DE3855476T2

DE3855476T2 - Mikroporöse Filamente oder Fasern, Verfahren zur Herstellung derselben und damit hergestellte Artikel

Info

Publication number: DE3855476T2
Application number: DE3855476T
Authority: DE
Inventors: Robert E Howard; James Young
Original assignee: Entek Manufacturing LLC
Current assignee: Entek Manufacturing LLC
Priority date: 1987-12-21
Filing date: 1988-12-19
Publication date: 1997-01-02
Anticipated expiration: 2008-12-20
Also published as: AU618566B2; DE3855476D1; JP2622410B2; EP0322169A2; EP0322169B1; AU2707688A; EP0322169A3; ATE141343T1; ES2090015T3; GR3020863T3; JPH0284507A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Filamente und Fasern, welche aus einem Polyolefin mit extrem hohem Molekulargewicht gebildet sind, welches Polyolefin mikroporös und benetzbar ist.
Unter "Filament" wird ein im wesentlichen fortlaufender Materialstrang verstanden; unter "Faser" wird ein unterbrochener Materialstrang verstanden.
Unter "strangartigem Artikel" werden Filamente oder Fasern verstanden.
Unter "mikroporös" wird ein Filament oder eine Faser verstanden, welche aus mehreren miteinander verbundenen kleinen Zwischenräumen besteht, die mit der Außenseite und der Innenseite des Filament- oder Faserkörpers kommunizieren, wobei die kleinen Zwischenräume ein Porenvolumen von wenigstens 20 % des Körpers und vorzugsweise von wenigstens 50 % des Körpers aufweisen.
Unter "benetzbar" wird die Eigenschaft verstanden, Wasser zu absorbieren.
In dem US-Patent Nr.4 422 993 sind Spinnlösungen aus Polyethylen mit extrem hohem Molekulargewicht zur Bildung von Filamenten beschrieben.
In dem US-Patent Nr.4 545 950 sind Formierfilamente, -fasern usw. durch Extrudieren eines Gemisches aus einem Polyethylen mit extrem hohem Molekulargewicht und festem Paraffin Kühlen und Strecken beschrieben. Das Paraffin kann zum Bilden eines mikroporösen Artikels beseitigt werden.
Eines der Merkmale dieser Erfindung besteht darin, mikroporöse Polyolefinfilamente und -fasern zu schaffen, die eine gute Benetzbarkeit zeigen. Polyolefinfilamente und -fasern sind nicht benetzbar, falls sie nicht einer Behandlung unterzogen wurden. Der Stand der Technik zeigt die Verwendung von Benetzungsmitteln, um den Polyolefinfasern, wie z. B. denjenigen, wie sie in dem US-Patent 3 870 567 beschrieben sind, eine Benetzbarkeit zu verleihen; der Stand der Technik beschreibt das Behandeln nichtgewebter Bahnen mit Hilfe eines wasserigen Bades, welches Wasser, einen grenzflächenaktiven Stoff und kolloidales Siliziumoxid aufweist, wie es in dem US-Patent 3 985 580 beschrieben ist; er zeigt das Beschichten nichtgewebter Balinen mit einem hydrophilen Vinylmonomer und einem Katalysator, wie es im US-Patent 4 110 143 beschrieben ist; und eine Behandlung mit Koronaentladung.
Die EP-A-0 202 554 befaßt sich mit Hohlfasern.

