DE69117821T2

DE69117821T2 - Verbessertes, nassgelegtes, gebundenes Vlies, zweikomponentige Fasern einschliesslich LLDPE enthaltend

Info

Publication number: DE69117821T2
Application number: DE69117821T
Authority: DE
Inventors: Barrie Linton Davies; Steven Floyd Nielsen
Original assignee: Hoechst Celanese Corp
Current assignee: Invista Technologies SARL Switzerland
Priority date: 1990-07-02
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2011-07-02
Also published as: DE69117821D1; JPH07111039B2; EP0465203A1; EP0465203B1; CA2045114A1; MX9100053A; US5167765A; ATE135419T1; JPH04241193A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermisch verfestigten faserigen Naßvliesstoff, der eine spezielle Bikomponentenfaser enthält. Dieser thermisch verfestigte faserige Naßvliesstoff weist nicht nur eine erhöhte Vliesfestigkeit auf, sondern es wird auch gefunden, daß er eine größere Vlies-Gleichmäßigkeit ergibt. Darüber hinaus wird gefunden, daß das Vlies viel weicher als ein reguläres Papiervlies ist. Insbesondere besteht die Bikomponentenfaser im wesentlichen aus einer ersten Komponente, die aus Polyester oder Polyamid besteht, und einer zweiten Komponente&sub1; die aus linearem Polyethylen niedriger Dichte besteht. Der thermisch verfestigte faserige Naßvliesstoff kann weiterhin eine Matrixfaser umfassen, die aus einer aus Fasern zur Herstellung von Cellulosepapier, Celluloseacetat-Fasern, Glasfasern, Polyesterfasern, Keramikfasern, Netallfasern, Mineralwollefasern, Polyamidfasern und anderen natürlich vorkommenden Fasern bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

