Komponente (e) auch Hydrolyseschutzmittel wie beispielsweise polymere und niedermolekulare Carbodiimide. Bevorzugt enthält das thermoplastische Polyurethan Tri- azol und/oder Triazolderivat und Antioxidantien in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des thermoplastischen Polyurethans. Als Antioxidantien sind im allgemeinen Stoffe geeignet, welche unerwünschte oxidative Prozesse im zu schützenden Kunststoff hemmen oder verhindern. Im allgemeinen sind Antioxidantien kommerziell erhältlich. Beispiele für Antioxidantien sind sterisch gehinderte Phenole, aromatische Amine, Thiosynergisten, Organophosphorverbindungen des trivalenten Phosphors, und Hindered Amine Light Stabilizers. Beispiele für sterisch gehinderte Phenole finden sich in Plastics Additive Handbook, 5th edition, H. Zweifel, ed, Hanser Publishers, München, 2001 ([1]), S.98-107 und S.116-121. Beispiele für Aromatische Amine finden sich in [1] S.107-108. Beispiele für Thiosynergisten sind gegeben in [1], S.104-105 und S.1 12-113. Beispiele für Phosphite finden sich in [1], S.109-112. Bei- spiele für Hindered Amine Light Stabilizer sind gegeben in [1], S.123-136. Zur Verwendung eignen sich bevorzugt phenolische Antioxidantien. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Antioxidantien, insbesondere die phenolischen Antioxidantien, eine Molmasse von größer 350 g/mol, besonders bevorzugt von größer 700g/mol und einer maximalen Molmasse < 10000 g/mol bevorzugt < 3000 g/mol auf. Ferner besitzen sie bevorzugt einen Schmelzpunkt von kleiner 1800C. Weiterhin werden bevorzugt Antioxidantien verwendet, die amorph oder flüssig sind.
Neben den genannten Komponenten a), b) und c) und gegebenenfalls d) und e) können auch Kettenregler, üblicherweise mit einem Molekulargewicht von 31 bis 3000, eingesetzt werden. Solche Kettenregler sind Verbindungen, die lediglich eine gegenüber Isocyanaten reaktive funktionelle Gruppe aufweisen, wie z. B. monofunktionelle Alkohole, monofunktionelle Amine und/oder monofunktionelle Polyole. Durch solche Kettenregler kann ein Fließverhalten, insbesondere bei TPUs, gezielt eingestellt werden. Kettenregler können im allgemeinen in einer Menge von 0 bis 5, bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Komponente b) eingesetzt werden und fallen definitionsgemäß unter die Komponente (c).
Zur Einstellung der Härte der TPUs können die Aufbaukomponenten (b) und (c) in relativ breiten molaren Verhältnissen variiert werden. Bewährt haben sich molare Verhältnisse von Komponente (b) zu insgesamt einzusetzenden Kettenverlängerungsmitteln (c) von 10 : 1 bis 1 : 10, insbesondere von 1 : 1 bis 1 : 4, wobei die Härte der TPU mit zunehmendem Gehalt an (c) ansteigt.
Für die Faserherstellung weist das thermoplastische Polyurethan bevorzugt einen Schmelzindex (MFR) von 5-100 g/10 min, bevorzugt von 10-80 g/10 min, insbesondere bevorzugt von 15-40 g/10 min gemessen bei 200 0C und einem Prüfgewicht von 21 ,6 kg auf.
Im Folgenden soll insbesondere auf die Vliesstoffe enthaltend die erfindungsgemäßen Fasern eingegangen werden und dabei insbesondere die bevorzugten TPU für die Vliesstoffe sowie die Verfahren zu ihrer Herstellung vorgestellt werden.
Unter dem Ausdruck „Vlies" wird ein Vliesstoff und Faserflor verstanden, der aufgebaut ist aus gerichtet angeordneten oder wahllos zueinander befindlichen Fasern, verfestigt durch Reibung und/oder Kohäsion und/oder Adhäsion. Entsprechende Vliesstoffe sind auch als non-woven bekannt.
Als TPU können allgemein bekannte TPU eingesetzt werden. Bevorzugt weist das thermoplastische Polyurethan eine Kristallisationstemperatur zwischen 130 0C und 220 0C auf und basiert bevorzugt auf aliphatischen Isocyanaten. Die Bestimmung der Kristallisationstemperatur der bevorzugten thermoplastischen Polyurethane ist allge- mein bekannt und erfolgt besonders bevorzugt mittels DSC ( Dynamic Scanning CaIo- rimetry) mit einer Perkin Eimer DSC 7, wobei das thermoplastische Polyurethan nach folgendem Temperaturprogramm temperiert wird: 1.) 0,1 min bei 25 0C halten 2.) von 25 0C bis 100 0C mit 40 K/min aufheizen 3.) 10 min bei 100 0C halten
4.) Abkühlen von 100 0C auf -80 0C mit Abkühlrate von 20 K/min 5.) 2 min bei -800C halten
6.) Aufheizen von -80 0C auf 230 0C mit 20 K/min Heizrate 7.) halten bei 230 0C für 1 min 8.) Abkühlen von 230 0C bis -80 0C mit 20 K/min, und als Kristallisationstemperatur die Temperatur gilt, bei der der exotherme Wärme- fluss der Probe während der Abkühlung ein Maximum aufweist.
