EP4698712A1 - Biologisch abbaubares nonwoven sowie verfahren und verwendung eines biologisch abbaubaren nonwovens - Google Patents

Biologisch abbaubares nonwoven sowie verfahren und verwendung eines biologisch abbaubaren nonwovens

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EP4698712A1
EP4698712A1 EP24718460.9A EP24718460A EP4698712A1 EP 4698712 A1 EP4698712 A1 EP 4698712A1 EP 24718460 A EP24718460 A EP 24718460A EP 4698712 A1 EP4698712 A1 EP 4698712A1
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EP
European Patent Office
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fibers
biodegradable nonwoven
material portion
nonwoven according
cellulose fibers
Prior art date
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Pending
Application number
EP24718460.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Michael Trinkaus
Christian Berndt
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.)
Nitto Advanced Film Gronau GmbH
Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Advanced Film Gronau GmbH
Nitto Denko Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nitto Advanced Film Gronau GmbH, Nitto Denko Corp filed Critical Nitto Advanced Film Gronau GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein biologisch abbaubares Nonwoven mit einer Prägestruktur für ein Bodenwischtuch (4) umfassend einen ersten Materialanteil aus Cellulose-Fasern (11) und einen von dem ersten Materialanteil verschiedenen zweiten Materialanteil, wobei die Prägestruktur an einer Reinigungsseite (A) vorstehende Vorsprünge (13) bildet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als dritter Materialanteil hydrophobe Fasern (9) und/oder Bastfasern (8) vorgesehen sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Nonwovens sowie dessen Verwendung.

Description

Biologisch abbaubares Nonwoven Verfahren und Verwendung eines biologisch abbaubaren Nonwovens
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein biologisch abbaubares Nonwoven mit einer Prägestruktur für ein Wischtuch, insbesondere Bodenwischtuch, umfassend einen ersten Materialanteil aus kurzen Cellulose-Fasern und einen von dem ersten Materialanteil verschiedenen zweiten Materialanteil, insbesondere aus Cellulose-Regeneratfasern, wobei die Prägestruktur an einer Reinigungsseite vorgesehene Vorsprünge bildet. Die Erfindung beschäftigt sich des Weiteren mit einem Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Nonwovens sowie mit einer Verwendung eines biologisch abbaubaren Nonwovens.
Einfache Handwischer für Einweg-Bodentücher sind seit langem bekannt und werden beispielsweise unter dem Markennamen Swiffer ® vertrieben. Die in der Regel aus Nonwoven-Materialien gebildeten Bodenwischtücher werden für die Reinigung von Bodenflächen an einer bodenseitigen Aufnahmeplatte eines Handwischers mit Stiel befestigt, wobei die Befestigung auf unterschiedliche Art und Weise an der Unterseite oder der Oberseite der Aufnahmeplatte beispielsweise durch mechanisches Klemmen, Klettverschlüsse oder dergleichen erfolgen kann. Die Bodenwischtücher können also gegebenenfalls zusätzlich zu den Nonwoven-Materialien weitere Funktionselemente insbesondere für eine Verbindung aufweisen.
Bodenwischtücher können sowohl für eine trockene als auch für eine nasse Reinigung vorgesehen sein. Für eine nasse Reinigung sind die Bodenwischtücher dann häufig bereits mit einer Reinigungslösung gebrauchsfertig getränkt. Gerade bei einer Nassreinigung soll das Bodenwischtuch eine ausreichende Kapazität für das Reinigungsmittel und aufgenommene Verschmutzungen aufweisen, wobei gleichzeitig eine ausreichende Stabilität notwendig ist und auch eine möglichst einfache Handhabung angestrebt wird.
Vor diesem Hintergrund ist es auch bekannt, Bodenwischtücher mit einer Prägestruktur zu versehen, um verbesserte Funktionseigenschaften hinsichtlich eines Schiebewiderstandes und der Schmutzaufnahmefähigkeit zu erreichen.
Für die Herstellung eines Nonwovens für ein Bodenwischtuch kommen unterschiedliche Materialien in Betracht, wobei beispielsweise Nonwoven- Materialien aus Polyolefinen wie Polypropylen (PP) kostengünstig bereitgestellt und in ihrer Funktionalität im Rahmen des Herstellungsprozesses in einem weiten Umfang entsprechend der jeweiligen Erfordernisse variiert werden können. Bei solchen Materialien ist jedoch nachteilig, dass in der Regel fossile Rohstoffe eingesetzt werden, sodass sich eine negative CCh-Bilanz ergibt. Des Weiteren sind die benutzten Bodenwischtücher in der Regel auch als Restabfall zu handhaben und insbesondere dann zu deponieren oder zu verbrennen. Insbesondere auch aufgrund der aufgenommenen Verschmutzungen kommt ein Recycling in der Regel nicht in Betracht.
Vor diesem Hintergrund ist es bereits bekannt, Bodenwischtücher aus biologisch abbaubarem Material zu bilden, wobei dann die entsprechenden Bodenwischtücher zumindest unter kontrollierten, vorgegebenen Bedingungen durch einen Kompostierungsprozess zersetzt werden können. Anders als bei einem sehr langlebigen Material auf der Basis fossiler Rohstoffe ist zumindest über einen längeren Zeitraum auch eine Zersetzung möglich, wenn das Bodenwischtuch nicht sachgerecht entsorgt wird. Schließlich sind biologisch abbaubare Materialien in der Regel aus nachwachsenden Rohstoffen gebildet, was zu einer verbesserten Umweltverträglichkeit bzw. einer verbesserten Umweltbilanz beitragen kann.