2. Stand der Technik

Bei den Verfahren nach dem Stand der Technik zur Herstellung von Naßvliesstoffen oder Papier aus Fasern, aus welcher Quelle auch immer, ist es üblich, zuvor geklopfte Fasern, oder das, was im allgemeinen als Pulpe bekannt ist, in einem wässrigen Medium zu suspendieren, um sie einer blattbildenden Vorrichtung wie einem Fourdrinier-Sieb zuzuführen. Diese faserhaltige wässrige Dispersion wird im Fachgebiet im allgemeinen als Faserhalbstoff bezeichnet. Ein unangenehmes Problem bei dieser Stufe der Herstellung von faserigen Naßvliesstoffen ist die Tendenz der Fasern zum Klumpen, Koagulieren oder Absetzen im wässrigen Hilfsmittel. Dieser Zustand wird im allgemeinen als Flockung bezeichnet und erschwert das Erreichen einer gleichmäßigen Vliesbildung sehr. Das heißt, daß die Flockung eine ungleichmäßige Faserverteilung im daraus hergestellten Papierprodukt verursacht und nicht nur ein geflecktes, ungleichmäßiges Aussehen zeigt, sondern daß das Papierprodukt darüber hinaus mit Bezug auf solche wichtigen physikalischen Eigenschaften wie Reißen, Platzen und Zugfestigkeit unzureichend ist. Ein anderes Problem bei der Herstellung von faserigen Naßvliesstoffen besteht in der Tendenz der Fasern, zur Oberfläche der Faserhalbstoffe zu schweben.
Für die Herstellung von faserigen Naßvliesstoffen aus normalerweise verwendeten Fasern wie Ceilulose sind Verfahren bekannt, mit denen eine gleichmäßige Dispersion der Fasern und ein Vermindern und sogar Verhindern des Auftretens der Flokkung erreicht wird. Eines der wirksameren Mittel besteht darin, eine kleine Menge Karajagummi zu den Faserhalbstoffen zu geben. Dies hat sich jedoch bei verschiedenen Anwendungen als nicht erfolgreich erwiesen, aber andere Mittel wie Carboxymethylcellulose oder Polyacrylamid werden verwendet, um das erwünschte Ergebnis der Cellulose im Faserhalbstoff zu erreichen.
Faserige Naßvliesstoffe können auch aus anderen natürlichen oder synthetischen Fasern hergestellt werden, zusätzlich zu den Holz-Cellulosefasern zur Papierherstellung. Ein Wasser- Faserhalbstoff wird im allgemeinen mit einem assozuerenden Verdickungsmittel und einem Dispergiermittel gebildet. Die Cellulosepulpe wird vor der Zugabe des Dispergiermittels in Wasser dispergiert, gefolgt von der Zugabe des assozuerenden Verdickungsmittels in einer Menge im Bereich von bis zu 150 Pfund pro Tonne Trockenfaser, wodurch der Wasser-Faserhalbstoff gebildet wird, und der Zugabe und Dispersion der natürlichen und/oder synthetischen Fasern. Schließlich wird die Dispersion der gemischten Fasern in einem Wasser-Träger auf die erwünschte Auflaufkasten-Konsistenz verdünnt und auf dem Formsieb einer herkömmlichen Papierherstellungsmaschine verteilt. Der Dispersion kann, falls erforderlich, ein Antischaummittel zugegeben werden, um das Schäumen der Dispersion zu verhindern, und, falls erforderlich, kann ein Benetzungsmittel verwendet werden, um das Benetzen der Fasern zu verhindern Aus dem Faserhalbstoff kann an einer herkömmlichen Hochgeschwindigkeits-Fourdrinier-Papiermaschine ein verfestigtes faseriges Vlies hergestellt werden, wodurch ein starker, thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff erzeugt wird.
Bei Verfahren für das Naßverlegen nach dem Stand der Technik, wobei die Textil-Stapelfasern Polyesterfasern sind, werden im allgemeinen Bindemittel auf Wasserbasis dem Verfahren zugegeben, um eine Haftung zwischen den Cellulosefasern und den Polyesterfasern sicherzustellen. Im allgemeinen wird etwa 4 % bis etwa 35 % Bindemittel-Material verwendet. Eines der auftretenden Probleme bei der Verwendung eines Bindemittels auf Wasserbasis besteht darin, daß das Bindemittel bei solchen Anwendungen wie Filtern aus dem resultierenden Vlies extrahiert wird. Die Zugabe von Bindemittel erhöht die Kosten und führt zu Umweltproblemen. Darüber hinaus weisen Latex-Bindemittel eine kurze Gebrauchsfähigkeitsdauer auf und erfordern spezielle Lagerungsbedingungen. Darüber hinaus können die Latex-Bindemittel gegenüber der Bedingung des verwendeten Verdünnungsmittels Wasser empfindlich sein.
Das Mischen von Bikomponentenfasern zur Herstellung von Vliesstoffen mit natürlichen und synthetischen Fasern in Trockenverfahren ist wohlbekannt. Zum Beispiel wird in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 070 164 an Fekete et al. ein hochabsorbierender, thermisch verfestigter Vliesstoff geringer Dichte, umfassend eine Stapellänge Polyester/Polyethylen-Bikomponentenfaser und eine kurze Länge natürlicher Cellulosefasern, offenbart. Das U.S.-Patent Nr. 4 160 159 an Samejima offenbart ein absorptionsfähiges Textilmaterial, das Holzpulpe enthält, die mit heißschmelzbaren Fasern kurzer Länge kombiniert ist. Obwohl diese Patente die Verwendung der Kombination aus Bikomponentenfasern und Cellulosefasern offenbaren, zielt die Offenbarung nicht auf eine Naßverlege-Anwendung. Viele Probleme erwachsen aus dem Versuch, eine heißschmelzbare Faser wie eine Bikomponentenfaser in einen faserigen Naßvliesstoff einzuarbeiten.
Solche Textilmaterial-Vliesstoffe werden normalerweise hergestellt, indem eine oder mehrere faserige Schichten oder Vliese aus Fasern mit Textillänge durch Trockentextil-Kardierungstechniken abgelegt werden, die normalerweise die Mehrzahl der einzelnen Fasern mehr oder weniger allgemein in Maschinenrichtung ausrichten. Die einzelnen Fasern mit Textillänge dieser kardierten Faservliese werden dann durch herkömmliche Verfestigungs- (Heiz-) techniken verfestigt, wie zum Beispiel durch Punktmuster-Verfestigen, wodurch ein einheitlicher, selbsttragender Vliesstoff erhalten wird.
Solche Herstellungstechniken sind jedoch relativ langsam, und es ist erwünscht, daß Herstellungsverfahren mit größeren Produktionsgeschwindigkeiten entwickelt werden. Darüber hinaus muß festgestellt werden, daß solche Trockentextil-Kardierungs- und -Verfestigungstechniken normalerweise nur auf Fasern anwendbar sind, die eine kardierbare Textillänge von wenigstens etwa 1,27 cm (½ Inch) und vorzugsweise mehr aufweisen, und sind nicht auf kurze Fasern wie Holzpulpe-Fasern anwendbar, die sehr kurze Längen von etwa 0,42 cm (1/6 Inch) herunter bis etwa 0,10 cm (1/25 Inch) oder weniger aufweisen.
Kürzlich ist die Herstellung von Textilmaterial-Vliesstoffen durch das Naßsiebverfahren auf herkömmlichen oder modifizierten Papierherstellungs- oder ähnlichen Maschinen durchgeführt worden. Solche Herstellungsverfahren weisen vorteilhaft höhere Produktionsgeschwindigkeiten auf und sind auch auf sehr kurze Fasern wie Holzpulpefasern anwendbar. Unglücklicherweise treten bei der Verwendung von Fasern mit Textillänge oft Schwierigkeiten bei solchen Naßsieb-Herstellungstechniken auf.
Probleme, die beim Versuch auftreten, eine heißschmelzbare Faser wie eine Bikomponentenfaser in ein Naßsiebverfahren einzuarbeiten, bestehen im Erlangen einer gleichmäßigen Dispersion der Bikomponentenfaser sowie im Erlangen eines thermisch verfestigten Vlieses mit ausreichender Festigkeit, so daß das thermisch verfestigte Vlies brauchbar ist. Es ist in der Vergangenheit gefunden worden, daß es schwierig ist, Bikomponentenfasern, die einen Mantel aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und einen Kern aus Polyester enthalten, in Naßlege-Lösungen gleichmäßig zu verteilen. Es wurde gefunden, daß, wenn die Verteilung der Fasern erreicht worden ist, daraus hergestellten faserigen Vliesen die erwünschte Festigkeit fehlt.
Die europäische Patentanmeldung 0 311 860 offenbart eine Bikomponentenfaser mit einer Polyester- oder Polyamidkern- und einer Mantelkomponente, die aus einem geradkettigen Copolymer- Ethylen niedriger Dichte besteht; und die Bikomponentenfaser kann durch die Verwendung bekannter Verfahren zur Herstellung von Vliesstoffen, einschließlich des Naßverlegens, in ein Vlies geformt werden. Das Copolymer-Polyethylen ist so definiert, daß es aus Ethylen und wenigstens einem Element besteht, ausgewählt aus der Klasse bestehend aus einer ungesättigten Carbonsäure, einem Derivat der Carbonsäure und einer Carbonsäure und einem Carbonsäureanhydrid Die Anmeldung gibt keinerlei Einzelheiten in Bezug auf ein Naßverlegeverfahren des Copolymer-Polyethylens oder die resultierenden Einzelheiten des daraus hergestellten Vlieses an.
GB-A-2 125 458 offenbart ein thermisch verfestigtes faseriges Vlies, bestehend im wesentlichen aus einer Bikomponentenfaser, umfassend eine Polyester- oder Polyamid-Komponente und eine zweite Komponente, bestehend im wesentlichen aus einem linearen Polyethylen niedriger Dichte mit einer Dichte im Bereich von 0,910 bis 0,940 g/cm³. Das Vlies kann auch eine Matrixfaser umfassen.
Es bleibt die Notwendigkeit zur Entwicklung eines thermisch verfestigten faserigen Naßvliesstoffs, der einen geeigneten heißschmelzbaren Bikomponenten-Endlosfaden umfaßt, der nicht nur die Festigkeit des Vlieses erhöht, sondern auch Probleme vermeidet, die mit der Zugabe von Bindemitteln verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermisch verfestigten faserigen Naßvliesstoff, der eine spezielle Bikomponentenfaser umfaßt, so daß ein thermisch verfestigtes Vlies erhalten wird, das nicht nur eine erhöhte Festigkeit aufweist, sondern auch eine höhere Gleichmäßigkeit des Vlieses aufweist, und das weicher als ein normales Papiervlies ist. Insbesondere besteht der thermisch verfestigte faserige Naßvliesstoff der vorliegenden Erfindung im wesentlichen aus einer Bikomponentenfaser, umfassend eine erste Komponente aus Polyester oder Polyamid und eine zweite Komponente, bestehend im wesentlichen aus einem linearem Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) mit einer Dichte im Bereich von 0,88 bis 0,945 g/cm³ und einem gepfropften Polyethylen hoher Dichte (HDPE), das anfänglich eine Dichte im Bereich von 0,94 bis 0,965 g/cm³ aufweist, das mit Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid gepfropft ist, wodurch Bemsteinsäure- oder Bernsteinsäureanhydridgruppen erhalten werden, die entlang des HDPE-Polymers gepfropft sind.
Weiterhin umfaßt die vorliegende Erfindung einen thermisch verfestigten faserigen Naßvliesstoff, umfassend eine Bikomponentenfaser, bestehend im wesentlichen aus einer ersten Komponente aus Polyester oder Polyamid und einer zweiten Komponente, bestehend im wesentlichen aus einem Copolymer aus linearem Polyethylen niedriger Dichte mit einer Dichte im Bereich von 0,88 g/cm³ bis 0,945 g/cm³, und einem gepfropften Polyethylen hoher Dichte (HDPE), das anfänglich eine Dichte im Bereich von 0,94 bis 0,965 g/cm³ aufweist, das mit Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid gepfropft ist, wodurch Bemsteinsäure- oder Bemsteinsäur eanhydridgruppen erhalten werden, die entlang der HDPE-Polymerkette gepfropft sind; und eine Matrixfaser, ausgewählt aus der im wesentlichen aus Cellulosefasern zur Papierherstellung, Celluloseacetat-Fasern, Glasfasern, Polyesterfasern, keramischen Fasern, Mineralwollfasern, Polyamidfasern und anderen natürlich vorkommenden Fasern bestehenden Gruppe.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und verschiedenen Mengen der Bikomponentenfasern in einem thermisch verfestigten Vlies, wie in Beispiel 2 beschrieben, veranschaulicht.
Figur 2 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dehnung und verschiedenen Mengen der Bikomponentenfasern in einem thermisch verfestigten Vlies, wie in Beispiel 2 beschrieben, veranschaulicht.
Figur 3 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Elmendorf-Reißprüfung und verschiedenen Mengen der Bikomponentenfasern in einem thermisch verfestigten Vlies, wie in Beispiel 2 beschrieben, veranschaulicht.
Figur 4 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Mullen-Berstprüfung und verschiedenen Mengen der Bikomponentenfasern in einem thermisch verfestigten Vlies, wie in Beispiel 2 beschrieben, veranschaulicht.