Diese bevorzugten Vliesstoffe zeichnen sich dadurch aus, dass die eingesetzten thermoplastischen Polyurethane ein rasches Erstarrungsverhalten aufweisen. Dies bedeutet, dass beim Abkühlen des Schmelzefadens bereits bei hohen Temperaturen eine rasche Kristallisation des TPU stattfindet, die zu einer frühzeitigen Stabilisierung der Faser führt. Damit ist das Produkt auf konventionellen Anlagen unter Erhalt eines Vliesstoffes mit textilem Griff verarbeitbar. Textiler Griff bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Haptik des Vliesstoffes dem eines gewebten oder gestrickten Tex- tils entspricht. Das Gegenteil eines Textilen Griffs wäre beispielweise ein folienartiger Griff, d.h. der Vliesstoff fühlt sich an wie eine Kunststofffolie. Bevorzugt sind zudem Vlies auf der Basis von aliphatischen TPU. Unter aromatischen thermoplastischen Polyurethanen versteht man solche TPU, die auf einem aromatischen Isocyanat basieren, beispielweise 4,4' MDI. Unter aliphatischen TPU versteht man solche TPU, die auf aliphatischen Isocyanaten basieren, beispielweise 1 ,6 HDI. Die besonders bevorzugten thermoplastischen Polyurethane zeigen optisch klare, einphasige Schmelzen, die rasch erstarren und infolge der teilkristallinen Polyesterhartphase schwach opake bis weißundurchsichtige Formkörper bilden.
Die besonders bevorzugten TPU sind insbesondere erhältlich durch Umsetzung von (a) Isocyanaten mit (b1) Polyesterdiolen mit einem Schmelzpunkt größer 15O0C, (b2) Polyetherdiolen und/oder Polyesterdiolen jeweils mit einem Schmelzpunkt kleiner 150 0C und einem Molekulargewicht von 501 bis 8000 g/mol sowie (c) Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 500 g/mol.
Besonders bevorzugt ist das thermoplastische Polyurethan erhältlich, in dem man
einen thermoplastischen Polyester mit einem Diol (c) umsetzt und anschließend
(i) das Umsetzungsprodukt aus (i) enthaltend (b1 ) Polyesterdiol mit einem Schmelz- punkt größer 15O0C sowie gegebenenfalls (c) Diol zusammen mit (b2) Polyetherdiolen und/oder Polyesterdiolen jeweils mit einem Schmelzpunkt kleiner 150 0C und einem Molekulargewicht von 501 bis 8000 g/mol sowie gegebenenfalls weite- ren (c) Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 bis 500 g/mol mit (a) Isocyanat gegebenenfalls in Gegenwart von (d) Katalysatoren und/oder (e) Hilfsmitteln umsetzt.
Entsprechende TPU sind aus der WO 03/014179 allgemein bekannt, deren Produkte und Verfahren an späterer Stelle ausführlich dargestellt werden.
Besonders bevorzugt weist das thermoplastische Polyurethan eine Härte zwischen 65 Shore A und 95 Shore A, besonders bevorzugt zwischen 75 Shore A und 85 Shore A auf.
Bevorzugt werden Papier oder Erzeugnisse, die gewebt, gestrickt, getuftet, unter Einbindung von Bindegarnen oder Filamenten nähgewirkt oder durch ein Nasswalken gefilzt worden sind, nicht als Vliesstoffe im Sinne dieser Anmeldung behandelt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Material dann als "Vliesstoff" im Sinne dieser
Anmeldung zu sehen, wenn mehr als 50 %, insbesondere 60 bis 90 %, der Masse seines faserartigen Bestandteiles aus Fasern mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mehr als 300, insbesondere von mehr als 500, besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform haben die einzelnen Fasern des Nonwovens einen Durchmesser von 50 μm bis 0,1 μm, bevorzugt von 10 μm bis 0,5 μm, insbesondere von 7 μm bis 0,5 μm.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Vliesstoffe eine Dicke von 0,01 bis 5 Millimeter (mm), mehr bevorzugt von 0,1 bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,15 bis 1 ,5 mm, gemessen nach ISO 9073-2 auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Vliesstoffe eine Flächenmasse von 5 bis 500 g/m2, mehr bevorzugt von 10 bis 250 g/m2, insbesondere bevorzugt von 15— 150 g/m2 auf, gemessen nach ISO 9073-1 auf.
Der Vliesstoff kann zusätzlich mechanisch verfestigt sein. Bei der mechanischen Verfestigung kann es sich um eine einseitige oder beidseitige mechanischen Verfestigung handeln, bevorzugt liegt eine zweiseitige mechanische Verfestigung vor.
Neben der vorstehend beschriebenen mechanischen Verfestigung kann der Vliesstoff zusätzlich noch thermisch verfestigt sein. Eine thermische Verfestigung kann beispielsweise durch eine Heißluftbehandlung oder durch ein Kalandrieren des Vliesstoffes erfolgen. Bevorzugt ist das Kalandrieren des Vliesstoffes.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der verwendete Vliesstoff eine Reißdehnung in Produktionsrichtung zwischen 20 % und 2000 %, bevorzugt zwischen 100 % und 1000 %, insbesondere zwischen 200 % und 1000 %, gemessen nach DIN EN 12127, auf.