Zusammenfassung der Erfindung

Filamente und Fasern aus Polyolefinen mit extrem hohem Molekulargewicht werden gebildet, die ein Porenvolumen von wenigstens 20 % haben und benetzbar sind. Die Benetzbarkeit wird durch Einarbeiten eines feinverteilten, hygroskopischen Füllmittels in das Polyolefinextrudiergemisch vor dem Extrudieren verliehen.
Die Filamente und Fasern werden durch Extrudieren eines Gemisches aus dem Polyolefln und einem extrahierbaren Weichmacher sowie nachfolgendes Extrahieren wenigstens eines Teils des Weichmachers unter Verwendung eines Lösungsmittels oder Nichtlösers für den Weichmacher gebildet.
Erfindungsgemäß wird ein gestreckter, strangartiger, nichthohler Artikel geschaffen, welcher besteht aus 10 bis 90 Vol.-% eines Polyoleflns mit extrem hohem Molekulargewicht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Homopolymeren Ethylen, Propylen und Butylen; 10 bis 90 Vol.-% eines hygroskopischen Füllmittels mit einer Partikelgröße von weniger als 10 µm und einer Oberfläche von mehr als 30 m²/g; und etwa 1 bis 15 Vol.-% eines Weichmachers, wobei das Polyolefin, das Füllmittel und der Weichmacher sich immer zu 100 Vol.-% aufaddieren und der Artikel ein Porenvolumen von mehr als 20 % des Artikels hat.
Erfindungsgemäß wird ferner eine nichtgewebte Bahn geschaffen, welche aus einer Vielzahl von strangartigen Artikeln, wie sie in dem unmittelbar vorausgehenden Absatz angegeben sind, gebildet ist, wobei die Bahn eine Makroporosität von mehr als etwa 50 % und eine maximale Makroporengröße von weniger als etwa 25 µm hat.
Außerdem kann eine wasserbelegte Papierbahn geschaffen werden, die aus einer Vielzahl von strangartigen Artikeln, wie sie im vorletzten Absatz angegeben sind, gebildet ist. Die Bahn kann Zellulosefasern enthalten.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zum Bilden mikroporöser strangartiger Artikel angegeben, welche Artikel benetzbar sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Bilden eines Gemisches aus einem Polyolefin mit extrem hohem Molekulargewicht und einem hygroskopischen Füllmittel mit einer Partikelgröße von weniger als etwa 10 µm und einer Oberfläche von mehr als etwa 30 m²/g; Zuführen des Gemisches und eines Weichmachers zur Eingabeöffnung eines Extruders; Erwärmen und Vermischen der Mischung aus dem Gemisch und dem Weichmacher in dem Extruder bei einer zum Plastifizieren der Mischung ausreichenden Temperatur; Zuführen des Extrudats von dem Extruder zu einer für die Bildung strangartiger Artikel geeigneten Düse; Herauspressen strangartiger Artikel aus der Düse; und Extrahieren einer ausreichenden Menge des Weichmachers aus den strangartigen Artikeln zum Erzeugen eines Porenvolumens von mehr als 20 %.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Das eingesetzte Polyolefin kann jedes kristalline Homopolymer oder Copolymer von Monoolefinen mit zwei bis vier Kohlenstoffatomen, z.B. Ethylen, Propylen und Butylen, sein. Bevorzugt werden Homopolymere des Ethylens und Propylens, besonders bevorzugt werden Polyethylen mit hoher Dichte und im wesentlichen isotaktische Polypropylen-Homopolymere. Das Polyolefin sollte ein extrem hohes Molekulargewicht, d. h. einen Standardbelastungsschmelzindex von weniger als etwa 0,04 pro 10 Minuten und vorzugsweise 0, wenn gemäß ASTM D1238-70 gemessen wird, eine Eigenviskosität von mehr als etwa 3,0 und im Fall von Polyethylen eine Eigenviskosität von mehr als etwa 3 dl/g (gemessen in Decalin bei 135 ºC) haben. Geringe Mengen, d.h. bis zu etwa 25 Gew.-%, von Polyolefinen mit geringerem Molekulargewicht können damit vermischt werden.
Es wurde festgestellt, daß mikroporöse Polyolefinfilamente und -fasern gebildet werden können, welche eine gute Benetzbarkeit zeigen, indem als Füllmittel dem Polyolefin ein Stoff zugemischt wird, der eine hohe Affinität zu Wasser aufweist, d. h. hygroskopischer Natur ist, und den Temperatur- und Druckbedingungen, wie sie beim Extrudierprozeß vorherrschen, standhalten kann. Das Füllmittel sollte jedoch in Wasser im wesentlichen unlöslich sein.
Die folgenden Stoffe können erfindungsgemäß als Material für das Füllmittel verwendet werden: kohlenstoffhaltige Stoffe (z.B. Ruß und Graphit); Metalloxide und -hydroxide, wie z. B. solche des Siliziums, Aluminiums, Calciums, Magnesiums, Bariums, Titans, Eisens, Zinks und Zinns; Metallkarbonate, wie z.B. solche des Calciums und Magnesiums; Minerale, wie z. B. Mika, Montmorillonit, Kaolinit, Attapulgit, Asbest, Talk, Diatomeenerde und Vermiculit; synthetische und natürliche Zeolithe; Portlandzement; abgesetzte Metallsilikate, wie z. B. Calciumsilikat und Aluminiumpolysilikat; Aluminiumoxid-Silikagele; Glaspartikel einschließlich Mikrokügelchen, Mikrokugeln, Flocken und Fasern; und Salze, wie z. B. Molybdändisulfid, Zinksulfid und Bariumsulfat.