Beschreibung der bevorzuaten Ausführungsformen

Ein thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff der vorliegenden Erfindung wird aus einer speziellen Bikomponentenfaser und gegebenenfalls einer Matrixfaser hergestellt. Verfahren zur Herstellung solcher thermisch verfestigten faserigen Naßvlies stoffe umfassen darüber hinaus geeignete Dispergiermittel und Verdickungsmittel.
Bikomponentenfasern, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen eine erste Komponente oder ein Hauptkettenpolymer aus Polyester oder Polyamid oder Polypropylen. Polyester, Polyamide und Polypropylen sind wohlbekannte Textilmaterialien, die für die Herstellung von Textilmaterial und anderen Anwendungen verwendet werden. Obwohl Polyester und Polyamid aufgeführt worden sind, würde jedes geeignete Hauptkettenpolymer Polymere mit einem höheren Schmelzpunkt als das LLDPE umfassen. Im allgemeinen weist das Hauptkettenpolymer einen Schmelzpunkt auf, der um wenigstens 30 ºC höher als der der zweiten Komponente ist.
Ebenfalls eingeschlossen in die Bikomponentenfaser ist eine zweite Komponente, die im wesentlichen aus einem linearen Polyethylen niedriger Dichte besteht. Solche Polymere werden aufgrund der wesentlichen Abwesenheit von verzweigten Ketten aus polymerisierten Monomereinheiten, die seitenständig zur Hauptpolymer-"Hauptkette" sind, als "linear" bezeichnet. Es sind diese linearen Polymere, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht. Bei einigen liegt ein Ethylenpolymer vom "linearen" Typ vor, worin Ethylen mit kleineren Mengen an α,β- ungesättigten Alkenen mit 3 bis 12 Kohlenstoffen pro Alkenmolekül, vorzugsweise 4 bis 8, copolymerisiert ist. Die Menge des Alken-Comonomers ist im allgemeinen ausreichend, um dafür zu sorgen, daß die Dichte des Polymers aufgrund der Alkyl- Seitenketten am Polymermolekül im wesentlichen im selben Dichtebereich wie LDPE liegt, trotzdem verbleibt das Polymer in der "linearen" Klassifikation; diese werden zweckmäßigerweise als "lineares" Polyethylen niedriger Dichte bezeichnet.
Das LLDPE-Polymer kann eine Dichte im Bereich von etwa 0,88 g/cm³ bis etwa 0,945 g/cm³, vorzugsweise 0,90 g/cm³ bis etwa 0,940 g/cm³, aufweisen. Es ist für Fachleute offensichtlich, daß die Dichte zu einem großen Teil vom speziellen Alken (von den speziellen Alkenen) abhängt, die in das Polymer eingearbeitet sind. Die zur Herstellung von LLDPE mit Ethylen copolymerisierten Alkene umfassen eine kleinere Menge wenigstens eines olefinisch ungesättigten Alkens der Form C&sub3;-C&sub1;&sub2;, am meisten bevorzugt von C&sub4; - C&sub8;; 1-Octen ist besonders bevorzugt. Die Menge des Alkens kann etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-% des Copolymers ausmachen, bevorzugt etwa 1 % bis etwa 20 %, am meisten bevorzugt etwa 1 % bis etwa 10 %.
Das LLDPE-Polymer kann einen Schmelzflußwert (MEV) im Bereich von etwa 5 g/10 min bis etwa 200 g/10 min aufweisen, gemessen in Einklang mit ASTM D-1238 (E) bei 190 ºC. Vorzugsweise liegt der Schmelzflußwert im Bereich von etwa 7 g/10 min bis etwa 120 g/10 min, am meisten bevorzugt etwa 10 g/10 min bis etwa 105 g/10 min. Fachleute sind sich darüber im klaren, daß der Schmelzflußwert in inverser Beziehung zur Molmasse des Polymers steht.
Die zweite Komponente der Bikomponentenfaser umfaßt auch ein gepfropftes Polyethylen hoher Dichte (HDPE) in einer Mischung mit dem LLDPE, wobei das HDPE mit Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid gepfropft ist, wodurch Bemsteinsäure- oder Bernsteinsäureanhydridgruppen erhalten werden, die entlang der Polymerkette des HDPE gepfropft sind. Das HDPE zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist ein normalerweise festes Polymer mit hoher Molmasse, das durch Verwendung eines Katalysators vom Koordinationstyp in einem Verfahren hergestellt wird, worin Ethylen homopolymerisiert wird. Das HDPE, das zur Herstellung des gepfropften HDPE gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß es gemäß ASTM D-1238 (E) bei 190 ºC einen Schmelzflußwert im Bereich von etwa 5 g/10 min bis etwa 500 g/10 min und eine Dichte im Bereich von etwa 0,94 g/cm³ bis etwa 0,965 g/cm³, vorzugsweise einen Schmelzflußwert von etwa 7 g/10 min bis etwa 150 g/10 min und eine Dichte von etwa 0,945 g/cm³ bis etwa 0,960 g/cm³ aufweist. Die Anhydrid- oder Säuregruppen umfassen im allgemeinen etwa 0,0001 bis etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% des HDPE. Das Verhältnis gepropftes HDPE/ungepfropftes LLDPE der vorliegenden Mischung liegt im Bereich von etwa 2/98 bis etwa 30/70, vorzugsweise etwa 5/95 bis etwa 20/80.
Es ist in diesen relevanten Fachgebieten bekannt, daß die Stellen der Olefin-Ungesättigtheit der Maleinsäure und Maleinsäureanhydrid-Verbindungen zu den Säuregruppen konjugiert sind, im Gegensatz zu den kondensierten Ring- und Bicyclo-Strukturen der nichtkonjugierten ungesättigten Säuren von z.B. U.S.-Patent Nr. 3 873 643 und U.S.-Patent Nr. 3 882 194 und dergleichen. Fumarsäure, vergleichbar mit Maleinsäure, deren Isomer sie ist, ist ebenfalls konjugiert. Fumarsäure lagert sich, wenn sie erwärmt wird, um, und gibt Wasser ab, wodurch Maleinsäureanhydrid gebildet wird, ist somit in der vorliegenden Erfindung brauchbar. Es können andere α,β-ungesättigte Säuren verwendet werden.
Das Pfropfen der Bemsteinsäure- oder Bernsteinsäureanhydridgruppen auf das Ethylenpolymer kann durch Verfahren bewerkstelligt werden, die im Fachgebiet beschrieben sind, umfassend das Umsetzen von Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid in Beimischung mit erwärmtem Polymer, wobei im allgemeinen ein Peroxid oder ein anderer Radikalinitiator zum Beschleunigen des Pfropfens verwendet wird.
Das Pfropfen kann in der Gegenwart von Sauerstoff, Luft, Hydroperoxiden oder anderen Radikalinitiatoren oder in der wesentlichen Abwesenheit dieser Materialien, wenn die Mischung aus Monomer und Polymer unter hoher Scherung in der Abwesenheit von Wärme gehalten wird, bewerkstelligt werden. Ein praktisches Verfahren zur Herstellung des Pfropf-Copolymers ist die Verwendung von Extrusionsmaschinen, jedoch können Banbury-Mischer, Walzenmühlen und dergleichen ebenfalls zur Bildung des Pfropf-Copolymers verwendet werden.
Ein anderes Verfahren besteht darin, einen Doppelschnecken- Entgasungsextruder (wie einen Werner-Pfleider Doppelschnecken- Extruder) zu verwenden, worin Maleinsäure (oder Maleinsäureanhydrid) gemischt und mit dem HDPE bei Schmelztemperaturen umgesetzt wird, wodurch das Pfropfpolymer erzeugt und extrudiert wird. Das so erzeugte Pfropf-Copolymer wird dann nach Bedarf mit LLDPE gemischt, wodurch die Mischungen dieser Erfindung erzeugt werden.
Die Herstellung von Bikomponenten-Endlosfäden entweder der Mantel/Kern-Konfiguration oder der Seite-an-Seite-Konfiguration durch die Verwendung von Spinnpaketen und Spinndüsen ist im Fachgebiet wohlbekannt. Ein herkömmliches Spinnverfahren für die Herstellung einer Faser mit einer Mantel/Kern-Konfiguration umfaßt das Einspeisen des mantelbildenden Materials in die Öffnungen der Spinndüsen in einer Richtung, die senkrecht zu den Öffnungen ist, und das Einspritzen des kembildenden Materials in das mantelbildende Material, wenn es in die Öffnungen der Spinndüsen fließt. Es wird Bezug auf die U.S.- Patente Nr. 4 406 850 und 4 251 200 genommen, die Bikomponenten-Spinnbaugruppen offenbaren und die Herstellung von Bikomponentenfasern beschreiben. Auf diese Patente wird hier ausdrücklich als Literaturstelle Bezug genommen.
Bikomponentenfasern der vorliegendenerfindung können entweder exzentrisch oder konzentrisch sein. Es gilt jedoch als vereinbart, daß in Betracht zu ziehen ist, daß die Bikomponentenfasern mit Seite-an-Seite-Konfigurationen oder mehrfach segmentierte Bikomponentenfasern ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.
Es ist gefunden worden, daß solche Bikomponentenfasern im allgemeinen ein Verhältnis von der Länge zum Durchmesser von 100 : 1 bis etwa 2000 : 1 aufweisen. Es wird gefunden, daß solche Längen im allgemeinen etwa 1 mm bis etwa 75 mm und vorzugsweise etwa 10 mm bis 15 mm betragen. Durchmesser der Fasern betragen etwa 0,5 dpf bis etwa 50 dpf. Solche Bikomponentenfasern werden im allgemeinen auf herkömmlichen Verfahrensmaschinen geschnitten, wie sie im Fachgebiet wohlbekannt sind.
Der zweite Bestandteil, der in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, sind die Matrixfasern. Solche Fasern können im allgemeinen durch die Tatsache gekennzeichnet werden, daß alle diese Fasern durch Hydroxyl- oder Amingruppen, die in der Faser vorhanden sind, chemische Bindungsstellen bereitstellen. Eingeschlossen in die Klasse solcher Matrixfasern sind die Cellulosefasern zur Papierherstellung, Celluloseacetat-Fasern, Glasfasern, Polyesterfasern, Metallfasern&sub1; keramischen Fasern, Mineralwollfasern, Polyamidfasern und andere natürlich vorkommenden Fasern.