Der verwendete Vliesstoff basiert auf, d.h. ist hergestellt mit thermoplastischem PoIy- urethan. Darunter ist zu verstehen, dass der verwendete Vliesstoff thermoplastisches Polyurethan enthält, bevorzugt als wesentlichen Bestandteil enthält. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der verwendete Vliesstoff thermoplastisches Polyurethan in einer Menge von 60 Gew-% bis 100 Gew-%, besonders bevorzugt von mehr als 80 Gew-%, insbesondere mehr als 97 Gew-%, insbesondere bevorzugt 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Vliesstoffes.
Neben thermoplastischem Polyurethan kann der verwendete Vliesstoff gegebenenfalls noch andere Polymere oder Hilfsstoffe, wie beispielsweise Polyproplyen, Polyethylen und/oder Polystyrol und/oder Copolymere des Polystrol wie Styrolacrylnitrilcopolymere enthalten.
Bevorzugt werden zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vliesstoffe TPU eingesetzt, die in der WO 03/014179 beschrieben sind. Diese besonders bevorzugten TPU, die nachfolgend ausführlich beschrieben werden, weisen den Vorteil auf, dass die einge- setzten thermoplastischen Polyurethane ein rasches Erstarrungsverhalten, d.h. eine sehr gute Kristallisation schon bei hohen Schmelzetemperaturen aufweisen. Dies ermöglicht die Verarbeitung der thermoplastischen Polyurethane auf konventionellen Anlagen unter Erhalt eines Vliesstoffes mit textilem Griff. Textiler Griff bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Haptik des Vliesstoffes dem eines gewebten oder ge- strickten Textils entspricht. Das Gegenteil eines Textilen Griffs wäre beispielweise ein folienartiger Griff, d.h. der Vliesstoff fühlt sich an wie eine Kunststofffolie.
Diese besonders bevorzugten TPU sind bevorzugt erhältlich durch Umsetzung von (a) Isocyanaten mit (b1) Polyesterdiolen mit einem Schmelzpunkt größer 15O0C, (b2) Po- lyetherdiolen und/oder Polyesterdiolen jeweils mit einem Schmelzpunkt kleiner 15O0C und einem Molekulargewicht von 501 bis 8000 g/mol sowie gegebenenfalls (c) Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 500 g/mol. Besonders bevorzugt sind dabei thermoplastische Polyurethane, bei denen das Molverhältnis von den Diolen (c) mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 500 g/mol zur Komponente (b2) kleiner 0,2, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,01 , beträgt. Besonders bevorzugt sind thermoplastische Polyurethane, bei denen die Polyesterdiole (b1 ), die bevorzugt ein Molekulargewicht von 1000 g/mol bis 5000 g/mol besitzen, die folgende Struktureinheit (I) aufweisen:
mit den folgenden Bedeutungen für R1 , R2, R3 und X:
R1 : Kohlenstoffgerüst mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen, bevorzugt eine Alkylengruppe mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen und/oder ein bivalenter aromatischer Rest mit 6 bis 15 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen R2: gegebenenfalls verzweigtkettige Alkylengruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 2 bis 6, besondere bevorzugt 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere -CH2-CH2- und/oder -CH2-CH2-CH2-CH2-, R3: gegebenenfalls verzweigtkettige Alkylengruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 2 bis 6, besonders bevorzugt 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere -CH2-CH2- und/oder -CH2-CH2-CH2-CH2-,
X: eine ganze Zahl aus dem Bereich 5 bis 30. Der eingangs dargestellte bevorzugte Schmelzpunkt und/oder das bevorzugte Molekulargewicht beziehen sich bei die- ser bevorzugten Ausführungsform auf die dargestellte Struktureinheit (I).
Unter dem Ausdruck "Schmelzpunkt" ist in dieser Schrift das Maximum des Schmelz- peaks einer Aufheizkurve zu verstehen, die mit einem handelsüblichen DSC-Gerät (z.B. DSC 7 / Fa. Perkin-Elmer) gemessen wurde.
Die in dieser Schrift angegebenen Molekulargewichte stellen die zahlenmittleren Molekulargewichte dar in [g/mol].
Diese besonders bevorzugten thermoplastischen Polyurethane können bevorzugt da- durch hergestellt werden, dass man in einem ersten Schritt (i) einen, bevorzugt hochmolekularen, bevorzugt teilkristallinen, thermoplastischen Polyester mit einem Diol (c) umsetzt und anschließend in einer zweiten Umsetzung (ii) das Umsetzungsprodukt aus (i) enthaltend (b1 ) Polyesterdiol mit einem Schmelzpunkt größer 15O0C sowie gegebenenfalls (c) Diol zusammen mit (b2) Polyetherdiolen und/oder Polyesterdiolen jeweils mit einem Schmelzpunkt kleiner 15O0C und einem Molekulargewicht von 501 bis 8000 g/mol sowie gegebenenfalls weiteren (c) Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 bis 500 g/mol mit (a) Isocyanat gegebenenfalls in Gegenwart von (d) Katalysatoren und/oder (e) Hilfsmitteln umsetzt.