Vor diesem Hintergrund bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein in diesem Sinne biologisch abbaubares Nonwoven. Ein gattungsgemäßes Nonwoven gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist beispielsweise aus der EP 2 692 924 B1 bekannt. Dabei wird vorgeschlagen, unterschiedliche Fasertypen miteinander zu kombinieren, um bei einem Wischtuch gute Funktionseigenschaften zu erreichen. Konkret wird die Kombination von kurzen Cellulose-Fasern in Form von Zellstoff (Pulp), Viskose als Cellulose- Regeneratfasern und des Weiteren Fasern aus Polylactid (PLA) vorgeschlagen. Des Weiteren ist zur Verbesserung der Funktionseigenschaften ein Prägemuster vorgesehen.
Biologisch abbaubare Nonwoven für Bodenwischtücher mit einer Kombination von unterschiedlichen Materialanteilen sind des Weiteren aus der EP 3 715 514 A1 sowie der DE 102021 122 041 B3 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen biologisch abbaubaren Nonwoven mit einer Prägestruktur die Gebrauchseigenschaften zu verbessern, insbesondere wenn dieses als Einweg- Wischtuch, vorzugsweise als Bodenwischtuch, für eine Nassreinigung vorgesehen ist. Des Weiteren sollen auch ein Verfahren und eine Verwendung des biologisch abbaubaren Nonwovens angegeben werden.
Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe sind ein biologisch abbaubares Nonwoven mit einer Prägestruktur gemäß Patentanspruch 1 , ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Nonwovens gemäß Patentanspruch 22 sowie die Verwendung eines biologisch abbaubaren Nonwovens gemäß Patentanspruch 23.
Die Erfindung betrifft somit ein biologisch abbaubares Nonwoven mit einer Prägestruktur für ein Wischtuch, insbesondere Bodenwischtuch, umfassend einen ersten Materialanteil aus kurzen Cellulose-Fasern und einen von dem ersten Materialanteil verschiedenen zweiten Materialanteil, wobei die Prägestruktur an einer Reinigungsseite vorstehende Vorsprünge bildet und wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, das als dritter Materialanteil hydrophobe Fasern und/oder Bastfasern vorgesehen sind. Der dritte Materialanteil unterscheidet sich von dem ersten und dem zweiten Materialanteil.
Der zweite Materialanteil ist bevorzugt von langen Cellulose-Fasern, insbesondere natürlichen Cellulose-Fasern oder Cellulose-Regeneratfasern gebildet.
Unter Cellulose-Fasern werden im Rahmen der Erfindung gemäß dem allgemeinen Verständnis Fasern verstanden, die im Wesentlichen aus Cellulose, d.h. Cellulose-Ketten, bestehen. In der Praxis sind natürliche Cellulose-Fasern und hergestellte Cellulose-Fasern bekannt. Vergleichsweise kurze industriell hergestellte Cellulose-Fasern können durch mechanische und/oder chemische Zersetzung von Holz und anderen pflanzlichen Materialien, insbesondere durch Entfernung von Lignin, gewonnen werden. Vergleichbare lange Cellulose-Fasern können als Cellulose-Regeneratfasern in einem Spinnverfahren gewonnen werden. Zur Unterscheidung der verschiedenen Arten von Cellulose-Fasern unterscheidet die Erfindung zwischen kurzen Cellulose-Fasern mit einer Länge von weniger als 10 mm, insbesondere weniger als 5 mm, und langen Cellulose- Fasern mit einer Länge von mehr als 10 mm, insbesondere mehr als 20 mm. Kurze Cellulose-Fasern werden in der Regel als Zellstoff direkt durch Zerkleinerung von geschleudertem Holz oder anderen pflanzlichen Materialien gewonnen. Lange Cellulose-Fasern liegen dagegen meist als Naturfasern wie Baumwolle oder als Cellulose-Regeneratfasern vor, die allgemein als Viskose oder Rayon bezeichnet werden. Je nach Ausgangsmaterial und Herstellungsverfahren sind auch Bezeichnungen wie Lyocell und Modal bekannt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit zunächst vorgesehen, dass das Nonwoven eine Prägestruktur aufweist, wodurch bereits in einem gewissen Maße die Gleiteigenschaften bei der Verwendung als Wischtuch, Bodenwischtuch und insbesondere Einweg-Bodenwischtuch sowie die Schmutzaufnahmefähigkeit beeinflusst werden können.
Durch die kostengünstig bereitzustellenden kurzen Cellulose-Fasern insbesondere in Form von -Zellstoff (Pulp) kann für eine Nassreinigung eine gute Aufnahmefähigkeit von flüssigen Reinigungsmitteln und/oder flüssigen bzw. feuchten Verschmutzungen erreicht werden.
Die vorzugsweise als zweiter Materialanteil vorgesehenen langen Cellulose- Fasern, insbesondere natürlichen Cellulose-Fasern oder Cellulose- Regeneratfasern tragen des Weiteren zu einer Stabilisierung des Materials bei, während die kurzen Cellulose-Fasern alleine nur eine sehr geringe Festigkeit ermöglichen. Grundsätzlich kommen als zweiter Materialanteil auch andere Fasern als langen Cellulose-Fasern in Betracht. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass der zweite Materialanteil gegenüber dem ersten Materialanteil eine größere Faserlänge aufweist und somit allgemein zu einer Stabilisierung des Materials beiträgt. Neben langen Cellulose-Fasern kommen auch andere pflanzenbasierte Fasern oder Pflanzenfasern in Betracht. Grundsätzlich geeignet können darüber hinaus aber auch biologisch abbaubare Polymerfasern sein, welche beispielsweise aus Polylactid (PLA), Polyhydroalkanoaten (PHA) oder Polybutylenadipat-terephthalat (PBAT) gebildet sein können.
