DE69604779T2

DE69604779T2 - Verfahren zur herstellung eines vliesstoffes mit einem weiten bindungs-temperaturbereich

Info

Publication number: DE69604779T2
Application number: DE69604779T
Authority: DE
Inventors: Mary Delucia; Robert Hudson
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2016-01-20
Also published as: KR19980701717A; KR100384665B1; DE69604779D1; MX9705278A; WO1996023095A1; CN1169168A; AU4703396A; CA2209471A1; BR9606807A; US5714256A; EP0805886A1; CN1071386C; EP0805886B1

Description

Vliesstoffe werden in einer zunehmenden Zahl an Anwendungen wegen ihrer zahlreichen verschiedenen Eigenschaften verwendet, die durch die Verwendung verschiedener Polymere, Dicken, Bondingverfahren (Verfestigungsverfahren) und eine unübersehbaren Anzahl anderer Variablen erhalten werden können, die dem Hersteller zum Erfüllen eines bestimmten Bedürfnisses des Kunden zur Verfügung stehen. Diese diversen Anwendungen beinhalten im weitesten Sinne Filtration, wie in Luftfiltern für Kraftfahrzeugskabinen, Produkte für die persönliche Körperhygiene, wie Reinigungstücher, Windeln, Slipeinlagen, Trainingshosen, Inkontinenzprodukte und ähnliches, medizinische Anwendungen, wie Wundenverbandsstoff, chirurgische Umhänge, Bandagen und chirurgische Abdeckungen, Schutzbedeckungen, wie Gerätebedeckungen (z. B. Autobedeckungen), Kleidungsstücke, Stoffe für außerhalb des Hauses und Geotextilien.
Die zur Herstellung der Vliesstoffe verwendeten Polymere sind in der Regel thermoplastische Polymere wie Polyolefine, Polyamide, Polyester und ähnliches. Elastomere Thermoplasten werden ebenfalls verwendet und diese beinhalten Polyetherester und Polyurethane.
Spezielle Vliesmaterialien für diese Anwendungen beinhalten Meltblown- und Spunbondstoffe (schmelzgeblasene Stoffe und Spinnvliese) mit einem variierenden Grad an Undurchlässigkeit, Weichheit und Atmungsaktivität.
Meltblownfasern sind in der Regel, wenn sie hergestellt werden, klebrig und verfestigen sich daher in natürlicher Weise miteinander und müssen normalerweise nicht weiter verfestigt werden, obwohl dies möglich wäre. Spunbond-Fasern werden im Gegensatz dazu normalerweise genügend abgekühlt, bevor sie mit anderen Fasern in Kontakt gebracht werden, so daß solche Fasern sich nicht in natürlicher Weise verfestigen und daher zusätzlich verfestigt werden müssen.
Verschiedene Bondingverfahren (Verfestigungsverfahren) sind bekannt. Beispiele dafür sind thermisches Punktbonding, Ultraschallbonding, Hydro-Verharkung und Durchluft- Bonding.
Thermisches Punktbondieren ist ziemlich verbreitet und beinhaltet das Durchleiten eines zu verfestigenden Stoffes oder Gewebes aus Fasern zwischen einer erwärmten Kalanderwalze und einer Gegenrolle (anvil roll). Die Kalanderwalze ist gewöhnlich in irgendeiner Weise gemustert, so daß nicht der gesamte Stoff über seine gesamte Oberfläche verfestigt wird. Daher wurden verschiedene Muster für Kalanderwalzen sowohl aus funktionellen als auch aus ästethischen Gründen entwickelt. Ein Beispiel ist das ausgedehnte Hansen-Pennings-Muster mit etwa 15% Verfestigungsbereich mit etwa 100 Verfestigungen pro Quadratinch, wie in der US-PS 3,855,046 beschrieben. Ein anderes herkömmliches Muster ist ein Rautenmuster mit sich wiederholenden und leicht versetzten Rauten.
Die meisten Arten des Verfestigens sind relativ energieintensive Verfahren, die eine ziemlich genaue Regelung der Verfahrensbedingungen erfordern, um eine bestimmte Temperatur beizubehalten. Daß eine solche genaue Temperaturregelung erforderlich ist, liegt daran, daß die meisten Polymere einen ziemlich engen "Bondingbereich" ("bonding window") haben, d. h. der Temperaturbereich, in dem sie wirksam verfestigt (bondiert) werden. In einigen Fällen ist dieser Bondingbereich nur einige Grad weit. Polyethylen hat beispielsweise einen Bondingbereich von etwa 3ºC. Ein so enger Bondingbereich macht die industrielle Herstellung solcher Materialien zu einem ziemlich schwierigen Unternehmen. Ein weiterer Bondingbereich würde die Regelung des Verfahrens erleichtern und, wenn das Verfestigen bei einer niedrigeren Temperatur stattfinden würde, zu einer merklichen Energieeinsparung führen.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Bondingbereich, der zur Herstellung von Vliesstoffen verwendeten Polymere zu erweitern. Eine zweite Aufgabe ist es, die Bondingtemperatur von Vliesstoffen zu erniedrigen.