Bevorzugt ist bei der Umsetzung (ii) das Molverhältnis von den Diolen (c) mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 500 g/mol zu der Komponente (b2) kleiner 0,2, bevorzugt 0,1 bis 0,01. Während durch den Schritt (i) die Hartphasen durch den im Schritt (i) eingesetzten Polyester für das Endprodukt zur Verfügung gestellt werden, erfolgt durch den Einsatz der Komponente (b2) im Schritt (ii) der Aufbau der Weichphasen. Die bevorzugte technische Lehre besteht darin, dass Polyester mit einer ausgeprägten, gut kristallisierenden Hartphasenstruktur bevorzugt in einem Reaktionsextruder aufgeschmolzen und mit einem niedermolekularen Diol zunächst abgebaut werden zu kürzeren Polyestern mit freien Hydroxylendgruppen. Hierbei bleibt die ursprüngliche hohe Kristallisationstendenz des Polyesters erhalten und kann anschließend genutzt werden, um bei rasch verlaufender Umsetzung TPU mit den vorteilhaften Eigenschaften zu erhalten, als da sind hohe Zugfestigkeitswerte, niedrige Abriebswerte und wegen des hohen und engen Schmelzbereichs hohe Wärmeformbeständigkeiten und niedrige Druckverformungsreste. Somit werden nach dem bevorzugten Verfahren bevorzugt hochmolekulare, teilkristalline, thermoplastische Polyester mit niedermolekularen Diolen (c) unter geeigneten Bedingungen in kurzer Reaktionszeit abgebaut zu schnell kristallisierenden PoIy- Esterdiolen (b1), die ihrerseits dann mit anderen Polyesterdiolen und/oder Polyether- diolen und Diisocyanaten in hochmolekulare Polymerketten eingebunden werden.
Dabei weist der eingesetzte thermoplastische Polyester, d.h. vor der Umsetzung (i) mit dem Diol (c), bevorzugt ein Molekulargewicht von 15000 g/mol bis 40000 g/mol sowie bevorzugt einen Schmelzpunkt von größer 16O0C, besonders bevorzugt von 17O0C bis 26O0C auf.
Als Ausgangsprodukt, d.h. als Polyester, der in dem Schritt (i) bevorzugt in geschmolzenem Zustand besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 23O0C bis 28O0C be- vorzugt für eine Dauer von 0,1 min bis 4 min, besonders bevorzugt 0,3 min bis 1 min mit dem oder den Diol(en) (c) umgesetzt wird, können allgemein bekannte, bevorzugt hochmolekulare, bevorzugt teilkristalline, thermoplastische Polyester, beispielsweise in granulierter Form, eingesetzt werden. Geeignete Polyester basieren beispielsweise auf aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen und/oder aromatischen Dicarbonsäu- ren, beispielsweise Milchsäure und/oder Terephthalsäure sowie aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen und/oder aromatischen Dialkoholen, beispielsweise Ethandiol-1 ,2, Butandiol-1 ,4 und/oder Hexandiol-1 , 6.
Besonders bevorzugt werden als Polyester eingesetzt: Poly-L-Milchsäure und/oder Polyalkylenterephthalat, beispielsweise Polyethylenterephthalat, Polypropylente- rephthalat, Polybutylenterephthalat, insbesondere Polybutylenterephthalat.
Die Herstellung dieser Ester aus den genannten Ausgangsstoffen ist dem Fachmann allgemein bekannt und vielfach beschrieben. Geeignete Polyester sind zudem kom- merziell erhältlich Den thermoplastischen Polyester schmilzt man bevorzugt bei einer Temperatur von 18O0C bis 27O0C auf. Die Umsetzung (i) mit dem Diol (c) führt man bevorzugt bei einer Temperatur von 23O0C bis 28O0C, bevorzugt 24O0C bis 28O0C durch.
Als Diol (c) können in dem Schritt (i) zur Umsetzung mit dem thermoplastischen Polyester und gegebenenfalls im Schritt (ii) allgemein bekannte Diole mit einem Molekulargewicht von 62 bis 500 g/mol eingesetzt werden, beispielsweise die an späterer Stelle genannten, z.B. Ethylenglykol, 1 ,3-Propandiol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,5-Pentandiol, 1 ,6- Hexandiol, Heptandiol, Oktandiol, bevorzugt Butan-1 ,4-diol und/oder Ethan-1 ,2-diol.
Das Gewichtsverhältnis vom thermoplastischen Polyester zum Diol (c) in dem Schritt (i) beträgt üblicherweise 100 : 1 ,0 bis 100 : 10, bevorzugt 100 : 1 ,5 bis 100 : 8,0.
Die Umsetzung des thermoplastischen Polyesters mit dem Diol (c) in dem Umset- zungsschritt (i) wird bevorzugt in Gegenwart von üblichen Katalysatoren, beispielsweise solchen, die an späterer Stelle beschrieben werden, durchgeführt. Bevorzugt werden für diese Umsetzung Katalysatoren auf der Basis von Metallen eingesetzt. Bevorzugt führt man die Umsetzung im Schritt (i) in Gegenwart von 0,1 bis 2 Gew.-% Katalysatoren, bezogen auf das Gewicht des Diols (c), durch. Die Umsetzung in Gegenwart derartiger Katalysatoren ist vorteilhaft, um die Reaktion in der zur Verfügung stehenden kurzen Verweilzeit in dem Reaktor, beispielsweise einem Reaktionsextruder durchführen zu können.
Als Katalysatoren kommen beispielsweise für diesen Umsetzungsschritt (i) in Frage: Tetrabutylorthotitanat und/oder Zinn-(ll)-Dioctoat, bevorzugt Zinn-dioctoat.
Das Polyesterdiol (b1) als Umsetzungsprodukt aus (i) weist bevorzugt ein Molekulargewicht von 1000 g/mol bis 5000 g/mol auf. Der Schmelzpunkt des Polyesterdiols als Umsetzungsprodukt aus (i) beträgt bevorzugt 15O0C bis 26O0C, insbesondere 165 bis 245°C, d.h. dass das Umsetzungsprodukt des thermoplastischen Polyesters mit dem Diol (c) im Schritt (i) Verbindungen mit dem genannten Schmelzpunkt enthält, die in dem anschließenden Schritt (ii) eingesetzt werden.