Beim Verfahren zum Dispergie en der Bikomponentenfasern und Matrixfasern im Faserhalbstof wird ein Siebwassersystem aus Wasser, Verdickungsmittel und ispergiermittel verwendet. Das Dispergiermittel wirkt, indem es erst die Fasern trennt und die Faseroberflächen vorbenetzt. Das Verdickungsmittel wirkt, indem es die Viskosität des Wasser-Trägermediums erhöht, und wirkt auch als ein Gleitmittel für die Fasern. Durch diese Vorgänge wirkt das Verdickungsmittel, indem es die Flockung der Fasern bekämpft.
Verschiedene Bestandteile können als Verdickungsmittel verwendet werden. Eine Klasse nichtionischer Assoziations-Verdikkungsmittel umfaßt Urethan-Block-Copolymere mit einer relativ geringen (10 000 - 200 000) Molmasse auf der Grundlage von Ethylenoxid, die in den U.S.-Patenten Nr. 4 079 028 und 4 155 892 offenbart sind, worauf hier ausdrücklich als Literaturstelle Bezug genommen wird. Diese Assoziations-Verdickungsmittel sind besonders wirkungsvoll, wenn der Faserhalbstoff 10 % oder mehr hydrophobe Fasern mit Stapellänge enthält. Kommerzielle Formulierungen dieser Copolymere werden von Rohm und Haas, Philadelphia, PA, unter den Handelsnamen ACRYSOL RM- 825 und ACRYSOL RHEOLOGY MODIFIER QR-708, QR-735 und QR-1001 verkauft, die Urethan-Block-Copolymere in Trägerfluids umfassen. ACRYSOL RM-825 ist ein Polymer mit einem Feststoffgrad von 25 % in einer Mischung aus 25 % Butylcarbitol (ein Diethylenglycolmonobutylether> und 75 % Wasser. ACRYSOL RHEOLOGY MODIFIER QR-708, ein Feststoffgrad von 35 % in einer Mischung aus 60 % Propylenglycol und 40 % Wasser, kann ebenfalls verwendet werden.
Ahnliche Copolymere in dieser Klasse, einschließlich derer, die von der Union Carbide Corporation, Danbury, Conn., unter den Handelsnamen SCT-200 und SCT-275 und von Hi-Tek Polymers unter dem Handelsnamen SCN 11909 vertrieben werden, sind für das Verfahren dieser Erfindung nützlich. Andere Verdickungsmittel umfassen modifizierte Polyacrylamide, die von der Nalco Chemical Company erhältlich sind.
Eine andere Klasse von Assoziations-Verdickungsmitteln, bevor zugt für die Herstellung von Faserhalbstoffen, die vorwiegend Cellulosefasern, d.h. Reyon-Fasern oder eine Mischung aus Holzfasern und synthetischen Cellulosefasern wie Reyon enthalten, umfaßt modifizierte nichtionische Celluloseether des Typs, wie er im U.S.-Patent Nr. 4 228 277 offenbart ist, worauf hier ausdrücklich als Literaturstelle Bezug genommen wird und das unter dern Handelsnamen AQUALON von Hercules Inc., Wilmington, Delaware, verkauft wird. AQUALON WSP M-1017, eine Hydroxyethylcellulose, die mit einer C&sub1;&sub0;- bis C&sub2;&sub4;-Seitenketten- Alkylgruppe modifiziert ist und eine Molmasse im Bereich von 50 000 bis 400 000 aufweist, kann im Siebwasser-System verwendet werden.
Die Dispergiermittel, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind synthetische, langkettige, lineare Moleküle mit einer extrem hohen Molmasse, zum Beispiel in der Größenordnung von wenigstens 1 10&sup6; und bis zu etwa 15 10&sup6; oder 20 10&sup6; oder sogar darüber. Solche Dispergiermittel sind sauerstoffhaltig und/oder durch den vorhandenen Stickstoff, zum Beispiel als Amin, stickstoffhaltig. Als Ergebnis der Gegenwart von Stickstoff weisen die Dispergiermittel in Wasser hervorragende Wasserstoffbrückenbindungs-Eigenschaften auf. Die Dispergiermittel sind wasserlöslich und sehr hydrophil.
Es wird auch angenommen, daß diese langkettigen, linearen, polymeren Dispergiermittel mit hoher Molmasse auf der Faseroberfläche abgeschieden werden und sie beschichten und gleitfähig machen. Diese Entwicklung eines hervorragenden Gleitmerkmals unterstützt auch das Zurückhalten der Bildung von Klumpen, Verschlingungen und Bündeln. Beispiele für solche Dispergiermittel sind Polyethylenoxid, wobei es sich um ein nichtionisches langkettiges Homopolymer handelt und das eine mittlere Molmasse von etwa 1 10&sup6; bis etwa 7 10&sup6; oder mehr aufweist; Polyacrylamid, wobei es sich um ein langkettiges nichtionisches oder leicht anionisches Homopolymer handelt und das eine mittlere Molmasse von etwa 1 10&sup6; bis etwa 15 10&sup6; oder mehr aufweist, Acrylamid-Acrylsäure-Copolymere, wobei es sich um lange, geradkettige, in neutralen und anionischen Lösungen anionische, aber unter sauren Bedingungen nichtionische Polyelektrolyten handelt und die eine mittlere Molmasse im Bereich von etwa 2 - 3 10&sup6; oder mehr aufweisen; Polyamine, wobei es sich um langkettige kationische Polyelektrolyten handelt und die eine hohe Molmasse von etwa 1 10&sup6; bis etwa 5 10&sup6; oder mehr aufweisen; etc. Ein bevorzugtes Dispergiermittel ist ein oxyalkyliertes Fettamin. Die Konzentration der Dispergiermittel im wässrigen Medium kann innerhalb relativ weiter Grenzen verändert werden und kann so gering wie 1 ppm und so hoch wie etwa 200 ppm sein. Höhere Konzentrationen bis zu etwa 600 ppm können verwendet werden, neigen aber dazu, aufgrund der Kosten des Dispergiermittels unwirtschaftlich zu werden, und können eine geringe Naßvliesfestigkeit verursachen. Wenn jedoch eine Vorrichtung zur Rückgewinnung vorhanden ist, wobei das wässrige Medium und das Dispergiermittel darin zurückgeführt und wiederverwendet wird, können Konzentrationen bis zu 1000 ppm oder darüber resultieren.
Die Faserkonzentration in der Faseraufschlämmung kann ebenfalls innerhalb relativ weiter Grenzen verändert werden. Konzentrationen, die so gering wie etwa 0,1 Gew.-% bis 6,0 Gew.-% des Faserhalbstoffs sind, sind geeignet. Leichtere oder schwerere Bereiche können für Spezialprodukte, die für Spezialzwecke vorgesehen sind, verwendet werden.
Es ist gefunden worden, daß die Bikomponenten- und Matrixfasern zu gleichen Teilen in einem wässrigen Medium dispergiert werden können, indem ein geeignetes Dispergiermittel und Verdickungsmittel zur resultierenden Faseraufschlämmung gegeben wird, wobei die Aufschlämmung gerührt und bewegt wird. Das Dispergiermittel wird zuerst zum wässrigen Medium gegeben, und die Matrixfasern werden anschließend dazugegeben. Die ein zelnen Bikomponentenfasern und die Matrixfaser werden durch Rühren gleichmäßig mit einer minimalen Menge an Faser-Flockung und -Klumpen im Faserhalbstoff dispergiert.
Es wird angenommen, daß dadurch, daß dies durchgeführt wird, die Fasern in eine günstige wässrige Umgebung gelangen, die das Dispergiermittel enthält, das unmittelbar dazu zweckdienlich ist, daß sie ihre Individualität in bezug aufeinander beibehalten, wodurch es im wesentlichen keine Tendenz zum Flocken oder zur Bildung von Klumpen, Verschlingungen oder Bündeln gibt. Dies muß natürlich im Gegensatz zur vorherigen Situation stehen, worin, wenn Bikomponentenfasern ursprünglich in einer ungünstigen wässrigen Umgebung angeordnet sind, die kein lineares, polymeres, wasserlösliches, hydrophiles Dispergiermittel mit hoher Molmasse enthält und die für den Verlust der Faser-Individualität förderlich ist, die Fasern ausflocken und Klumpen, Verschlingungen und Bündel bilden und dazu neigen, entweder zum Oberteil oder zum Boden des Faserhalbstoffs zu wandern.
Es ist gefunden worden, daß spezielle Typen von Dispergiermitteln für das Dispergieren der Bikomponentenfasern der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, um die Bedingungen der Nichtflockung zu erreichen.
Nach der Bildung des Naßvliesstoffes wird überflüssiges Wasser vdm Vlies entfernt, indem das Vlies über einen Saugschlitz geführt wird. Dann wird das Vlies getrocknet und thermisch verfestigt, indem das Vlies durch eine Trocknungsmaschine geführt wird, die auf eine Temperatur erwärmt ist, die ausreichend ist, um die zweite Komponente der Bikomponentenfaser zu schmelzen, die dann beim Abkühlen als Klebstoff zur Bindung der Bikomponentenfaser an anderen Bikomponentenfasern und Matrixfasern wirkt. Eine solche Maschine ist ein Wabensystem- Durchlufttrockner. Die Heiztemperatur kann 140 ºC bis 220 ºC, vorzugsweise 145 ºC bis 200 ºC, betragen. Das thermisch verfestigte Vlies wird dann abgekühlt, wobei die Klebstoffbindungen sich bei der Wiederverfestigung der zweiten Komponente bilden.
Die Erfindung wird ausführlicher in den folgenden Beispielen beschrieben, worin verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die Zwecke der Veranschaulichung, aber nicht für Zwecke der Einschränkung der weiteren Aspekte des Konzeptes der vorliegenden Erfindung offenbart sind.