Auch bei der Bereitstellung eines Wischtuchs für die Reinigung von Oberflächen per Hand oder ähnliche Einsatzzwecke können die beschriebenen Eigenschaften von besonderem Vorteil sein. Ein solches Wischtuch kann beispielsweise für die Reinigung von Möbeln sowie für glatte oder strukturierte Sichtoberflächen vorgesehen sein.
Der Erfindung liegt in diesem Zusammenhang die Erkenntnis zugrunde, dass durch hydrophobe Fasern und/oder Bastfasern als drittem Materialanteil die Handhabung wesentlich verbessert werden kann.
Durch hydrophobe Fasern wird nämlich eine abstoßende Wirkung gegenüber Wasser erzielt. Zumindest teilweise an der Reinigungsseite des Nonwovens angeordnete hydrophobe Fasern können somit insbesondere bei einer Nassreinigung zu einer wesentlichen Reduzierung der Schiebekräfte beitragen, weil ein flächiger, anhaftender Wasserfilm vermieden wird bzw. dessen Wirkung verringert werden kann.
Durch Bastfasern wird eine wesentliche Stabilisierung und insbesondere eine deutlich höhere Formstabilität des Nonwovens erreicht. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass das erfindungsgemäße Nonwoven eine Prägestruktur aufweist, wobei angenommen wird, dass die Bastfasern aufgrund ihrer Stabilität und Steifigkeit auch wesentlich zu der Aufrechterhaltung der eingeprägten Struktur während der Benutzung beitragen und somit ebenfalls zu verbesserten Schiebeeigenschaften beitragen können.
Das biologisch abbaubare Nonwoven ist mit einer Prägestruktur versehen, welche an der Reinigungsseite vorstehende Vorsprünge bildet. Bei der Reinigung liegen also im Wesentlichen nur die Vorsprünge an der zu reinigenden Fläche an, wodurch ein vollflächiger Kontakt vermieden wird. Auch dadurch wird gerade bei einer Nassreinigung die Ausbildung eines stark anhaftenden, durchgehenden Feuchtigkeitsfilms vermieden.
Bei einem insgesamt zu nachgiebigen Nonwoven würde die Gefahr bestehen, dass die zunächst bei der Herstellung ausgebildeten Vorsprünge bei der Reinigung zu stark zusammengedrückt werden und dann die gewünschte Trennwirkung nicht mehr erreicht wird. Durch die vergleichsweise steifen Bastfasern kann dagegen in Rahmen der Erfindung eine gute Stabilität auch der Prägestruktur erreicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Materialanteile in einer Dickenrichtung inhomogen verteilt sind.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Nonwoven auf Basis einer mehrlagigen, beispielsweise dreilagigen Struktur gebildet ist. Entsprechende Lagen können bei dem Herstellungsprozess übereinandergelegt und in geeigneter Weise miteinander verbunden werden, wobei auch eine gewisse Verschlingung bzw. Vermischung der Lagen zweckmäßig ist. Für eine solche Verfestigung kommen grundsätzlich unterschiedliche Verfahren alternativ oder in Kombination in Betracht, wobei insbesondere eine Wasserstrahlverfestigung geeignet ist. Bei der Wasserstrahlverfestigung werden auch die verschiedenen Faseranteile miteinander vermischt und verschlungen, wobei gerade vergleichsweise kurze Fasern wie insbesondere die kurzen Cellulose-Fasern in einer Dickenrichtung des Nonwovens verteilt werden können. Im Zusammenhang mit der Wasserstrahlverfestigung kann auch eine Wasserstrahlprägung erfolgen und zwar derart, dass die Prägestruktur mit an der Reinigungsseite vorstehenden Vorsprüngen gebildet wird. Die Wasserstahlverfestigung und die Wasserstrahlprägung können nacheinander in separaten Schritten durchgeführt werden. Während bei der Wasserstrahlverfestigung über die Fläche (jedoch nicht in Dickenrichtung) eine gleichmäßige Struktur angestrebt wird, werden durch die Wasserstrahlprägung über die Fläche einzelne Konturen, insbesondere Vorsprünge, gebildet. Auch bei der Wasserstrahlprägung kann jedoch auch eine weitere Verfestigung des Materials und/oder eine Verlagerung von Fasern innerhalb des Materials erfolgen.
Konkret ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass eine erste, als Rückseite vorgesehene Außenlage als Hauptbestandteil lange Cellulose-Fasern, insbesondere natürliche Cellulose-Fasern oder Cellulose- Regeneratfasern aufweist, dass eine zweite, als Reinigungsseite vorgesehene Außenlage hydrophobe Fasern und/oder Bastfasern aufweist und dass eine zwischen den Außenlagen angeordnete Kernanlage mit kurzen Cellulose- Fasern, insbesondere Zellstoff (Pulp) bereitgestellt wird, wobei dann diese bereitgestellten Lagen in der beschriebenen Weise beispielsweise durch Wasserstrahlverfestigung miteinander verbunden und auch verschlungen werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die als Rückseite vorgesehene Außenlage mit zumindest 80 %, vorzugsweise zumindest 90 % langen Cellulose-Fasern, insbesondere natürlichen Cellulose-Fasern oder Cellulose-Regeneratfasern gebildet ist, wobei die entsprechende Außenlage auch vollständig aus langen Cellulose-Fasern bestehen kann.