Durch die Umsetzung des thermoplastischen Polyesters mit dem Diol (c) in dem Schritt (i) wird die Polymerkette des Polyesters durch das Diol (c) durch Umesterung gespalten. Das Umsetzungsprodukt des TPU weist deshalb freie Hydroxylendgruppen auf und wird bevorzugt in dem weiteren Schritt (ii) zu dem eigentlichen Produkt, dem TPU, weiterverarbeitet.
Die Umsetzung des Reaktionsproduktes aus dem Schritt (i) in dem Schritt (ii) erfolgt bevorzugt durch Zugabe von a) Isocyanat (a) sowie (b2) Polyetherdiolen und/oder Polyesterdiolen jeweils mit einem Schmelzpunkt kleiner 15O0C und einem Molekular- gewicht von 501 bis 8000 g/mol sowie gegebenenfalls weiteren Diolen (c) mit einem Molekulargewicht von 62 bis 500, (d) Katalysatoren und/oder (e) Hilfsstoffen zu dem Reaktionsprodukt aus (i). Die Umsetzung von dem Reaktionsprodukt mit dem Isocya- nat erfolgt über die in dem Schritt (i) entstandenen Hydroxylendgruppen. Die Umset- zung in dem Schritt (ii) erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von 190 bis 25O0C bevorzugt für eine Dauer von 0,5 bis 5 min, besonders bevorzugt 0,5 bis 2 min, bevorzugt in einem Reaktionsextruder, besonders bevorzugt in dem gleichen Reaktionsextruder, in dem auch der Schritt (i) durchgeführt wurde. Beispielsweise kann die Umsetzung des Schrittes (i) in den ersten Gehäusen eines üblichen Reaktionsextruders erfolgen und an späterer Stelle, d.h. späteren Gehäusen, nach der Zugabe der Komponenten (a) und (b2), die entsprechende Umsetzung des Schrittes (ii) durchgeführt werden. Beispielsweise können die ersten 30 bis 50 % der Länge des Reaktionsextruders für den Schritt (i) verwendet und die restlichen 50 bis 70 % für den Schritt (ii) eingesetzt werden.
Die Umsetzung in dem Schritt (ii) erfolgt bevorzugt bei einem Überschuss der Isocya- natgruppen zu den gegenüber Isocyanaten reaktiven Gruppen. Bevorzugt beträgt in der Umsetzung (ii) das Verhältnis der Isocyanatgruppen zu den Hydroxylgruppen 1 : 1 bis 1 ,2 : 1 , besonders bevorzugt 1 ,02 : 1 bis 1 ,2 : 1.
Bevorzugt führt man die Umsetzungen (i) und (ii) in einem allgemein bekannten Reaktionsextruder durch. Derartige Reaktionsextruder sind beispielhaft in den Firmenschriften von Werner & Pfleiderer oder in der DE-A 2 302 564 beschrieben.
Bevorzugt wird das bevorzugte Verfahren derart durchgeführt, dass man in das erste Gehäuse eines Reaktionsextruders mindestens einen thermoplastischen Polyester, z.B. Polybutylenterephthalat, dosiert und bei Temperaturen bevorzugt zwischen 1800C bis 2700C, bevorzugt 2400C bis 2700C aufschmilzt, in ein nachfolgendes Gehäuse ein Diol (c), z.B. Butandiol, und bevorzugt einen Umesterungskatalysator zugibt, bei Tem- peraturen zwischen 2400C bis 2800C den Polyester durch das Diol (c) zu Polyesteroli- gomeren mit Hydroxylendgruppen und Molekulargewichten zwischen 1000 bis 5000 g/mol abbaut, in einem nachfolgenden Gehäuse Isocyanat (a) und (b2) gegenüber Isocyanaten reaktiven Verbindungen mit einem Molekulargewicht von 501 bis 8000 g/mol sowie gegebenenfalls (c) Diole mit einem Molekulargewicht von 62 bis 500, (d) Kataly- satoren und/oder (e) Hilfsstoffe zudosiert und anschließend bei Temperaturen von 190 bis 250°C den Aufbau zu den bevorzugten thermoplastischen Polyurethanen durchführt.
Bevorzugt werden im Schritt (ii) mit Ausnahme der im Umsetzungsprodukt von (i) ent- haltenen (c) Diole mit einem Molekulargewicht von 62 bis 500 keine (c) Diole mit einem Molekulargewicht von 62 bis 500 zugeführt. Der Reaktionsextruder weist in dem Bereich, in dem der thermoplastische Polyester geschmolzen wird, bevorzugt neutrale und/oder rückwärtsfördernde Knetblöcke und Rückförderelemente auf sowie in dem Bereich, in dem der thermoplastische Polyester mit dem Diol umgesetzt wird, bevorzugt Schneckenmischelemente, Zahnscheiben und/oder Zahnmischelemente in Kombination mit Rückförderelementen.
Nach dem Reaktionsextruder wird die klare Schmelze üblicherweise mittels einer Zahnradpumpe einer Unterwassergranulierung zugeführt und granuliert.