Experimentelles Verfahren

A. Bikomponentenfasern

Es wurden Bikomponentenfasern hergestellt, die eine im wesentlichen konzentrische Mantel/Kern-Konfiguration aufwiesen. Der Kern wurde aus einem standardmäßigen halbmatten 0,64-IV-Polyethylenterephthalat hergestellt. Der Mantel wurde aus einem Polymer hergestellt, das bei der speziellen Bikomponentenfaser beschrieben ist.
Bikomponentenfaser A wurde mit einem Mantel aus linearem Polyethylen mit geringer Dichte hergestellt, das 1 - 7 % 1- Octen enthielt, wobei das Polymer eine Dichte von 0,930 g/cm³, einen Schmelzflußwert von 18 g/10 min bei 190 ºC gemäß ASTM D- 1236(E) aufwies. Ein solches LLDPE ist kommerziell von der Dow Chemical Company oder Aspun Resin 6813 erhältlich.
Bikomponentenfaser B wurde mit einem Mantel aus einer Mischung aus LLDPE und gepfropftem HDPE hergestellt, wobei die Mischung eine Dichte von 0,932 g/cm³ und einen Schmelzflußwert von 16 g/10 min bei 190 ºC aufwies. Das HDPE wurde mit Maleinsäureanhydrid gepfropft, so daß es 1 Gew.-% Bernsteinsäureanhydridgruppen enthielt. Dieses Mantelmaterial ist im U.S.-Patent Nr. 4 684 576 beschrieben. Das Verhältnis gepfropftes HDPE/LLDPE betrug 10/90.
Jeder Typ der Bikomponentenfasern wurde hergestellt, indem das Kern- und Mantelpolymer zusammen extrudiert wurden und die resultierenden Filamente durch Verfahren gestreckt wurden, die Fachleuten wohlbekannt sind, wodurch den erwünschten Titerwert und das erwünschte Mantel/Kern-Verhältnis erhalten wurde. Die Bikomponentenfasern wurden geschnitten, so daß sie eine Länge von etwa 0,5 Inch aufwiesen.