Die Kernlage kann vorzugsweise zu zumindest 80 %, vorzugsweise zumindest 90 % aus kurzen Cellulose-Fasern bestehen oder auch vollständig aus kurzen Cellulose-Fasern gebildet sein.
Bezogen auf das gesamte Nonwoven kann der erste Materialanteil einen Gewichtsanteil zwischen 30 Gew.-% und 80 Gew.-%, insbesondere zwischen 50 Gew.-% und 70 Gew.-% aufweisen. Dabei ist zu beachten, dass die kurzen Cellulose-Fasern vergleichsweise kostengünstig sind und wesentlich zu der gewünschten Aufnahmefähigkeit von Flüssigkeit beitragen.
Der zweite Materialanteil kann insbesondere einen Gewichtsanteil zwischen 12 Gew.-% und 45 Gew.-% aufweisen. Die vorzugsweise als zweiter Materialanteil vorgesehenen langen Cellulose-Fasern, insbesondere natürlichen Cellulose-Fasern oder Cellulose-Regeneratfasern können für die Stabilisierung und Strukturierung des Materials vorgesehen sein. In Betracht für den zweiten Materialanteil kommen insbesondere auch weiter biologisch abbaubare Fasern, welche solche Eigenschaften aufweisen bzw. zur Stabilisierung und Strukturierung des Materials beitragen können.
Im Rahmen der Erfindung kommen grundsätzlich unterschiedliche Cellulose- Regeneratfasern in Betracht, die sich hinsichtlich ihrer Feinheit, ihrer Länge und auch des Herstellungsprozesses unterscheiden können. Weitere Erläuterungen hierzu finden sich beispielsweise in dem Fachbuch „Textile Fertigungsverfahren“, T. Gries, D. Veit, B. Wulfhorst, 3. Aufl. , 2019 (ISBN 978-3-446-45684-6), Seite 57 ff. Besonders bevorzugt sind dabei Lyocell-Fasern, welche in dem zitierten Fachbuch unter 2.2.2.2, Seite 60 ff. erläutert sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Fasern des zweiten Materialanteils eine Nassfestigkeit gemäß ISO 5079:2020 („breaking tenacity“ gemäß ISO 5079:2020, gemessen in nassen Zustand) von mehr als 30 cN/dtex, insbesondere mehr als 35 cN/dtex auf.
Unabhängig von dem konkreten Herstellungsprozess können die Fasern des zweiten Materialanteils, insbesondere in Form von langen Cellulose-Fasern, vorzugsweies natürlichen Cellulose-Fasern oder Cellulose-Regeneratfasern (6), eine Feinheit zwischen 1 ,3 dtex und 3,3 dtex und/oder eine Länge zwischen 30 mm und 70 mm aufweisen.
Die bevorzugt vorgesehenen langen Cellulose-Fasern, insbesondere natürlichen Cellulose-Fasern oder Cellulose-Regeneratfasern (6) werden zweckmäßigerweise als kardierte Lage bereitgestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der dritte Materialanteil einen Gewichtsanteil zwischen 4 Gew.-% und 35 Gew.-%, insbesondere zwischen 20 Gew.-% und 30 Gew.-% aufweist. Die angegebenen Werte beziehen sich somit je nach Ausgestaltung alleine auf hydrophobe Fasern, alleine auf Bastfasern oder die Summe von hydrophoben Fasern und Bastfasern.
Die hydrophoben Fasern können im Rahmen der Erfindung eine hydrophobe Deckschicht aufweisen, so dass das Volumenmaterial der Fasern selbst dann keine hydrophoben Eigenschaften aufweisen muss. Insbesondere bei einer Vielzahl pflanzlicher Fasern, pflanzenbasierter Fasern oder biologisch abbaubaren Polymerfasern ist das Volumenmaterial der Fasern selbst nicht im Sinne der Erfindung hydrophob.
Eine nachträgliche Hydrophobierung von Fasern kann mit Hydrophobierungsmitteln wie langkettigen Kohlenwasserstoffen, halogenierten Kohlenwasserstoffen, siloxan- oder silikonbasierten Polymeren oder Derivaten von Fettsäuren durchgeführt werden.
Um beispielsweise hydrophobe langen Cellulose-Fasern wie Baumwollfasern bereitzustellen, können aufbereitete, gereinigte Baumwollfasern mit einer entsprechenden Beschichtung versehen werden.
Darüber hinaus sind Baumwollfasern an einer Baumwollpflanze bzw. als unmittelbares Pflanzenprodukt in der Regel mit einer Art Wachsschicht versehen, sodass bereits von vornherein hydrophobe Eigenschaften vorliegen, welche dann bei einem üblichen Verarbeitungsprozess verloren gehen. Als hydrophobe oder hydrophobierte Baumwollfasern werden im Rahmen der Erfindung vor diesem Hintergrund auch Baumwollfasern bezeichnet, welche durch eine entsprechend schonende Verarbeitung ursprünglich vorhandene hydrophobe Eigenschaften noch aufweisen.