Der Anteil des thermoplastischen Polyesters in dem Endprodukt, d.h. dem thermoplastischen Polyurethan, beträgt bevorzugt 5 bis 75 Gew.-%. Besonders bevorzugt stellen die bevorzugten thermoplastischen Polyurethane Produkte der Reaktion eines Gemisches enthaltend 10 bis 70 Gew.-% des Umsetzungsproduktes aus (i), 10 bis 80 Gew.- % (b2) und 10 bis 20 Gew.-% (a) dar, wobei die Gewichtsangaben auf das Gesamtge- wicht des Gemisches enthaltend (a), (b2), (d), (e) und das Umsetzungsprodukt aus (i) bezogen sind.
Bevorzugt weisen die bevorzugten thermoplastischen Polyurethane die folgende Struktureinheit (II) auf:
- O— R-O — C-RLC-O-R?O — C-NH-R1NH-C 0-R3-0-C-NH R1-NH-C4
O O x O O m
mit den folgenden Bedeutungen für R1 , R2, R3 und X:
R1 : Kohlenstoffgerüst mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen, bevorzugt eine Alkylengruppe mit 2 bis 15 Kohlenstoffatomen und/oder ein aromatischer Rest mit 6 bis 15 Koh- lenstoffatomen,
R2: gegebenenfalls verzweigtkettige Alkylengruppe mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 2 bis 6, besondere bevorzugt 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere -CH2-CH2- und/oder -CH2-CH2-CH2-CH2-,
R3: Rest, der sich durch den Einsatz von Polyetherdiolen und/oder Polyesterdiolen mit jeweils Molekulargewichten zwischen 501 g/mol und 8000 g/mol als (b2) oder durch den Einsatz von Alkandiolen mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen für die Umsetzung mit Diisocyanaten ergibt, X: eine ganze Zahl aus dem Bereich 5 bis 30, n, m: eine ganze Zahl aus dem Bereich 5 bis 20.
Der Rest R1 wird durch das eingesetzte Isocyanat definiert, der Rest R2 durch das Umsetzungsprodukt des thermoplastischen Polyesters mit dem Diol (c) in (i) und der Rest R3 durch die Ausgangskomponenten (b2) und gegebenenfalls (c) bei der Herstellung der TPU. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen auf der Basis von thermoplastischem Polyurethan, wobei man ein thermoplastisches Polyurethan enthaltend ein anorganisches Additiv, wobei von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 99,9 % der Partikel des anorganischen Additivs der maximale Partikeldurchmesser kleiner als 75 %, bevorzugt kleiner als 60 %, besonders bevorzugt kleiner als 50 % des Faserdurchmessers des thermoplastischen Polyurethans ist, mittels Meltblown- oder Spunbond- Verfahren zum Vlies verarbeitet.
Die thermoplastisches Polyurethan enthaltenden Vliesstoffe können üblicherweise durch das aus dem Stand der Technik bekannte "Meltblown-Verfahren" oder "Spun- bond-Verfahren" aus vorstehend beschriebenen thermoplastischen Polyurethan hergestellt werden. "Meltblown-Verfahren" und "Spunbond-Verfahren" sind im Fachgebiet bekannt.
Die dabei entstehenden Vliesstoffe unterscheiden sich im allgemeinen in ihren mechanischen Eigenschaften und ihrer Konsistenz. So sind nach dem Spundbond-Verfahren hergestellte Vliesstoffe besonders stabil in sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung, besitzen aber eine offenporige Struktur. Nach dem Meltblown-Verfahren hergestellte Vliesstoffe haben ein besonders dichtes Netzwerk an Fasern und bilden damit eine sehr gute Barriere für Flüssigkeiten. Nach dem Meltblown-Verfahren hergestellte Vliesstoffe werden bevorzugt verwendet. Zur Herstellung eines Vliesstoffs aus thermoplastischen Polyurethan (= engl.: TPU-Nonwoven) nach dem Meltblownverfahren kann eine kommerzielle Anlage zur Herstellung von Meltblown-Vliesstoffen verwendet werden. Solche Anlagen werden beispielweise von der Fa. Reifenhäuser, Germany, vertrieben. Schematisch wird üblicherweise bei dem Meltblownverfahren das TPU in einem Extruder aufgeschmolzen und mittels üblicher Hilfsmittel wie Schmelzepumpen und Filter zu einem Spinnbalken geführt. Hier fließt das Polymer im allgemeinen durch Düsen und wird am Düsenausgang durch einen Luftstrom zu einem Faden verstreckt. Die verstreckten Fäden werden üblicherweise auf einer Trommel oder einem Band abgelegt und weitertransportiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Extruder ein Einwellenextruder mit ei- nem Kompressionsverhältnis von 1 :2-1 :3,5 insbesondere bevorzugt 1 :2-1 :3 verwendet. Bevorzugt wird zudem eine Dreizonenschnecke mit einem L/D Verhältnis (Länge zu Durchmesser) von 25-30 verwendet. Bevorzugt sind die drei Zonen dabei gleich lang. Bevorzugt hat die Dreizonenschnecke eine durchgehend konstante Gangsteigung von 0,8-1 ,2 D, insbesondere bevorzugt 0,95-1 ,05 D. Das Spiel zwischen Schnecke und Zylinder ist > 0,1 mm, bevorzugt 0,1-0,2 mm. Wird als Extruderschnecke eine Barriereschnecke verwendet, so wird bevorzugt ein Überströmspalt > 1 ,2 mm verwendet. Besitzt die Schnecke Mischteile, so sind diese Mischteile bevorzugt keine Scherteile. Die Nonwovenanlage wird üblicherweise so dimensioniert, dass die Verweilzeit des TPU möglichst kurz ist, d.h. < 15 min, bevorzugt < 10 min, insbesondere bevorzugt < 5 min.