B. Naßverlege-Verfahren

Eine Charge Faser-Wasser-Faserhalbzeug wurde mit 500 l Wasser bei Raumtemperatur in einem Mischtank, der mit einem mit 500 U./min drehenden Rührer ausgerüstet war, hergestellt. Zum Faserhalbzeug wurde in der folgenden Reihenfolge zugegeben:
a) 20 ml des Dispergiermittels Milese T, das kommerziell von ICI Americas, Wilmington, Delaware, erhältlich ist;
b) 250 g der ausgewählten Bikomponentenfasern;
c) 1 l einer 1%igen Lösung mit einem Feststoffgehalt von 35 % des Viskositätsreglers Nalco 061, der kommerziell von der Nalco Chemical Company, Napierville, Illinois, erhältlich ist;
d) 15 ml eines Dispergiermittels für eine Matrixfaser, wie Glasfaser-Katapol VPS32SPB, das kommerziell von der GAF Corporation, in New York, New York, ansässig, erhältlich ist; und
e) 250 g einer Matrixfaser entsprechend dem Experiment.
In einem getrennten Tank mit einem Rührer wurde eine Siebwasserlösung hergestellt, die 1100 l Wasser, 40 ml Milese T und 2 l einer 1%igen Lösung von Nalco 061 enthielt. Der Faserhalbstoff und die Siebwasserlösung wurden beide in den Stoffauflauf eines Siebtischs gepumpt. Die Pumpgeschwindigkeiten betrugen 24 l/min für den Faserhalbstoff und 30 l/min für die Siebwasserlösung, wodurch eine Konsistenz von 0,044 %, d.h. Gramm Faser zu Wasser, erhalten wurden.
Sobald das Vlies gebildet war, wurde es getrocknet und thermisch verfestigt, wodurch ein thermisch verfestigtes faseriges Vlies erzeugt wurde. Das verfestigte Vlies wurde dann auf solche Eigenschaften einschließlich der Zugfestigkeit, der Reißfestigkeit, der Dehnung und der Mullen-Berstfestigkeit geprüft, und die Festigkeitstests wurden in der Maschinenrichtung (MD) und in Querrichtung (CD) durchgeführt. Der Zugfestigkeitstest wird verwendet, um die Festigkeit einer Probe zu zeigen, wenn sie einer Zugspannung unterworfen wird, wobei eine Probe mit einer Breite von 1 Inch und einer Länge von 7 Inch bei einem Einspann-Zwischenraum von 5 Inch mit 12 Inch/min gezogen wird. Die Dehnung ist die Verformung in der Belastungsrichtung, die durch eine Zugkraft verursacht wird, und der Wert wird bei der Reißbelastung während der Zugprüfung genommen. Die verwendete Reißprüfvorrichtung war eine Elmendorf-Reißprüfvorrichtung, wobei es sich um eine Prüfvorrichtung handelt, die zur Bestimmung der Festigkeit des thermisch verfestigten faserigen Naßvliesstoffs ausgelegt ist. Bei der Mullen-Berstprüfung handelt es sich um ein instrumentelles Prüfverfahren, die die Fähigkeit eines Textilmaterials mißt, dem Bersten durch einen Druck, der durch ein aufgeblasenes Diaphragma ausgeübt wird, zu widerstehen.

Beispiel 1

Naßvliesstoffe wurden aus Bikomponentenfasern und Glasfasern zusammengesetzt und bei 204 ºC in ein thermisch verfestigtes Vlies thermisch verfestigt. Das thermisch verfestigte Vlies wurde geprüft, um die vorliegende Erfindung zu demonstrieren und sie mit einem Naßvliesstoff zu vergleichen, der durch die Verwendung einer kommerziell erhältlichen HDPE/PET-Bikomponentenfaser hergestellt wurde.
Die Glasfasern werden auf der Grundlage von Siliciumoxid hergestellt, weisen eine Dicke von 15 µm und eine Länge von 1,27 cm (0,5 Inch) auf. Solche Fasern sind kommerziell von Grupo Protexa, Mexiko, erhältlich. Das Verhältnis zwischen den Bikompönentenfasern und den Glasfasern betrug 50/50. Die Bikomponentenfasern und die Glasfasern wurden zum Wasser- Faserhalbstoff gegeben, wie beim Naßverlegeverfahren beschrieben ist.
In Experiment 1 (der Kontrolle) wurde eine Bikomponentenfaser mit einem PET-Kern und einem HDPE-Mantel verwendet, wobei das Mantel/Kern-Verhältnis 50/50 betrug und die Faser einen Titerwert von 2 dpf und eine Schnittlänge von 3/8 Inch aufwies. Solche Bikomponentenfasern sind kommerziell als Fasertyp K-56 von der Hoechst Celanese Corporation erhältlich.
Experiment 2 war ähnlich wie Beispiel 1, aber die Bikomponentenfaser wurde durch Bikomponentenfaser A mit einem Mantel/- Kern-Verhältnis von 50/50, einem Titerwert von 2 dpf und einer Schnittlänge von 1,27 cm (0,5 Inch) ersetzt.
Beispiel 3 war ähnlich wie Beispiel 1 und 2, aber die verwendete Bikomponentenfaser war die Bikomponentenfaser B mit einem Titerwert von 3 dpf, einer Schnittlänge von 1,27 cm (0,5 Inch) und einem Mantel/Kern-Verhältnis von 50/50.
Die Vliese wurden auf die Zugfestigkeit und die Reißfestigkeit sowohl in Maschinenrichtung als auch in Querrichtung geprüft.
Die Vliese wurden auch der Mullen-Berstprüfung unterworfen. Die Ergebnisse der Beispiele sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 ZUGFESTIGKEIT ELMENDORF-REISSEN MULLEN Grundgewicht
In Klammern: Zugwerte in lbs./Inch.
Reißwerte in Gramm, es handelt sich um Elmendorf-Reissen.
Mullen-Werte in PSI.
MD - Maschinenrichtung
CD - Querrichtung
Grundgewicht in oz/yd².
In Beispiel 1 hergestellter, thermisch verfestigter Naßvliesstoff war die Kontrolle, wobei eine Bikomponentenfaser aus einem HDPE-Mantel und einem PET-Kern verwendet wurde. Seine Zugfestigkeit betrug 37 g/cm (2,09 lbs./Inch) in Maschinenrichtung, 38 g/cm (2,15 lbs./Inch) in Querrichtung; die Reißfestigkeit betrug 217,3 g in Maschinenrichtung und 213,3 g in Querrichtung; und der Wert der Mullen-Berstprüfung betrug 503 kPa (7,3 PSI).
Beispiel 2 demonstriert, daß durch den Ersatz der HDPE/PET- Bikomponentenfaser nach dern Stand der Technik durch die Bikomponentenfaser A im Naßvliesstoff der vorliegenden Erfindung die Zugfestigkeit und Reißfestigkeit sowohl in Maschinen- als auch in Querrichtung signifikant steigt, wie dies der Wert der Mullen-Berstprüfung tut, der eine verbesserte Haftung der Bikomponentenfaser in diesem Fall an der Glasfaser anzeigt. Tatsächlich beträgt die Erhöhung der Festigkeit gegenüber der Kontrolle etwa 50 %.
Experiment 3 demonstriert, daß durch die Verwendung einer Bikomponentenfaser mit einem PET-Kern und einem Mantel, der aus einer Mischung aus gepropftem HDPE und LLDPE hergestellt ist, im Naßvliesstoff der vorliegenden Erfindung wiederum der Zugfestigkeitswert signifikant auf 200 % des Wertes für die Kontrolle ansteigt, während hohe Reißfestigkeits- und Mullen- Berstwerte beibehalten werden. Die geringfügig geringere Reißfestigkeit, verglichen mit Experiment 2, ist ein weiteres Zeichen für die überlegene Bindung zwischen den Glasfasern und dieser Bikomponentenfaser.