Als Bastfasern werden Pflanzenfasern bezeichnet, die in Form von mehrzelligen Faserbündeln im Bast verschiedener Pflanzenarten vorliegen. Die Bastfasern werden dabei insbesondere aus holzigen Stängeln gewonnen. Bastfasern zeichnen sich aufgrund eines speziellen Zellaufbaus in der Regel durch eine hohe Steifigkeit und Festigkeit aus, wobei im Rahmen der Erfindung insbesondere Hanffasern, Flachsfasern oder Mischungen davon in Betracht kommen.
Die Bastfasern können insbesondere ein Elastizitätsmodul zwischen 60 GPa und 80 GPa aufweisen, wobei entsprechende Eigenschaften beispielsweise in „bast and other plant fibers“, Robert R. Frank, 2005 (Tabelle 1.1 ) aufgeführt sind.
Die Bastfasern können beispielsweise eine Länge zwischen 10 mm und 40 mm und eine Dicke zwischen 15 mm und 45 mm aufweisen. Wie bei natürlichen Fasern üblich, kann hinsichtlich der Länge und der Dicke eine gewisse Verteilung vorliegen, sodass die angegebenen Werte sich dann auf einen Mittelwert beziehen.
Von besonderer Bedeutung ist im Rahmen der Erfindung auch die Prägestruktur, welche für die Einstellung gewünschter Schiebekräfte und Aufnahmeeigenschaften wesentlich ist und in der zuvor beschriebenen Weise gerade auch mit dem dritten Materialanteil zusammenwirkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Prägestruktur in einem Muster Vorsprünge mit einer Struktur ausgewählt aus der Gruppe Wellenform, Kreis, Ring, Rechteck, Dreieck und Raute aufweist, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist und selbstverständlich verschiedene der aufgezählten Strukturen auch miteinander kombiniert werden können.
Im Rahmen von orientierenden Versuchen haben sich insbesondere vergleichsweise kleinskalige Prägestrukturen mit einem Muster aus Punkten bzw. Kreisen als besonders vorteilhaft herausgestellt, sodass sich dann aus Sicht des Betrachters eine Art Noppenstruktur ergibt. Zwischen den Vorsprüngen verbleiben bei einer solchen Struktur Freiräume für Flüssigkeit und Schmutz. Es ergibt sich dann auch der Vorteil, dass - anders als bei einer Rippenstruktur - längere Engstellen vermieden werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorsprünge sich jeweils über eine Fläche zwischen 2 mm2 und 25 mm2 erstrecken. Die Vorsprünge können dabei auch eine Art Kegelform aufweisen, wobei sich die angegebene Fläche auf die Ausdehnung der Vorsprünge ausgehend von einer Grundebene bezieht.
Die Vorsprünge können beispielsweise jeweils eine Höhe zwischen 0,8 mm und 2 mm aufweisen.
Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn die Vorsprünge sich über einen Flächenanteil zwischen 15 % und 40 % erstrecken. Dadurch wird erreicht, dass zumindest bezogen auf eine ebene Bodenfläche oder eine andere zu reinigende ebene Fläche eine großflächige Anlage und ein Anhaften vermieden werden. Durch die Vorsprünge, einen zwischen dem Nonwoven und der Bodenfläche gebildeten Wasserfilm und die Schiebebewegung kann dennoch eine sehr gute Reinigungswirkung erzielt werden.
Bei zueinander benachbarten Vorsprüngen kann grundsätzlich ein Abstand von der Mitte eines Vorsprunges zu der Mitte des anderen Vorsprunges bestimmt werden. Der Abstand von Mitte zu Mitte kann insbesondere bei kompakten Vorsprüngen mit eine Form Kreis, Ring, Ellipse, Dreieck und Raute in einem Bereich zwischen 2 mm und 10 mm liegen.
Die Vorsprünge können derart angeordnet sein, dass zwischen ihnen durchgehende, gegenüber den Vorsprüngen zurückverlagerte Kanäle mit einer minimalen Breite verbleiben. Die Kanäle können dabei gerade, im Wesentlichen gerade, wellenförmig oder in einem Zick-Zack verlaufen. Solche Kanäle können beispielsweise eine minimale Breite zwischen 2 mm und 7 mm aufweisen. Durch die beschriebenen Kanäle ist bei einem Wischen auch ein gewisser lokaler Flüssigkeitstransport bzw. Flüssigkeitsaustausch möglich. Die Kanäle können entlang einer Wisch- bzw. Benutzungsrichtung, senkrecht dazu oder auch schräg verlaufen. Eine Wellenform sowie ein Verlauf in einem Zick-Zack und/oder ein schräger Verlauf der Kanäle können zweckmäßig sein, um insbesondere bei einem einmaligen Überfahren einer Bodenfläche bereits eine möglichst vollständige Reinigung zu ermöglichen.