Die bevorzugten Füllmittelstoffe sind solche, die Obertlächensilanolgruppen haben, welche Wasserstoff an Wasser binden können, so z. B. Siliziumoxid, Mika, Montmorillonit, Asbest, Talk, Diatomeenerde, Vermiculit, synthetische und natürliche Zeolithe, Portlandzement, Silikate und Polysilikate, Aluminiumoxid-Silikagele und Glasteilchen.
Das Füllmittel sollte vorzugsweise eine hohe Oberfläche haben, was bedeutet, daß es entweder eine kleine Partikelgröße oder einen hohen Porositätsgrad (d. h. große Obertläche oder großes Porenvolumen) oder beides besitzt. Die Partikelgröße des Füllmittels reicht von einem mittleren Durchmesser von etwa 0,01 bis zu etwa 10 µm. Die Oberfläche des Füllmittels reicht von etwa 30 bis etwa 950 m²/g, vorzugsweise liegt die Obertläche im Bereich von etwa 100 bis etwa 500 m²/g.
Das Porenvolumen ist vorteilhafterweise größer als etwa 0,075 cm³/g und liegt vorzugsweise zwischen etwa 0,1 bis etwa 0,4 cm³/g.
Die Oberfläche und das Porenvolumen des Füllmittels können unter Verwendung des Stickstoffabsorptionsverfahrens ermittelt werden, welches durch S. Brunauer, P. J. Emett und E. Teller im Journal of American Chemical Society, Vol 6, Seite 308 (1938) beschrieben wurde und üblicherweise als das BET-Verfahren bekannt ist.
Die bevorzugten, erfindungsgemäß verwendeten Weichmacher dienen wenigstens zu drei Zwecken: Sie ermöglichen ein Extrudieren von Polyolefinen mit extrem hohem Molekulargewicht mit herkömmlichen Extrudergeräten, indem die Schmelzviskosität verringert wird; sie sind die Komponente, welche nach der Bildung der Filamente oder Fasern zumindest teilweise beseitigt wird, um dem Produkt eine Porosität zu verleihen; und die in dem Endprodukt verbliebene Menge verhindert, daß das Produkt spröde wird.
Beispiele geeigneter Weichmacher für die vorliegende Erfindung sind organische Ester, wie z. B. Sebacate, Stearate, Adipate, Phthalate und Citrate; Epoxyverbindungen, wie z. B. expoxidiertes Pflanzenöl; Phosphatester, wie z. B. Tricresylphosphat; Kohlenstoffmaterialien, wie z. B. Erdöle; und natürliche Öle, wie z. B. Tallöl und Leinöl. Die bevorzugten Weichmacher sind solche extrahierbaren organische Substanzen, welche einen Löslichkeitsparameter nahe demjenigen des Polyolefins, vorzugsweise im Bereich von 7,3 bis etwa 8,4 haben. Die meistbevorzugten Weichmacher sind Erdöl-Kohlenwasserstoffe.
Obgleich die Verwendung eines im wesentlichen wasserunlöslichen Weichmachers bevorzugt ist, schließt die Erfindung die Verwendung eines Weichermachergemisches, von denen einer wasserlöslich ist und hauptsächlich von den Filamenten oder Fasern nach der Bildung beseitigt wird, nicht aus, solange der im Endprodukt zum Plastifizieren verbliebene Weichmacher im wesentlichen wasserunlöslich ist. Alternativ dazu könnte ein wasserlöslicher Weichmacher verwendet und die Filamente oder Fasern mit einem wasserunlöslichen Weichmacher nach dem Entfernen des wasserlöslichen Weichmachers durch Extraktion behandelt werden. Geeignete wasserlösliche Weichmacher umfassen Ethylenglykol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Glyzerin und Äther sowie deren Ester; Alkylphosphate, wie z. B. Triethylphosphat; Polyvinylalkohol; Polyacrylsäure und Polyvinylpyrrolidon.
Obgleich die Verwendung von extrahierbaren organischen Substanzen als Weichmacher mit einem Löslichkeitsparameter im Bereich von etwa 7,3 bis etwa 8,4 bevorzugt ist, können außerdem extrahierbare organische Substanzen mit einem Löslichkeitsparameter von mehr als 8,4 verwendet und extrahiert werden, woran sich das Aufbringen eines Weichmachers mit einem Löslichkeitsparameter zwischen etwa 7,3 bis etwa 8,4 auf die Filamente oder Fasern anschließt.
Andere herkömrnliche Additive können dem Extrudiergemisch zugegeben werden, so z. B. Oxidationsinhibitoren, Färbemittel und Gleitmittel.
Die Polyolefinkomponente nut extrem hohem Molekulargewicht sollte zwischen etwa 10 und etwa 90 Vol.-% der Filamente oder Fasern, vorzugsweise zwischen etwa 40 und etwa 60 Vol.-%, aufweisen.
Das Füllmittel sollte etwa zwischen 10 und etwa 90 Vol.-% der Filamente oder Fasern, vorzugsweise zwischen etwa 40 und etwa 60 Vol.-%, aufweisen.
Die Weichmacherkomponente sollte zwischen etwa 1 und etwa 15 Vol -% der Filamente oder Fasern, vorzugsweise zwischen etwa 1 und etwa 10 Vol.-%, aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Mischung in den Extruder eingegeben, welche zwischen etwa 5 und etwa 65 Vol.-% der Polyolefinkomponente mit extrem hohem Molekulargewicht, etwa 5 bis etwa 60 Vol.-% der Füllmittelkomponente und etwa 20 bis etwa 80 Vol.-% (vorzugsweise etwa 50 bis etwa 80 Vol.-%) der Weichmacherkomponente aufweist. Andere geringfügige herkömmliche Additive können in dem Extrudiergemisch in Mengen vorliegen, wie sie von ihren Herstellern empfohlen werden.
Wenn der Weichmacher eine Flüssigkeit wie z. B. ein Erdöl-Kohlenwasserstoff ist, wird vorzugsweise ein Teil des Weichmachers beim Mischen zu den trockenen Inhaltsstoffen und der Rest des Weichmachers unmittelbar an der Eingabeöffhung des Extruders zusammen mit den "trockenen" Inhaltsstoffen zugegeben. Die "trockenen" Komponenten des Extrudiergemisches können vor dem Einführen zum Extrudieren durch herkömmliche Mischeinrichtungen zugemischt werden, obgleich es wichtig ist, daß ein im wesentlichen gleichmäßiges Gemisch erhalten wird.