Beispiel 2

Thermisch verfestigte Naßvliesstoffe wurden aus variierenden Mengen an Bikomponentenfasern und variierenden Mengen an PET- Fasern, die als Matrixfasern verwendet wurden, hergestellt. Die Vliese wurden bei 160 ºC thermisch verfestigt. Die thermisch verfestigten Vliese wurden auf Festigkeit, Dehnung und Mullen-Bersten untersucht. Diese Werte wurden mit einem Naßvliesstoff verglichen, der mit einer kommerziell erhältlichen PET/HDPE-Bikomponentenfaser (K-56) und variierenden Mengen an PET-Matrixfasern hergestellt war.
In den Experimenten 1 A-D (den Kontrollen) wurde eine Bikomponentenfaser mit einem PET-Kern und einem HDPE-Mantel, wie in Beispiel 1, Experiment 1, beschrieben, verwendet. Die PET- Matrixfaser wies einen Titerwert von 1,5 dpf und eine Schnittlänge von 1,27 cm (0,5 Inch) auf.
Die Experimente 2 (A-D) waren ähnlich wie Experiment 1, aber die Bikomponentenfaser wurde durch die Bikomponentenfaser B mit einem Mantel/Kern-Verhältnis von 40 : 60, einem Titerwert von 3 dpf und einer Schnittlänge von 0,5 Inch ersetzt.
Die Experimente 3 (A-C) waren ähnlich wie Experiment 1, außer daß die Bikomponentenfaser B ein Mantel/Kern-Verhältnis von 30 : 70 aufwies.
Die Experimente 4 A-D waren ähnlich wie Experiment 2, außer daß die Bikomponentenfaser B ein Mantel/Kern-Verhältnis von 20 : 80 aufwies.
Die Vliese wurden auf Zugfestigkeit, Dehnung, Elmendorf-Reißfestigkeit und Mullen-Berstwerte untersucht. Die Ergebnisse des Beispiels sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Bikomponentenfaser PET-Faser Festigkeit Dehnung Elmendorf-Reißen Mullen-Bersten (Kontrolle)
Die Ergebnisse, wie sie in Tabelle 2 angegeben sind, sind in die in den Figuren 1 - 4 dargestellten graphischen Darstellungen einbezogen.
Die Experimente 1 A-D waren die Kontrollen, wobei eine kommerziell erhältliche Bikomponentenfaser aus einem HDPE-Mantel und einem PET-Kern verwendet wurde. Wenn nur PET-Faser für das Naßverlegen verwendet wird, weist das Vlies keine Festigkeit auf. Mit 60 % Bikomponentenfaser, 40 % PET-Matrixfaser weist das Vlies nur 2,6 lbs. Festigkeit und einen Mullen-Berstwert von 16,6 auf.
Die Experimente 2 A-D demonstrieren, daß sich die Festigkeit des Vlieses durch das Ersetzen der HDPE/PET-Bikomponentenfaser durch die Bikomponentenfaser B mit einem Mantel von 40 % der vorliegenden Erfindung signifikant erhöht, wie dies die Werte für die Mullen-Berstprüfung tun.
Die Experimente 3 A-C demonstrieren, daß durch die Verwendung der Bikomponentenfaser B mit einem Mantel von 30 % 100 % der Bikomponentenfaser B eine Festigkeit von 11,2 lbs. aufweist, was signifikant höher als in Experiment 1-D ist.
Die Experimente 4 A-D demonstrieren, daß durch die Verwendung der Faser B mit nur 20 % Mantel immer noch eine Festigkeit resultiert, die der von Experiment 1-C mit einer Mischung aus 60 % Bikomponente 40 % PET-Faser überlegen ist.

Beispiel 3

Thermisch verfestigte Naßvliesstoffe wurden aus variierenden Mengen aus Bikomponentenfasern und PET-Fasern hergestellt, so daß die Gesamtmenge aus beiden Fasern 100 % beträgt. Die Vliese wurden thermisch bei 370 ºF gebunden und auf Zug, Dehnung, Mullen-Bersten und Reißen geprüft.
Die Experimente 1, 2 und 3 waren dahingehend ähnlich, daß bei jedem 100 % Bikomponentenfaser und keine Matrixfaser enthalten war. Bei Experiment 1 (Kontrolle) war eine Bikomponentenfaser enthalten, wie sie in Beispiel 1, Experiment 1, beschrieben ist. Bei Experiment 2 war die Bikomponentenfaser A enthalten und bei Experiment 3 war die Bikomponentenfaser B enthalten.
Die Experimente 4, 5 und 7 waren dahingehend ähnlich, daß bei jedem 75 % Bikomponentenfaser und 25 % PET-Faser mit 1,5 dpf und einer Schnittlänge von 1,27 cm (0,5 Inch) enthalten war. Bei Experiment 4 (Kontrolle) war die PET/HDPE-Bikomponentenfaser enthalten; bei Experiment 5 war die Bikomponentenfaser A enthalten, und bei Experiment 6 war die Bikomponentenfaser B enthalten.
Bei den Experimenten 7, 8 und 9 waren jeweils 50 % Bikomponentenfaser und 50 % PET-Faser enthalten. Bei Experiment 7 (Kontrolle> war die PET/HDPE-Bikomponentenfaser enthalten; bei Experiment 8 war die Bikomponentenfaser A enthalten, und bei Experiment 9 war die Bikomponentenfaser B enthalten.
Bei den Experimenten 10, 11 und 12 waren jeweils 25 % Bikomponentenfaser und 75 % PET-Faser enthalten. Bei Experiment 10 (Kontrolle) war die PET/HDPE-Bikomponentenfaser enthalten; bei Experiment 11 war die Bikomponentenfaser A und bei Experiment 12 war die Bikomponentenfaser B enthalten.
Die thermisch verfestigten Vliese wurden auf Zugfestigkeit, Dehnung, Elmendorf-Reißen und Mullen-Bersten untersucht. Die Ergebnisse der Prüfung sind in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3 Experimente Zugfestigkeit g/cm Dehnung Mullen-Bersten kPa Reißen
Alle Vliese thermisch bei 370 ºF gebunden
Alle Prüfwerte auf das Grundgewicht normalisiert
Zugfestigkeitswerte in lbs/Inch
Reißwerte in g
Mullen-Prüfung in PSI
In den Kontrollexperimenten 1, 4, 7 und 10, bei denen jeweils die PET/HDPE-Bikomponentenfaser enthalten ist, sind die Festigkeiten niedriger, wie durch die niedrigeren Zugfestigkeits- und Mullen-Berstwerte demonstriert wird, verglichen mit vergleichbaren thermisch verfestigten Vliesen, die die Bikomponentenfasern der vorliegenden Erfindung enthalten.
Es ist offensichtlich, daß in Einklang mit der Erfindung ein thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Vlieses, das das Einarbeiten einer speziellen Bikomponentenfaser umfaßt, bereitgestellt wird, wodurch die Gegenstände, Ziele und Vorteile wie oben angegeben vollständig erfüllt werden. Während die Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen dafür beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, daß viele Alternativen, Modifikationen und Variationen im Licht der vorhergehenden Beschreibung für die Fachleute offensichtlich sind.