Das Flächengewicht des biologisch abbaubaren Nonwoven kann beispielsweise in einem Bereich von 75 g/m2 (Gramm pro Quadratmeter) und 150 g/m2 liegen. Insbesondere für die Bereitstellung eines Einweg-Bodenwischtuchs ist trotz der biologischen Abbaubarkeit hinsichtlich der Kosten und des Materialeinsatzes ein zu großes Flächengewicht zu vermeiden. Andererseits ist ein ausreichendes Flächengewicht notwendig, um eine gewünschte Festigkeit, Flüssigkeitsaufnahme und damit auch Reichweite zu ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Nonwovens mit einer Prägestruktur für ein Wischtuch, insbesondere Bodenwischtuch, welches insbesondere wie zuvor beschrieben ausgeführt ist. Bei dem Verfahren wird zur Bildung eines Vorproduktes eine Kernlage aus kurzen Cellulose-Fasern zwischen eine erste Außenlage, insbesondere aus langen Cellulose-Fasern, vorzugsweise natürlichen Cellulose- Fasern oder Cellulose-Regeneratfasern (6), und einer als Reinigungsseite vorgesehenen zweiten Außenalge angeordnet. Die zweite Außenlage weist dabei hydrophobe Fasern und/oder Bastfasern auf. Das so gebildete Vorprodukt
wird derart einer Wasserstrahlverfestigung und Wasserstrahlprägung unterzogen, dass eine Prägestruktur mit an der Reinigungsseite vorstehenden Vorsprüngen gebildet wird. Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren die Verwendung des zuvor beschriebenen biologisch abbaubaren Nonwovens als Bodenwischtuch, insbesondere in Kombination mit einem einen Stiel und eine bodenseitige Aufnahmeplatte aufweisenden Handwischer. Geeignete Strukturen für das biologisch abbaubare Nonwoven sind nachfolgend in einem ersten Beispiel gemäß Tabelle 1 und einem zweiten Beispiel gemäß Tabelle 2 erläutert.
Tabelle 1
Tabelle 2
An einer ersten, als Rückseite vorgesehenen Außenlage des Nonwovens werden in beiden Ausführungsbeispielen Cellulose-Regeneratfasern in Form von Lyocell- Fasern als kardierte Nonwoven-Schicht bereitgestellt. Es folgt dann eine aerodynamisch (airlaid) gebildete Kernlage aus kurzen Cellulose-Fasern (Pulp), wobei daran eine kardierte zweite Außenlage anschließt, welche als Reinigungsseite vorgesehen ist. Die zweite Außenlage weist dabei ein Fasergemisch auf, welches zur Stabilisierung Hanffasern umfasst, wobei gemäß dem zweiten Beispiel auch hydrophobierte Baumwollfasern vorgesehen sind.
Bei der Herstellung des biologisch abbaubaren Nonwovens werden die Lagen insbesondere in aufeinander folgenden Schritten einer Wasserstrahlverfestigung und Wasserstrahlprägung unterzogen, wobei eine Prägestruktur mit an der Reinigungsseite vorstehenden Vorsprüngen gebildet wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zunächst eine Wasserstrahlverfestigung gegen eine glatte
Unterlage, beispielsweise in Form einer im wesentlichen glatten Trommel, erfolgt, wobei nachfolgend eine Wasserstrahlprägung gegen eine strukturierte Unterlage, beispielsweise in Form einer strukturierten Trommel erfolgt. Um an der Reinigungsseite die beschriebenen Vorsprünge zu bilden, wirken bei der Wasserstahlprägung die Wasserstrahlen zweckmäßigerweise von der Rückseite ein, um das Material an der Reinigungsseite in die von der strukturierten Unterlage vorgegebene Form zu bringen. Bei der vorgelagerten Wasserstrahlverfestigung können die Wasserstrahlen dagegen zumindest teilweise auch von der Reinigungsseite einwirken.
Mit einem nachfolgend weiter erläuterten Prägemuster weisen die so gefertigten Nonwoven bei der Verwendung als Einweg-Wischtuch und insbesondere Einweg-Bodenwischtuch bei einer Nassreinigung ausgewogene Eigenschaften hinsichtlich der Reinigungsleistung, des Schiebewiderstandes sowie des Schmutzaufnahmevermögens auf.
Tabelle 3 zeigt den Aufbau für ein Vergleichsbeispiel, welches bei der Herstellung nicht mit einer Prägung versehen wurde.
Tabelle 3
Zum Vergleich der Wischeigenschaften wurde die kinetische Reibung (COF) im nassen Zustand mit einem Friction/Peel-Tester 225-1 des Herstellers Thwing- Albert bestimmt. Hierzu wurden Proben in einer Größe 8,5 cm x 8,5 cm in Produktionsrichtung (MD) und Querrichtung (CD) zugeschnitten und bis zur Sättigung mit Wasser getränkt. Die Proben wurden dazu 1 Minute in Wasser getränkt, worauf die Proben dann für 2 Minuten für ein Abtropfen aufgehängt wurden.
Die Messung der kinetischen Reibung erfolgte nach dem durch das Messgerät vorgegebenen Verfahren mit einem Schlittengewicht von 200 g und einer Geschwindigkeit von 12,7 cm/min. Nach einem Startintervall von 5 s wurde die kinetische Reibung über ein Messintervall von 5 s bestimmt. Die Oberfläche des Messgerätes als Reibpartner für die Proben besteht aus Aluminium und ist wie folgt spezifiziert: Anodize I.A.W. MIL-A-8625, Type II, Class I, Clear.
Während der Wert der kinetischen Reibung für das Vergleichsbeispiel bei 0,63 liegt, werden bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen Werte von 0,40 für Beispiel 1 und 0,36 für Beispiel 2 erreicht. Neben einer wesentlich geringen Reibung zeichnen sich die erfindungsgemäßen Beispiele durch eine gute Reinigungsleistung und eine gleichmäßige Schutzaufnahme aus.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt der gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren bestimmte Wert für die kinetische Reibung weniger als 0,45.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Handwischer mit einem daran befestigten Bodenwischtuch,
Fig. 2 ein dreilagiger Aufbau zur Bildung des Bodenwischtuchs,
Fig. 3 eine Prägestruktur an einer Reinigungsseite des Bodenwischtuchs,
Fig. 4 eine Detailansicht des Bodenwischtuchs bei einer Bodenreinigung,
Fig. 5 eine zu der Figur 3 alternative Prägestruktur.