Das Extrudiergemisch wird einem herkömmlichen Extruder, wie er zur Bildung von Filamenten und Fasern bereits bekannt ist, zugeführt. Schneckenextruder mit zwei gegensinnig rotierenden Schnecken werden bevorzugt. Es gibt eine Anzahl von Herstellern, die solche Maschinen liefern, welche in unterschiedlichen, von dem gewünschten Materialdurchsatz abhängigen Größen auf den Markt kommen. Die in der Extruderwalze vorgesehenen Heizzonen werden auf den gewünschten Plastifizierungsgrad ermöglichende Temperaturen erwärmt, welcher Plastifizierungsgrad von dem ausgewählten, einzelnen Polyolefin und dem dem Extruder zugeführten Ansatz von Mischungen abhängig ist. Für Polyethylen mit einem extrem hohen Molekulargewicht ist es im allgemeinen wünschenswert, die Walze auf Temperaturen zwischen etwa 200 und etwa 250 ºC zu halten.
Die Ausstoßmenge des Extruders wird zu einer für die Bildung von Filamenten oder Fasern geeigneten Düse, wie z. B. einer Spinndüse, geführt. Die optimale Düsentemperatur ist abhängig von dem jeweiligen, eingesetzten Extrudiergemisch. Es ist aber im allgemeinen bevorzugt, die Düse etwa auf derselben Temperatur wie deijenigen der Extruderwalze zu halten. Solche Düsen sind im Stand der Technik bekannt und können Verteiler auf einer oder beiden Seiten der Düsenöffnungen zum Einleiten eines Heißgasstroms unter einem bestimmten Winkel gegen das Extrudat einschließen, um die extrudierten Filamente oder Fasern zu strecken. Die Temperatur eines solchen Heißgasstroms wird vorteilhafterweise im Bereich zwischen etwa 280 ºC und etwa 540 ºC gehalten.
Alternativ dazu können insbesondere, wenn fortlaufende Filamente gewünscht werden, die einzelnen aus der Düse extrudierten Filamente oder Filamentbündel einer getrennten Streckvorrichtung zugeführt werden, welche zum Strecken der Filamente einen erwärmten Gasstrom einsetzt.
Das Strecken kann durch mechanische Spannung (z. B. Keilwalzen), welche auf die aus der Düse extrudierten Filamente aufgebracht wird, durchgeführt werden, während sich die Filamente noch auf einer erhöhten Temperatur befinden. Das Strecken kann auch durchgeführt werden, nachdem die Filamente gekühlt worden sind. Es ist bevorzugt, das Strecken der Filamente durchzuführen, nachdem diese dem Extraktionsschritt unterzogen worden sind. Das Strecken der Filamente macht diese biegsamer und verbessert Zugfestigkeit und Estastizitätsmodul. Für gewisse Anwendungsfälle ist es jedoch wünschenswert, die Strekkung wegzulassen.
Nach der Filament- oder Faserbildung wird der Weichmacher aus den Filamenten oder Fasern extrahiert. Falls zwei oder mehrere Weichmacher verwendet werden, kann eine mehrstufige Extraktion erforderlich sein, insbesondere wenn ein Weichmacher wasserunlöslich und ein anderer wasserlöslich ist.
Das zum Extrahieren des Weichmachers ausgewählte Lösungsmittel hängt von der Art des Weichmachers ab. Falls ein Erdöl-Kohlenwasserstoff zu extrahieren ist, sind die folgenden Lösungsmittel geeignet: chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Trichlorethylen, 1,1,1 - Trichlorethan, Methylenchlorid, Perchlorethylen, Tetrachiorethylen, Tetrachlorkohlenstoff, usw.; Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, wie z. B. Hexan, Benzol, Petroläther, Toluol, Cyclohexan, usw.; und Chlorfluorkohlenwasserstoffe, wie z. B. Trichlortrifluourethan. Wenn ein wasserlöslicher Weichmacher, wie z. B. Polyethylenglykol, extrahiert werden soll, umfassen geeignete Lösungsmittel: Wasser; Alkohole, wie z. B. Methanol und Ethanol; Azeton; usw.
Die Temperatur, bei der die Extraktion durchgeführt wird, kann variieren von der Umgebungstemperatur bis zur Temperatur des Schmelzpunktes des Polyolefins. Die Extraktionszeit hängt von der Extraktionstemperatur ab, und Zeit und Temperatur werden so gewählt, daß die gewünschte Weichmachermenge von den Filamenten oder Fasern beseitigt wird. Wie zuvor erwähnt, wurde festgestellt, daß es wünschenswert ist, eine Plastifiziermenge des Weichmachers in dem Endprodukt zu belassen. Deshalb sollte die Extraktion unter Temperatur- und Zeitbedingungen derart durchgeführt werden, daß die gewünschte Menge des Weichmachers in dem Produkt verbleibt. Die zum Durchführen der Extraktion eingesetzten besonderen Einrichtungen sind nicht Teil der Erfindung. Die Extraktion kann auf einer diskontinuierlichen oder einer kontinuierlichen Basis durchgeführt werden, indem der strangartige Artikel in Filament- oder Faserform durch ein Flüssigkeits- und/oder Dampfbad des Extraktionsmittels im allgemeinen in der Art einer Gegenstromextraktion geführt wird. Das Extraktionsmittel und der Weichmacher können dann durch Destillation oder andere geeignete Trenneinrichtungen zuruckgewonnen werden.