Claims

1. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff, bestehend im wesentlichen aus einer Bikomponentenfaser, umfassend eine erste Komponente aus Polyester oder Polyamid und eine zweite Komponente, umfassend ein Copolymer aus linearen Polyethylen niedriger Dichte, LLDPE, mit einer Dichte im Bereich von 0,88 bis 0,945 g/cm³, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente darüber hinaus gepfropftes Polyethylen hoher Dichte, HDPE, umfaßt, das anfänglich eine Dichte im Bereich von 0,94 bis 0,965 g/cm³ aufweist, das mit Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid gepfropft ist, wodurch Bemsteinsäure- oder Bernsteinsäureanhydridgruppen erhalten werden, die entlang des HDPE-Polymers gepfropft sind.

2. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis aus gepfropftem HDPE ungepfropftem LLDPE im Bereich von 2 : 98 bis 30 : 70 liegt.

3. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schmelzflußwert des LLDPE- Polymers im Bereich von 7 g/10 min bis 120 g/10 min liegt und der Schmelzflußwert des gepfropften HDPE im Bereich von 5 g/10 min bis 500 g/10 min liegt.

4. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach Anspruch 3, wobei der Schmelzflußwert des LLDPE im Bereich von 10 g/10 min bis 105 g/10 min liegt und der Schmelzflußwert des gepfropften HDPE im Bereich von 7 g/10 min bis 150 g/10 min liegt.

5. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das ungepfropfte LLDPE eine Dichte im Bereich von 0,90 g/cm³ bis 0,940 g/cm³ aufweist und einen C&sub4;-C&sub8;-Alken-Comonomergehalt von 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% des LLDPE aufweist.

6. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach Anspruch 6, wobei das Alken-Comonomer 1-Octen umfaßt.

7. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das LLDPE-Copolymer eine Dichte im Bereich von 0,88 g/cm³ bis 0,945 g/cm³ aufweist und 0,5 Gew.-% bis 35 Gew.-% eines C&sub3;-C&sub1;&sub2;-Alken- Comonomers aufweist.

8. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach Anspruch 7, wobei das ungepfropfte LLDPE-Copolymer 2 Gew.-% bis 15 Gew.-% eines 1-Octen-Comonomers aufweist.

9. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff, bestehend im wesentlichen aus einer Bikomponentenfaser, umfassend eine erste Komponente aus Polyester oder Polyamid und eine zweite Komponente, umfassend ein Copolymer aus linearem Polyethylen niedriger Dichte mit einer Dichte im Bereich von 0,88 bis 0,945 g/cm³; und einer Matrixfaser, ausgewählt aus der im wesentlichen aus Fasern zur Herstellung von Cellulosepapier, Celluloseacetat-Fasern, Glasfasern, Polyesterfasern, Metallfasern, Mineralwollefasern, Polyamidfasern und anderen natürlich vorkommenden Fasern bestehenden Gruppe; gekennzeichnet dadurch, daß die zweite Komponente darüber hinaus Polyethylen hoher Dichte, HDPE, umfaßt, das anfänglich eine Dichte im Bereich von 0,94 bis 0,965 g/cm³ aufweist, das mit Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid gepfropft ist, wodurch Bemsteinsäure- oder Bernsteinsäureanhydridgruppen erhalten werden, die entlang des HDPE-Polymers gepfropft sind.

10. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach Anspruch 9, worin das Verhältnis aus gepfropftem HDPE ungepfropftem LLDPE im Bereich von 2 : 98 bis 30 : 70 liegt.

11. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Schmelzflußwert des LLDPE- Polymers im Bereich von 7 g/10 min bis 120 g/10 min liegt und der Schmelzflußwert des gepfropften HDPE im Bereich von 5 g/10 min bis 500 g/10 min liegt.

12. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach Anspruch 11, wobei der Schmelzflußwert des LLDPE-Polymers im Bereich von 10 g/10 min bis 105 g/10 min liegt und der Schmelzflußwert des gepfropften HDPE im Bereich von 7 g/10 min bis 150 g/10 min liegt.

13. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das LLDPE eine Dichte im Bereich von 0,90 g/cm³ bis 0,940 g/cm³ aufweist und einen C&sub4;-C&sub8;-Alken-Comonomergehalt von 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% des LLDPE aufweist.

14. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach Anspruch 13, wobei das Alken-Comonomer 1-Octen umfaßt.

15. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das LLDPE-Copolymer eine Dichte im Bereich von 0,88 g/cm³ bis 0,945 g/cm³ aufweist, das 0,5 Gew.-% bis 35 Gew.-% eines C&sub3;-C&sub1;&sub2;- Alken-Comonomers aufweist.

16. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff nach Anspruch 15, wobei das LLDPE-Copolymer 2 Gew.-% bis 15 Gew.-% eines 1-Octen-Comonomers aufweist.

17. Thermisch verfestigter faseriger Naßvliesstoff, umfassend eine Bikomponentenfaser, umfassend einen Kern aus einem Polyester oder Polyamid und einen Mantel, bestehend aus einem Copolymer aus linearem Polyethylen niedriger Dichte mit einer Dichte im Bereich von 0,88 bis 0,945 g/cm³, und Polyethylen hoher Dichte, HDPE, das anfänglich eine Dichte im Bereich von 0,94 bis 0,965 g/cm³ aufweist, das mit Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid gepfropft ist, wodurch Bemsteinsäureoder Bernsteinsäureanhydridgruppen erhalten werden, die entlang der HDPE-Polymerkette gepfropft sind, wobei die Bikomponentenfaser ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser zwischen 100 : 1 und 2000 : 1 aufweist; und eine Matrixfaser, ausgewählt aus der im wesentlichen aus Celluloseacetat-Fasern, Glasfasern, Polyesterfasern, keramischen Fasern, Wollfasern, Polyamidfasern und anderen natürlich vorkommenden Fasern bestehenden Gruppe.

18. Verfahren zur Bildung eines thermisch verfestigten faserigen Naßvliesstoffs durch das Naßverlegen von Fasern auf einer Apparatur zur Herst&sub1;ellung von Papier oder einer Naßvliesstoff-Apparatur, wobei das Vlies Bikomponentenfasern umfaßt, umfassend eine erste Komponente aus Polyester oder Polyamid und eine zweite Komponente, bestehend im wesentlichen aus einem Copolymer aus linearem Polyethylen niedriger Dichte mit einer Dichte im Bereich von 0,80 bis 0,945 g/cm³ und einem gepfropften Polyethylen hoher Dichte, HDPE, das anfänglich eine Dichte im Bereich von 0,94 bis 0,965 g/cm³ aufweist, das mit Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid gepfropft ist, wodurch Bemsteinsäure- oder Bernsteinsäureanhydridgruppen erhalten werden, die entlang des HDPE-Polymers gepfropft sind; und Matrixfasern, umfassend die Schritte des Bildens eines Faserrohstoffs durch das Dispergieren der Bikomponentenfasern und der Matrixfasern in einem im wesentlichen aus Wasser und einem Dispergiermittel und einem Verdickungsmittel bestehenden Trägermedium und des Zuführens des Faserrohstoffs bei einer Konsistenz im Bereich von 0,01 bis 0,5 Gew.-% Fasern zum Draht einer Maschine, die eine Faserbahn bildet, und dann des Erwärmens der Faserbahn, wodurch die zweite Komponente geschmolzen und die Faserbahn thermisch verfestigt wird.