Die Figur 1 zeigt einen Handwischer 1 mit einem Stiel 2 und mit einer bodenseitigen Aufnahmeplatte 3, an der ein Bodenwischtuch 4 befestigt ist. Das Bodenwischtuch 4 ist als Einweg-Artikel für eine einmalige Verwendung vorgesehen und für eine Nassreinigung mit einer Reinigungsflüssigkeit getränkt. Exemplarisch ist dargestellt, dass das Bodenwischtuch 4 mechanisch an einer Oberseite der Aufnahmeplatte 3 festgeklemmt ist, wobei auch andere Arten der Befestigung in Betracht kommen. Das Bodenwischtuch 4 ist aus einem biologisch abbaubaren Nonwoven gebildet. Konkret ist vorgesehen, dass das Nonwoven ausschließlich aus pflanzenbasierten Fasermaterialien gebildet ist, wobei zusätzlich zu der biologischen Abbaubarkeit, beispielsweise im Rahmen eine Kompostierung, der Einsatz fossiler Rohstoffe vermieden wird.
Die Figur 2 zeigt einen Aufbau aus mehreren Lagen, aus dem das Nonwoven durch Wasserstrahlverfestigung und Wasserstrahlprägung nachfolgend mit einer Prägestruktur gebildet wird.
Eine erste als Rückseite B vorgesehene Außenlage 5 ist aus Cellulose- Regeneratfasern 6 in Form von Lyocell-Fasern gebildet. Eine zweite, als Reinigungsseite A vorgesehene Außenlage 7 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel unterschiedliche Fasertypen auf. Bezogen auf die zweite Außenlage 7 alleine sind zu einem Anteil von 30 Gew.-% Bastfasern 8 in Form von Hanffasern und 70 Gew.-% hydrophobe Fasern 9 in Form von hydrophoben Baumwollfasern vorgesehen. Die Bastfasern 8 sind vergleichsweise steif und fest und tragen somit zu einer wesentlichen Stabilisierung des aus der dargestellten Lagenstruktur gebildeten Nonwovens bei.
Zwischen der ersten Außenlage 5 und der zweiten Außenlage 7 ist eine Kernlage 10 aus kurzen Cellulose-Fasern 11 , insbesondere in Form von Zellstoff (Pulp), vorgesehen.
Die in der Figur 2 dargestellte Struktur wird nachfolgend einer Wasserstrahlverfestigung und Wasserstrahlprägung unterzogen. Bei der Wasserstrahlverfestigung werden auch die verschiedenen dargestellten Fasern in einem gewissen Maße miteinander vermischt und verschlungen. Insbesondere die kurzen Cellulose-Fasern 11 können dabei in einem gewissen Maße in dem gesamten Nonwoven verteilt und insbesondere in Richtung der Reinigungsseite A verlagert werden. Über die Dicke des Nonwovens ergibt sich dann in der Regel eine Verteilung der kurzen Cellulose-Fasern mit einem Schwerpunkt im mittleren Bereich des Nonwovens.
Die Wasserstrahlprägung wird derart durchgeführt, dass an der Reinigungsseite A vorstehende Vorsprünge 13 gebildet werden. Hierzu kann das Nonwoven bei der Herstellung mit seiner Reinigungsseite A über eine mit Öffnungen bzw. Vertiefungen versehene Walze geführt werden, wobei dann von der gegenüberliegenden Seite eine Beaufschlagung durch Wasserstrahlen erfolgt und das Material dadurch in die Vertiefungen bzw. Öffnungen der Walze eingedrückt wird.
Die Figur 3 zeigt exemplarisch ein geeignetes Muster von Vorsprüngen 13 in Form von Punkten bzw. Kreisen. Die einzelnen Vorsprünge 13 können sich insbesondere bei einem solchen Muster beispielsweise über eine Fläche zwischen 2 mm2 und 25 mm2 erstrecken und eine Höhe zwischen 0,8 mm und 2 mm aufweisen.
Der nächste Abstand der Vorsprünge 13 untereinander kann bei einem Muster der Figur 3 beispielsweise in einem Bereich zwischen 2 mm und 5 mm (Abstand Mitte zu Mitte) betragen, wobei die Vorsprünge sich beispielsweise über einen Flächenanteil zwischen 15 % und 40 % erstrecken können.
Bereits aus der Figur 3 ist ersichtlich, dass bei dem Überstreichen einer Fläche eine gute Reinigungswirkung erzielt werden kann, wobei gleichzeitig zwischen den Vorsprüngen 13 Freiräume für Schmutz und Flüssigkeit verbleiben, sodass
vergleichsweise geringe Schiebekräfte mit einer guten Reinigungsleistung kombiniert werden können.
Die Figur 4 verdeutlicht dies in einer schematischen Ansicht, bei der das biologisch abbaubare Nonwoven mit der Reinigungsseite A über eine Bodenfläche 14 geführt ist.
Das in der Figur 3 dargestellte Prägemuster hat sich im Rahmen von orientierenden Versuchen als besonders zweckmäßig erwiesen, wobei jedoch auch andere Strukturen grundsätzlich in Betracht kommen. Exemplarisch zeigt die Figur 5 eine Ausführungsform, bei der die Vorsprünge 13 eine Wellenform aufweisen.