Die erfindungsgemäßen Fasern können durch herkömmliche, aus dem Stand der Technik bekannte Faserherstellungsverfahren hergestellt werden. Die Fasern können z. B. durch Schmelzblasen gebildet werden, wobei die hier beschriebene Zusammensetzungen zu einem Extruder zur Plastifizierung geleitet werden, das Extrudat von dem Extruder zu einem mehrere kleine Düsenöffnungen aufweisenden Spinndüsenkopf geführt wird und das Material von den Düsenöffnungen zum Strecken der Fasern in einen Gasstrom geleitet wird. Die Fasern können als Matte auf einer sich bewegenden porösen Sammeleinrichtung gesammelt werden. Geeignete Vorrichtungen sind in dem US-Patent 3 650 866 und in dem US-Patent 3 947 537 beschrieben.
Filamente können durch Extrudieren des Extrudats durch eine Düsenöffnung eines geeigneten Typs, wie z.B. eine Spinndüse, oder im Falle von Monofilamenten durch eine viele kleine Löcher aufweisende Platte, und Strecken der Filamente mittels herkömmiicher mechanischer Einrichtungen entweder während sich die Filamente im erwärmten Zustand befinden oder nach dem Kühlen und vorzugsweise nach der Extraktion gebildet werden. Falls gewünscht, können die Filamente zu Stapelfasern gehackt werden, um Fasern mit einem Durchmesser zu erzeugen, welcher größer als deijenige Durchmesser ist, welcher üblicherweise durch das Schmelzblasen gebildet wird.
Die erfindungsgemäßen Filamente und Fasern haben ein Porenvolumen von mehr als etwa 20 %, vorzugsweise von mehr als etwa 50 % bis etwa 80 %. Das Porenvolumen wird durch Beseitigen des Weichmachers mittels Lösungsmittelextraktion und Bestimmen der Menge des extrahierten Öls ermittelt, welches in den Filamenten oder Fasern vorgelegen hatte.
Der mittlere Porendurchmesser der Poren in den erfindungsgemäßen Fasern und Filamenten beträgt weniger als etwa 1,0 µm. Wenigstens etwa 90 % der Poren haben einen Porendurchmesser von weniger als 0,5 µm. Der mittlere Porendurchmesser kann bis zu etwa 0,1 µm oder weniger reichen. Der Porendurchmesser wird durch herkömmliche Quecksilberintrusionsverfahren ermittelt. Die Poren oder die Porosität der erfindungsgemäßen Fasern und Filamente werden hierin manchmal "Mikroporen" oder "Mikroporosität" und die Poren oder die Porosität gewebter oder nichtgewebter Lagen aus diesen "Makroporen" oder "Makroporosität" bezeichnet.
Bei Fasern, welche durch das Schmelzblasverfahren gebildet werden, beträgt der mittlere Durchmesser weniger als 10 µm, im allgemeinen liegt er zwischen etwa 1 und etwa 10 µm.
Die "Grobfaserigkeit" der erfindungsgemäßen Fasern beträgt weniger als 1 Dezigrex und im allgemeinen weniger als etwa 0,5 Dezigrex. Zum Vergleich: Gewöhnliche schmelzgeblasene Polyolefinfasern haben eine Grobfaserigkeit von mehr als 1 Dezigrex. Im allgemeinen beträgt die Grobfaserigkeit der erfindungsgemäßen Fasern etwa 20 % bis etwa 50 % derjenigen von nichtporösen Fasern entsprechender Abmessungen in Abhängigkeit von dem Porenvolumen. Die "Grobfaserigkeit" wird mit Hilfe des TAPPI-Verfahrens Nr. T234 SU- 67 ermittelt; die Dezigrex-Einheit wird als Fasergewicht in mg pro 100 m Fasern gemessen.
Die erfindungsgemäßen Fasern können unmittelbar als Teil des Schmelzblasverfahrens zum Bilden nichtgewebter Bahnen verwendet werden, wie es z. B. in dem US-Patent 3 947 537 beschrieben ist. Derart gebildete nichtgewebte Bahnen können zwecks Steuerung der Dicke und Porosität der Bahn auf ein gewunschtes Niveau kalandriert werden. Alternativ dazu können nichtgewebte Bahnen in einem separaten Arbeitsvorgang durch herkömmliche Luftstromverfahren entweder zusammen mit Klebstoffen zum Verbessern der Faser/Faser- Bindung oder durch Erwärmen und/oder Anpressen solcher Bahnen zum Bewirken der Faser/Faser-Bindung gebildet werden.
Die Fasern können auch in Bahnen durch bei der Zellulosepapierherstellung verwendete Naßformierverfahren gebildet werden. Die benetzbaren Fasern können entweder allein oder in Mischung mit Zellulosefasern zu einer Bahn geformt werden. Obgleich die erfindungsgemäßen Fasern benetzbar sind, sind sie hydrophob. Es ist deshalb wünschenswert, ein Dispergierungsmittel zu verwenden, um die gleichmäßige Dispersion der Fasern in wässerigen Schlämmen zu begünstigen. Geeignete Dispergierungsmittel umfassen anionische grenzflächenaktive Stoffe, wie z. B. Alkalisalze von höheren Fettsäuren, Salze einer Alkylsulfonsäure, Salze einer Alkylarylsulfonsäure und Salze eines Sulfonsäure- Bernsteinsäureesters. Als ein Additiv zu Zellulosefasern verbessern die erfindungsgemäßen Fasern die optischen Eigenschaften, wie z.B. den Weißgrad und die Opazität, des aus einer solchen Mischung hergestellten Papiers. Ein derartiges Papier hat eine verbesserte Bedruckbarkeit mit Druckerschwärze jedweder Art, insbesondere, wo die erfindungsgemäßen Fasern den gesamten oder einen beträchtlichen Teil der Fasern in der Papierbahn bilden. Die vorliegenden Fasern verleihen also solchen Papierbahnen eine Wasserbeständigkeit.