Üblicherweise wird das erfindungsgemäße TPU bei Temperaturen zwischen 180 0C und 250 0C, bevorzugt zwischen 2000C und 230 0C verarbeitet.
Wie bereits eingangs dargestellt kann die Einarbeitung des anorganischen Additivs in das thermoplastische Polyurethan in Form eines Konzentrates enthaltend zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 20 Gew.-% und 50 Gew.-%, insbesondere zwischen 25 Gew.-% und 40 Gew.-% des anorganischen Additivs, bezogen auf das Gesamtgewicht des Konzentrates, erfolgen.
Die erfindungsgemäßen Vliesstoffe werden beispielsweise als Dichtungen im technischen Sektor, Hygieneprodukte, Filter, medizinische Produkte, Laminate und Textilien eingesetzt, z.B. als Pflaster, Wundauflagen und Bandagen im medizinischen Sektor, als elastische Elemente in Windeln und anderen Hygieneartikeln, als elastische Bündchen bei Bekleidung, als Inliner bei Bekleidung, als Trägerstoff für Folien z.B. bei der Herstellung wasserdampfdurchlässiger Membranen, als Laminat für Leder, als Rutschschutz für Tischdecken, Teppiche, als Rutschschutz für Socken, als Dekorapplikation im Automobilinnenraum, bei Textilen und Sportschuhen, Gardinen, Möbeln u.a..
Zur Erweiterung der Anwendung können die erfindungsgemäßen Vliesstoffe mit ande- ren Materialien, z.B. Vliessen, Textilien, Leder, Papier, laminiert werden.
Gegenstand der Erfindung ist somit auch Dichtungen im technischen Sektor, Hygieneprodukte, Filter, Medizinische Produkte, Laminate und Textilien, besonders bevorzugt Hygieneprodukte und/oder medizinische Produkte enthaltend die erfindungsgemäßen Vliesstoffe.
Die Erfindung soll durch nachfolgende Beispiele veranschaulicht werden.
Beispiele
Beispiel 1 : Vergleichsbeispiel
Ein TPU hergestellt aus 1000 g eines Polybutandioladipatesterols mit einer OH-Zahl von 56,2 sowie 122 g Butandiol-1 ,4 und 463 g 4,4'MDI wurden in einem Kapillarvsiko- simeter aufgeschmolzen und anschließend bei 210 0C versponnen, indem die Fasen über eine Umlenkrolle geleitet auf einer sich drehenden in ihrer Wickelgeschwindigkeit zu steuernden Spule aufgewickelt wurde. Um die Spinnbarkeit zu analysieren wurde die Draw ratio über die Zeit variiert. Die Draw ratio ist das Verhältnis der Geschwindigkeit der Schmelze in der Düse zur Aufwickelgeschwindigkeit des Fadens. Aus der Draw ratio und dem Durchmesser der Düse lässt sich zudem die Dicke des Fadens berechnen. Die maximale Draw ratio des Produktes betrug DR = 815. Der Faden kleb- te zusammen und konnte nicht mehr getrennt werden.
Beispiel 2:
Ein TPU hergestellt aus 1000 g eines Polybutandioladipatesterols mit einer OH Zahl von 56,2 sowie 122 g Butandiol-1 ,4 und 463 g 4,4'MDI wurde mit 3 Gew.-% eines Masterbatches bestehend aus Elastollan® 1 180 A10 und 35 Gew.-% einer Silizium- Sauerstoffverbindung Celite® Superfine Superfloss (Celite Corporation) in einem Kapil- larvsikosimeter aufgeschmolzen und anschließend bei 210 0C versponnen, indem die Fasen über eine Umlenkrolle geleitet auf einer sich drehenden in ihrer Wickelge- schwindigkeit zu steuernden Spule aufgewickelt wurde. Um die Spinnbarkeit zu analysieren wurde die Draw ratio über die Zeit variiert. Überraschenderweise erhöhte sich die maximale Draw ratio DR durch Zugabe des Additivs signifikant auf DR=3200, d.h. das Produkt ließ sich wesentlich besser verspinnen. Die Faser klebte nicht mehr zusammen.
Beispiel 3:
Das Additiv Celite® Superfine Superfloss mit folgender Teilchengrößenverteilung:
10 % der Teilchen sind kleiner als 1 ,4 μm, 50 % der Teilchen sind kleiner als 4,7 μn und 90 % der Teilchen sind kleiner als 1 1 ,8 μm
wurde mit einem Elastollan® 2280 A 10 (Elastogran GmbH, Deutschland) zu einem Konzentrat verarbeitet, indem das anorganische Additiv auf einem Extuder in das TPU eingearbeitet wurde und anschließend der Polymerstrang granuliert wurde.
Anschließend wurde Elastollan® 2280 A 10 mit 3 % des hergestellten Konzentrates verblendet, in einem Kapillarvsikosimeter aufgeschmolzen und anschließend bei 210 0C versponnen, indem die Fasen über eine Umlenkrolle geleitet auf einer sich drehen- den in ihrer Wickelgeschwindigkeit zu steuernden Spule aufgewickelt wurde.