Die Lösung der vorstehenden Aufgaben ist ein Verfahren zur Bildung eines Vliesstoffes mit einem weiten Bondingbereich durch Bilden eines Vliesstoffes aus einem thermoplastischen Polymergemisch mit etwa 0,5 bis etwa 25 Gew.-% syndiotaktischem Polypropylen (sPP) und thermisches Bonding (Verfestigen) des Stoffes. Im nachstehenden werden die Ausdrücke "Verfestigen" und "Bonding" gleichbedeutend verwendet. Das thermische Bonding kann mit einem Verfahren wie thermischen Punktbonding, Durchluft-Bonding und Ultraschallbonding durchgeführt werden. Solch ein Stoff hat einen Bondingbereich der mindestens 5,5ºC (10ºF) weiter ist als der eines ähnlichen Stoffes ohne syndiotaktisches Polypropylen. Idealerweise erstreckt sich der Bondingbereich um mindestens 5,5ºC (10ºF) unterhalb des Bereichs eines ähnlichen Gewebes ohne das syndiotaktische Polypropylen.
Fig. 1 ist ein Diagramm der Maximalbelastung in Querrichtung der Maschine in Pfund auf der vertikalen Achse gegen die Bondingtemperatur in ºF auf der horizontalen Achse. Diese Daten sind in Tab. 1 tabellenförmig gezeigt.
Fig. 2 ist ein Diagramm des Trap-Risses in Querrichtung der Maschine in Pfund auf der vertikalen Achse gegen die Bondingtemperatur in ºF auf der horizontalen Achse. Diese Daten sind in Tab. 2 tabellenförmig gezeigt.
Fig. 3 ist ein Diagramm der Maximalbelastung in Maschinenrichtung in Pfund auf der vertikalen Achse gegen die Bondingtemperatur in ºF auf der horizontalen Achse. Diese Daten sind in Tab. 1 tabellenförmig gezeigt.
Fig. 4 ist ein Diagramm des Trap-Risses in Maschinenrichtung in Pfund auf der vertikalen Achse gegen die Bondingtemperatur in ºF auf der horizontalen Achse. Diese Daten sind in Tab. 2 tabellenförmig gezeigt.
In allen Figuren bedeutet das Symbol x Daten mit 0 Gew.-% sPP (Daten der Kontrolle 1), das Pluszeichen stellt Daten mit 2 Gew.-% sPP dar (Daten des Beispiels 1), das leine Viereck stellt Daten mit 5 Gew.-% sPP dar (Daten des Beispiels 2) und die kleine Raute stellt Daten mit 10 Gew.-% sPP dar (Daten des Beispiels 3).
Der hierin verwendete Ausdruck "Vliesstoff" bedeutet einen Stoff mit einer Struktur aus einzelnen Fasern oder Fäden, die zwischeneinandergelegt sind, jedoch nicht in einer identifizierbaren Weise, wie in einem gestrickten Stoff. Vliesstoffe wurden mit vielen Verfahren hergestellt, wie Meltblow-Verfahren, Spunbond-Verfahren und Verfahren zur Herstellung von bondierten kardierten Stoffen (bonded carded web process). Das Flächengewicht der Vliesstoffe wird gewöhnlich in Unzen des Materials pro Quadratyard (osy) oder Gramm pro Quadratmeter (gsm) ausgedrückt und verwendbare Faserdurchmesser werden gewöhnlich in Micron ausgedrückt. (Um osy in gsm umzurechnen, muß man osy mit 33,91 multiplizieren).
Der hierin verwendete Ausdruck "Mikrofasern" bedeutet Fasern mit einem geringen Durchmesser mit einem Durchschnittsdurchmesser nicht größer als 75 Microns, beispielsweise mit einem Durchschnittsdurchmesser von etwa 0,5 bis etwa 50 Microns. Insbesondere können Mikrofasern einen Durchschnittsdurchmesser von etwa 2 bis etwa 40 Microns haben. Ein anderer häufig verwendeter Ausdruck für Faserdurchmesser ist Denier, das als Gramm pro 9000 m einer Faser definiert ist. Beispielsweise kann der Durchmesser einer Polypropylenfaser in Micron in Denier umgerechnet werden, indem dieser quadriert und das Ergebnis mit 0,00629 multipliziert wird. Somit hat eine Polypropylenfaser mit 15 Micron ein Denier von etwa 1,42 (152 · 0,00629 = 1,415).