Aus den erfindungsgemäßen Fasern gebildete Bahnen zeigen gleichgültig, ob sie durch ein Luftstrom- oder Naßformierverfahren hergestellt und gleichgültig, ob sie mit Zellulosefasern vermischt worden sind, eine verbesserte Bedruckbarkeit mit Druckerschwärze jedweder Art. Solche Bahnen sind entweder wasserbeständig (in dem Fall, wo die erfindungsgemäßen Fasern als einziger oder überwiegender Teil des gesamten Faserinhalts vorliegen) oder zeigen eine verbesserte Wasserbeständigkeit (in dem Fall, daß die erfindungsgemäßen Fasern zu einem geringeren Anteil vorliegen).
Die fortlaufenden Filamente der vorliegenden Erfindung können zu Spinnvliesmatten geformt werden, indem eine Bahn aus Filamenten im Bereich von weniger als 0,5 bis etwa 10 µm Dicke gebildet und unter Wärme verbunden sowie durch herkömmliche Verfahren, wie sie zum Bilden von Tyvek (Marke von E. I. Dupont) oder in dem Docan-Verfahren (Lurgi Mineroltechnik GmbH) werden, gepreßt wird.
Obgleich die erfindungsgemäßen Fasern und Filamente im allgemeinen einen runden oder ovalen Querschnitt haben, können sie in nahezu jeder Querschnittsgestalt hergestellt werden und durch Auswahl einer geeigneten Düsengestalt hohl anstelle von massiv sein.
Die erfindungsgemäßen Fasern und Filamente können für jeden Zweck verwendet werden, bei dem Fasern und Filamente aus anderen Materialien derzeit eingesetzt werden. Aufgrund ihrer Porosität können sie Artikel mit geringerem Gewicht als ähnliche, massive Fasern oder Filamente bilden. Diese Eigenschaft zusammen mit den Eigenschaften der Wasserbeständigkeit und der hervorragenden Färbbarkeit machen daraus hergestellte gewebte und nicht gewebte Textilerzeugnisse und Bahnen besonders geeignet zum Zelten und für Bekleidungsstücke. Die erfindungsgemäßen Fasern und Filamente sowie die daraus hergestellten Textilerzeugnisse und Bahnen stellen auch hervorragende Filtermittel dar und können auch als Trägermaterial für das zeitliche Freisetzen von Pharmazeutika, landwirtschaftlichen oder anderen Chemikalien dienen.
Besonders vorteilhaft können die gewebten und nichtgewebten, aus den erfindungsgemäßen Filamenten und Fasern hergestellten Bahnen als Batterietrennelemente eingesetzt werden. Es ist bekannt, Batterietrennelemente aus nichtgewebten Polyolefinbahnen herzustellen, wie es in dem US-Patent 3 870 567 beschrieben ist. Es ist auch bekannt, Batterietrennelemente aus mikroporösen Lagen herzustellen, wie es in dem US-Patent 3 351 495 beschrieben ist. Vor der Erfindung ist es jedoch nicht bekannt gewesen, Batterietrennmittel aus mikroporösen Fasern oder Filamenten zu bilden.
Die Verwendung mikroporöser, benetzbarer Filamente oder Fasern zum Bilden von Batterietrennelementen schafft gegenüber bekannten Trennelementen aus nichtgewebten Bahnen oder gegenüber bekannten Trennmitteln aus mikroporösen Lagen die beträchtlich verbesserte Fähigkeit, einen Elektrolyten zu absorbieren. Dies erfolgt aufgrund der Tatsache, daß die aus den erfindungsgemäßen Filamenten und Fasern gebildeten Trennelernente sowohl eine Mikroporosität als auch eine Makroporosität zeigen. Diese Eigenschaft ist besonders beim Herstellen von "mageren" Elektrolytbatterien geeignet, bei denen die Fähigkeit des Trennelements, den Elektrolyten zu absorbieren und zurückzuhalten, kritisch ist, da der einzige vorliegende Elektrolyt derjenige ist, welcher durch das Trennelement und die Platte absorbiert wird.
Gewebte oder nichtgewebte Bahnen können selbst als Trennelernente oder in Verbindung mit einem anderen Trennmaterial, wie z. B. das in dem US-Patent 3 351 495 offenbarte Plattentrennelement, verwendet werden. Solche Schichtstoffe aus nichtgewebten Bahnen gestatten die Verwendung wesentlich dünnerer Plattentrennelemente, mit denen die nichtgewebte Bahn verbunden wird (so wie das Trennelement des letzterwähnten Patents), da die nichtgewebte Bahn als eine verstärkende Schicht wirkt.
Die erfindungsgemäßen Trennelemente können gegen Glasfasertrennelemente ausgetauscht werden, wie sie derzeit verwendet werden und in zahlreichen veröffentlichten Patenten, wie z. B. US-Patent 4 072 802, 4 153 759 usw., beschrieben sind. Die erfindungsgemäßen Trennelemente sind hochwertiger als derartige Glasfasertrennelemente aufgrund der Mikroporosität der erfindungsgemäßen Fasern und Filamente.
Vorzugsweise werden die Trennelemente aus den erfindungsgemäßen Fasern und Filamenten mit Dicken von weniger als etwa 3,8 x 10² µm (15 mils), vorzugsweise zwischen etwa 25,4 und etwa 2,54 x 10² µm (1 bis etwa 10 mils) hergestellt. Solche Trennelemente zeigen einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 9,1 x 10&supmin;² mOhm/cm² pro Dicke in µm (1,5 mOhm/inch² pro Dicke in mil). Für magere Elektrolytbatterien kann die Dicke bis zu 2,54 x 10³ µm (100 mils) betragen.
Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen spezifische Möglichkeiten, die Erfindung auszuführen, sie sollen aber nicht als Beschränkung des Umfangs der Erfindung ausgelegt werden:

Beispiel 1

Ein Gemisch, welches 16,78 kg (37 pounds) Polyethylen mit extrem hohem Molekulargewicht (Himont 1900 UHMW Polymer), 62,14 kg (137 pounds) hydriertes, amorphes Siliziumoxid (von PPG Industries hergestelltes Hi-Sil 233) und 0,27 kg (0,6 pounds) Petrac CA- 81 (ein von Desoto, Inc. hergestelltes Gleitmittel) enthält, wird in einem Littleford-Mischer hoher Stärke zwei Minuten lang gut durchmischt. Dem Mischer wurden 123 1 (27 gallons) Shellflex 412 (ein von der Firma Shell Öl hergestellter Erdöl-Kohlenwasserstoff) bei einer Temperatur von etwa 51,7 ºC (125 ºF) zugegeben. Das sich ergebende Gemisch wurde für weitere 5 Minuten durchmischt. Das sich ergebende vermengte Gemisch wird in einem kontinuierlichen Marion-Mischer eingegeben und bis zum Einführen in den Extruder gemischt. Die Mischung wird der Eingabeöffnung eines Leistritz-Extruders des Modells ZSE 96 mit einem Durchsatz von 5,7 x 10&supmin;² kg/s (450 pounds/h) zugeteilt. Gleichzeitig wird Shellflex 412 kontinuierlich in die Eingabeöffnung des Extruders mit einem Durchsatz von 0,63 x 10&supmin;² kg/s (50 pounds/h) zudosiert. Die Walze wird auf eine Temperatur von 220 ºC erwärmt. Das Extrudat wird zu einer Düse geleitet, welche die in dem US-Patent 3 947 537 angegebene Gestalt hat und auf einer Temperatur von 220 ºC gehalten ist. Heiße Luft von 316 ºC (600 ºF) wird in den die Düsenlöcher umgebenden Verteiler mit einer Geschwindigkeit eingeleitet, die eine gute Faserbildung ermöglicht. Die derart gebildeten Fasern werden auf einem 61 cm (24 inches) von der Düse beabstandeten Drehsieb angesammelt. Eine repräsentative Probe der angesammelten Fasern mit einem Gewicht von 100 g wird in dem 12-1-Glaskolben eines Soxhlet-Extraktors angeordnet, welcher 6 Liter 1,1,1-Trichlorethan enthält, und 15 Minuten bei 72 ºC extrahiert. Die extrahierten Fasern haben ein Porenvolumen von etwa 60 %.

Beispiel 2

Ein Handbogen wird aus Fasern des Beispiels 1 gemäß TAPPI T205 m-58 hergestellt. Die sich ergebende Handlage zeigt eine gute Formierung, sieht sehr weiß aus und hält gut zusammen.

Beispiel 3

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wird unter Verwendung derselben Zusammensetzung mit der Ausnahme wiederholt, daß die erwärmte Luft zu den Verteilern abgeschaltet wird. Die fortlaufenden Filamente der so geformten Extrudates können abkühlen. Einige Filamente mit einer Länge von etwa 1 m werden abgeschnitten und in einem Soxhlet-Extraktor wie in Beispiel 1 extrahiert. Nach der Extraktion werden die Filamente auf eine Länge von etwa 2 m gedehnt (gestreckt). Infolge dieser Dehnung reduziert sich der Durchmesser, und sehr weiße, fortlaufende Filamente, welche benetzbar sind, werden erhalten.

Beispiel 4

Beispiel 1 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß der Sammler etwa 25,4 cm (10 inches) von der Düse beabstandet ist. Die sich ergebende Matte wird in eine Lage mit einer Größe von etwa 15,2 cm x 15,2 cm (6 x 6 inches) geschnitten. Die Lage wird in einem Soxhlet- Extraktor wie in Beispiel 1 extrahiert. Die extrahierte Lage wird zwischen zwei Platten einer Presse mit einer Größe von etwa 25,4 cm x 25,4 cm (10 x 10 inches) und einer Plattentemperatur von etwa 138 ºC (280 ºF) angeordnet. Die Platten werden auf einen Spalt von etwa 10 mils zusammengepreßt und für etwa 20 s geschlossen gehalten. Die sich ergebende nichtgewebte Bahn hat ein weißes Aussehen und ist benetzbar.

Beispiel 5

Die nichtgewebte Bahn von Beispiel 4 wird hinsichtlich ihres elektrischen Widerstandes in einem Palico-Meßgerät untersucht, was ein 10minütiges Einweichen in kochendem Wasser (100 ºC) und ein 20minütiges Einweichen in einer Schwefelsaure mit einer Dichte von 1780 bei 26 ºC nach sich zieht. Der elektrische Widerstand beträgt 1,6 mOhm/cm² (10 mOhm/inch²).