Hierbei konnten Fasern mit einem Titer von 5 dtex, 22, dtex und 44 dtex hergestellt werden. Diese Fasern haben einen Durchmesser von 25 μm bis 73 μm.

Claims

Patentansprüche
1. Fasern auf der Basis von thermoplastischem Polyurethan, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan ein anorganisches Additiv enthält, wobei mindestens 70 % der Partikel des anorganischen Additivs einen maximalen
Partikeldurchmesser kleiner als 75 % des Faserdurchmessers des thermoplastischen Polyurethans aufweisen.
2. Fasern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in einem Vlies vorliegen.
3. Fasern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Additiv auf Silizium basiert.
4. Fasern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als anorganisches Additiv Silikate in dem thermoplastischen Polyurethan enthalten sind.
5. Fasern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als anorganisches Additiv folgende Bestandteile enthält: zwischen 90 Gew.-% und 95 Gew.-% SiO2 zwischen 1 Gew.-% und 5 Gew.-% AI2O3 zwischen 1 Gew.-% und 5 Gew.-% Fe2Os zwischen 0,1 Gew.-% und 1 Gew.-% P2O5 zwischen 0,1 Gew.-% und 1 Gew.-% TiO2 zwischen 0,1 Gew.-% und 2 Gew.-% CaO zwischen 0,1 Gew.-% und 2 Gew.-% MgO zwischen 0,01 Gew.-% und 3 Gew.-% Na2O zwischen 0,01 Gew.-% und 3 Gew.-% K2O.
6. Fasern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil des anorganischen Additivs in dem thermoplastischen Polyurethan zwischen 0,1 Gew.-% und 5 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des thermoplastischen Polyurethans einschließlich des anorganischen Additivs.
7. Fasern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass außer dem thermoplastischen Polyurethan kein weiterer Kunststoff in dem Vlies vorliegt.
8. Fasern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische
Polyurethan eine Kristallisationstemperatur zwischen 130 0C und 220 0C aufweist und auf aliphatischen Isocyanaten basiert.
9. Fasern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan erhältlich ist durch Umsetzung von (a) Isocyanaten mit (b1 ) PoIy- esterdiolen mit einem Schmelzpunkt größer 15O0C, (b2) Polyetherdiolen und/oder Polyesterdiolen jeweils mit einem Schmelzpunkt kleiner 150 0C und einem MoIe- kulargewicht von 501 bis 8000 g/mol sowie (c) Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 g/mol bis 500 g/mol.
10. Fasern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan eine Härte zwischen 65 Shore A und 95 Shore A aufweist.
1 1. Fasern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan erhältlich ist, in dem man
(i) einen thermoplastischen Polyester mit einem Diol (c) umsetzt und anschließend (ii) das Umsetzungsprodukt aus (i) enthaltend (b1 ) Polyesterdiol mit einem
Schmelzpunkt größer 15O0C sowie gegebenenfalls (c) Diol zusammen mit (b2) Polyetherdiolen und/oder Polyesterdiolen jeweils mit einem Schmelzpunkt kleiner 150 0C und einem Molekulargewicht von 501 bis 8000 g/mol sowie gegebenenfalls weiteren (c) Diolen mit einem Molekulargewicht von 62 bis 500 g/mol mit (a) Isocyanat gegebenenfalls in Gegenwart von (d)
Katalysatoren und/oder (e) Hilfsmitteln umsetzt.
12. Fasern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies eine Flächenmasse von 5 bis 500 g/m2, gemessen nach ISO 9073-1 aufweist.
13. Fasern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies eine Dicke von 0,01 bis 5 Millimeter (mm), gemessen nach ISO 9073-2, aufweist.
14. Dichtungen im technischen Sektor, Hygieneprodukte, Filter, medizinische Produk- te, Laminate und/oder Textilien enthaltend Vlies gemäß Anspruch 2.
15. Fasern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan in der Faser vernetzt vorliegt.
16. Verfahren zur Herstellung von Vlies auf der Basis von thermoplastischem Polyurethan, dadurch gekennzeichnet, dass man ein thermoplastisches Polyurethan enthaltend ein anorganisches Additiv, wobei mindestens 70 % der Partikel des anorganischen Additivs einen maximalen Partikeldurchmesser kleiner als 75 % des Faserdurchmessers des thermoplastischen Polyurethans aufweisen, mittels Meltblown- oder Spunbond-Verfahren zum Vlies verarbeitet.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vlies enthaltend Fasern gemäß einem der Ansprüche 2 bis 13 hergestellt wird.
18. Verfahren zur Herstellung von Fasern auf der Basis von thermoplastischem PoIy- urethan, dadurch gekennzeichnet, dass man ein thermoplastisches Polyurethan enthaltend ein anorganisches Additiv, wobei mindestens 70 % der Partikel des anorganischen Additivs einen maximalen Partikeldurchmesser kleiner als 75 % des Faserdurchmessers des thermoplastischen Polyurethans aufweisen, mittels Schmelzspinnen zur Faser verarbeitet.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass man das thermoplastische Polyurethan zusammen mit einem Isocyanatgruppen aufweisenden Vernetzer zu den Fasern verarbeitet.
20. Verfahren nach Anspruch 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass man das anorganische Additiv in Form eines Konzentrates enthaltend zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-% des anorganischen Additivs, bezogen auf das Gesamtgewicht des Konzentrates, in das thermoplastische Polyurethan einarbeitet.
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