Im Rahmen der Figuren wird eine besonders bevorzugte Ausgestaltung als Bodenwischtuch 4 erläutert, wobei besonders vorteilhafte Eigenschaften auch bei einem von der Erfindung umfassen Wischtuch für eine Reinigung von Flächen per Hand erreicht werden können.

Claims

Patentansprüche:
1. Biologisch abbaubares Nonwoven mit einer Prägestruktur für ein Wischtuch (4), umfassend einen ersten Materialanteil aus kurzen Cellulose-Fasern (11 ) und einen von dem ersten Materialanteil verschiedenen zweiten Materialanteil, wobei die Prägestruktur an einer Reinigungsseite (A) vorstehende Vorsprünge (13) bildet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als dritter Materialanteil hydrophobe Fasern (9) und/oder Bastfasern (8) vorgesehen sind.
2. Biologisch abbaubares Nonwoven nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Materialanteil von langen Cellulose-Fasern, insbesondere natürlichen Cellulose-Fasern oder Cellulose-Regeneratfasern (6) gebildet ist.
3. Biologisch abbaubares Nonwoven nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophoben Fasern (9) eine hydrophobe Deckschicht aufweisen.
4. Biologisch abbaubares Nonwoven nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Baumwollfasern mit einer hydrophoben Deckschicht als hydrophobe Fasern (9) vorgesehen sind.
5. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialanteile in einer Dickenrichtung inhomogen verteilt sind.
6. Biologisch abbaubares Nonwoven nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nonwoven auf Basis einer mehrlagigen, insbesondere dreilagigen Struktur durch Wasserstrahlverfestigung gebildet ist.
7. Biologisch abbaubares Nonwoven nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste, als Rückseite (B) vorgesehene Außenlage (5) als Hauptbestandteil lange Cellulose-Fasern, insbesondere Cellulose- Regeneratfasern (6) aufweist, dass eine zweite, als Reinigungsseite (A) vorgesehene Außenlage (7) hydrophobe Baumwollfasern (9) und/oder Bastfasern (8) aufweist und dass eine zwischen den Außenlagen (5, 7) angeordnete Kernlange (10) mit kurzen Cellulose-Fasern (11 ) als Hauptbestandteil bereitgestellt sind.
8. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Materialanteil einen Gewichtsanteil zwischen 30 Gew.-% und 80 Gew.-%, insbesondere zwischen 50 Gew.-% und 70 Gew.-% aufweist.
9. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Materialanteil einen Gewichtsanteil zwischen 12 Gew.-% und 45 Gew.-% aufweist.
10. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Materialanteil von Lyocell-Fasern gebildet ist.
11. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, die Fasern des zweiten Materialanteils eine Nassfestigkeit gemäß ISO 5079:2020 von mehr als 30 cN/dtex aufweisen.
12. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Materialanteil aus Fasern mit einer Feinheit zwischen 1 ,3 und 3,3 dtex und einer Länge zwischen 30 mm und 70 mm gebildet ist.
13. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dritte Materialanteil einen Gewichtsanteil zwischen 4 Gew.-% und 35 Gew.-%, insbesondere zwischen 20 Gew.-% und 30 Gew.-% aufweist.
14. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Materialanteil Bastfasern (8) ausgewählt aus der Gruppe Hanffasern, Flachsfasern und Mischungen davon aufweist.
15. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Materialanteil Bastfasern (8) mit einem Elastizitätsmodul zwischen 60 GPa und 80 GPa aufweist.
16. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Materialanteil Bastfasern (8) mit einer Länge zwischen 10 mm und 40 mm und einer Dicke zwischen 15 pm und 45 pm aufweist
17. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägestruktur in einem Muster Vorsprünge (13) mit einer Struktur ausgewählt aus der Gruppe Wellenform, Kreis, Ring, Rechteck, Dreieck und Raute aufweist.
18. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (13) sich jeweils über eine Fläche zwischen 2 mm2 und 25 mm2 erstrecken.
19. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (13) jeweils eine Höhe zwischen 0,8 mm und 2 mm aufweisen.
20. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (13) sich über eine Flächenanteil zwischen 15 % und 40 % erstrecken.
21. Biologisch abbaubares Nonwoven nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengewicht zwischen 75 g/m2 (Gramm pro Quadratmeter) und 150 g/m2 beträgt.
22. Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Nonwovens mit einer Prägestruktur für ein Wischtusch (4), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , wobei zur Bildung eines Vorproduktes eine Kernlage (10) aus kurzen Cellulose- Fasern (1 1 ) zwischen einer ersten Außenlage (5)und einer als Reinigungsseite (A) vorgesehenen zweiten Außenlage (7) angeordnet wird,
wobei die zweite Außenlage (7) hydrophobe Fasern (9) und/oder Bastfasern (8) aufweist, wobei das Vorprodukt derart einer Wasserstahlverfestigung und Wasserstrahlprägung unterzogen wird, dass eine Prägestruktur mit an der Reinigungsseite (A) vorstehenden Vorsprüngen (13) gebildet wird.
23. Verwendung eines biologisch abbaubaren Nonwovens nach einem der Ansprüche 1 bis 21 als Bodenwischtuch (4), insbesondere in Kombination mit einem einen Stil (2) und eine bodenseitige Aufnahmeplatte (3) aufweisenden Handwischer (1 ).
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