Beispiel 6

Ein Gemisch, welches 1,5 kg (3,3 pounds) Polyethylen mit einem extrem hohen Molekulargewicht (Rimont 1900 UHMW Polymer), 5,2 kg (11,5 pounds) hydriertes, amorphes Siliziumoxid (von der Firma PPG Industries hergestelltes Hi-Sil 233), 0,03 kg (0,06 pounds) Irganox B 215 (ein von Ciba-Geigy hergestellter Oxidationsinhibitor/Stabilisierer) und 0,03 kg (0,06 pounds) Petrac CA-81 (ein von der Firma Desote, Inc. hergestelltes Gleitmittel) enthält, wurde in einem Littleford-Mischer hoher Stärke 2 Minuten lang gut durchgemischt. Zu dem Mischer wurden 17,27 Liter (3,8 gallons) Shellflex 412 (ein von der Firma Shell Öl hergestellter Erdöl-Kohlenwasserstoff) bei einer Temperatur von 21 ºC (70 ºF) zugegeben. Das sich ergebende Gemisch wurde weitere 5 Minuten durchgemischt. Die Mischung wurde der ersten Eingabeöffnung eines Batol-Extruders des Modells BTS 40 mit einem Durchsatz von 31 g/min. zugegeben. Gleichzeitig wurde Shellflex 412 kontinuierlich in die zweite Eingabeöffnung des Extruders mit einem Durchsatz von 11 g/min. zugegeben. Die Walze wurde auf eine Temperatur zwischen 195 ºC und 240 ºC erwärmt. Der Extruder ist an eine Düse angeschlossen, welche die in dem US-Patent 3 947 537 gezeigte Gestalt hat. Das Mundstück der Düse hatte eine Länge von 25,4 cm (10 inches) sowie 100 Löcher, von denen jedes einen Durchmesser von 0,064 cm (0,025 inch) hatte. Die Düse wurde auf einer Temperatur zwischen 236 ºC und 315 ºC gehalten. Heiße Luft von 316 ºC (600 ºF) wurde in den die Düsenlöcher umgebenden Verteiler mit einem Durchsatz eingeleitet, welche eine gute Faserbildung ermöglicht. Die derart gebildeten Fasern wurden auf einem 91,44 cm (36 inches) von der Düse beabstandeten Drehsieb aufgesammelt. Eine repräsentative Probe der angesammelten Fasern mit einem Gewicht von 100 g wurde in den 12-1-Glaskolben eines Soxhlet-Extraktors gegeben, welcher 6 Liter 1,1,1-Trichlorethan enthält und 15 Minuten bei 75 ºC extrahiert. Die extrahierten Fasern haben ein Porenvolumen von etwa 60 %.

Claims

1. Gestreckter, strangartiger, nichthohler Artikel bestehend aus 10 bis 90 Vol.-% eines Polyolefins mit extrem hohem Molekulargewicht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Homopolymeren Ethylen, Propylen und Butylen; 10 bis 90 Vol -% eines hygroskopischen Füllmittels mit einer Partikelgröße von weniger als 10 µm und einer Oberfläche von mehr als 30 m²/g; und etwa 1 bis 15 Vol.-% eines Weichmachers, wobei das Polyolefln, das Füllmittel und der Weichmacher sich immer zu 100 Vol.-% aufaddieren und der Artikel ein Porenvolumen von mehr als 20 % des Artikels hat.

2. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel ein Material mit Oberfiächensilanolgruppen ist.

3. Artikel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel Siliziumoxid ist.

4. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin Polyethylen mit einer Eigenviskosität von mehr als etwa 5 dl/g ist.

5. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher ein Erdöl- Kohlenwasserstoff ist.

6. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Durchmesser des Artikels im Bereich von 1 bis 10 µm liegt.

7. Nichtgewebte Bahn, welche aus einer Vielzahl von strangartigen Artikeln gemäß Anspruch 1 gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn eine Makroporosität von mehr als etwa 50 % und eine maximale Makroporengröße von weniger als etwa 25 µm hat.

8. Wasserbelegte Papierbahn, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von strangartigen Artikeln gemäß Anspruch 1.

9. Papierbahn nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Zellulosefasern.

10. Webstoff, gekennzeichnet duch eine Vielzahl von strangartigen Artikeln gemäß Anspruch 1.

11. Batterietrennelement bestehend aus einer Bahn, welche aus einer Vielzahl von strangartigen Artikeln gemäß Anspruch 1 gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn eine Dicke zwischen 25,4 und 2,54 * 10³ µm (1 und 100 mils) und einen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 9,1 * 10&supmin;² mOhm/cm² pro Dicke in µm (1,5 mOhm/inch² pro Dicke in mil) hat.

12. Verfahren zum Bilden mikroporöser strangartiger Artikel, welche benetzbar sind, umfassend die folgenden Schritte: Bilden eines Gemisches aus einem Polyolefin mit extrem hohem Molekulargewicht und einem hygroskopischen Füllmittel mit einer Partikelgröße von weniger als etwa 10 µm und einer Oberfläche von mehr als etwa 30 m²/g; Zuführen des Gemisches und eines Weichmachers zur Eingabeöffnung eines Extruders; Erwärmen und Vermischen der Mischung aus dem Gemisch und dem Weichmacher in dem Extruder bei einer zum Plastifizieren der Mischung ausreichenden Temperatur; Zuführen des Extrudats von dem Extruder zu einem für die Bildung strangartiger Artikel geeigneten Düse; Herauspressen strangartiger Artikel aus der Düse; und Extrahieren einer ausreichenden Menge des Weichmachers aus den strangartigen Artikeln zum Erzeugen eines Porenvolumens von mehr als 20 %.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die strangartigen Artikel nach dem Extrahieren gestreckt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die strangartigen Artikel durch Beaufschlagen der strangartigen Artikel mit erwärmter Luft gestreckt werden, nachdem sie aus der Düse herausgepreßt worden sind.