Der hierin verwendete Ausdruck "Spunbondfasern" bezieht sich auf Fasern mit einem geringen Durchmesser, die durch Extrudieren von geschmolzenem thermoplastischen Material als Filamente aus einer Vielzahl feiner, üblicherweise kreisförmiger Kapillaren einer Spinndüse gebildet werden, wobei der Durchmesser der extrudierten Filamente sodann schnell vermindert wird. Dies kann beispielsweise wie in den US-PSen 4,340,563, 3,692,618, 3,802,817, 3,338,992, 3,341,394, 3,502,763, 3,502,538 und 3,542,615 beschrieben, durchgeführt werden. Spunbondfasern sind in der Regel nicht klebrig, wenn sie auf einer Sammeloberfläche abgelegt werden. Spunbondfasern sind in der Regel kontinuierlich und haben einen Durchmesser von größer als 7 Microns, insbesondere zwischen etwa 10 und 20 Microns.
Der hierin verwendete Ausdruck "Meltblownfasern" bedeutet Fasern, die durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials durch eine Vielzahl feiner, in der Regel kreisförmiger Düsenkapillaren als geschmolzene Fäden oder Filamente in konvergierende Gasströme (z. B. Luftströme) mit hoher Geschwindigkeit extrudiert werden, die die Filamente des geschmolzenen thermoplastischen Materials abdämpfen, wodurch deren Durchmesser vermindert wird. Dieser Durchmesser kann der von Mikrofasern sein. Danach werden die Meltblownfasern von einem Hochgeschwindigkeitsgasstrom befördert und auf einer Sammeloberfläche abgelegt, wodurch ein Stoff mit zufällig verteilten Meltblownfasern erhalten wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der US- PS 3,849,241 beschrieben worden. Meltblownfasern sind Mikrofasern, die kontinuierlich oder diskontinuierlich sein können, in der Regel einen Durchmesser von weniger als 10 Micron haben, und in der Regel klebrig und selbstklebend sind, wenn sie auf einer Sammeloberfläche abgelagert werden.
Der hierin verwendete Ausdruck "Polymer" beinhaltet in der Regel, ist jedoch nicht beschränkt auf Homopolymere, Copolymere, wie Block- und Pfropfcopolymere, statistische und alternierende Copolymere, Terpolymere etc. und Gemische und Modifikationen davon.
Der Ausdruck "Maschinenrichtung" oder MD, wie er hierin verwendet wird, bedeutet die Länge eines Stoffes in der Richtung, in der er hergestellt wurde. Der Ausdruck "senkrechte Maschinenrichtung" oder CD bedeutet die Breite eines Stoffes, d. h. eine Richtung, die in der Regel senkrecht zu der MD ist.
Der Ausdruck "Homopolymer"-Faser, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf eine Faser oder einen Teil einer Faser, die aus einem Extruder unter Verwendung nur eines Polymers gebildet wurde. Dies soll Fasern, die aus einem Polymer gebildet wurden, dem geringe Mengen an Additiven zur Färbung, für die Antistatikeigenschaften, zur Schmierung oder für die Hydrophilie etc. zugesetzt wurden, nicht ausschließen. Diese Additive, wie Titandioxid zur Färbung, sind gewöhnlich in einer Menge weniger als 5 Gew.-%, häufiger etwa 2 Gew.-%, anwesend. Der Ausdruck "Homopolymer" soll auch keine Fa sern ausschließen, die von zwei oder mehr Extrudern, die beide das selbe Polymer enthalten, gebildet wurden.
Der Ausdruck "Bikomponentenfasern", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf Fasern, die aus mindestens zwei Polymeren gebildet wurden, die aus seperaten Extrudern extrudiert wurden, jedoch gemeinsam unter Bildung einer Faser versponnen wurden. Bikomponentenfasern werden manchmal auch als Multikomponentenfasern bezeichnet. Die Polymere sind in der Regel voneinander verschieden, obwohl Bikomponentenfasern Homopolymerfasern sein können. Die Polymere sind in im wesentlichen konstant positionierten unterscheidbaren Zonen entlang des Durchschnitts von Bikomponentenfasern angeordnet und erstrecken sich kontinuierlich entlang der Länge von Bikomponentenfasern. Die Anordnung einer solchen Bikomponentenfaser kann beispielsweise eine Scheiden/Kern-Anordnung sein, wobei ein Polymer von dem anderen umgeben wird, oder sie kann eine Seite-an-Seite-Anordnung oder eine "Inseln-im-Meer"-Anordnung sein. Bikomponentenfasern sind in den US-PSen 5,108,820 und 5,336,552 und der EP- PS 0586924 beschrieben. Bei Zweikomponentenfasern können die Polymere in Verhältnissen von 75/25, 50/50, 25/75 oder in jedem anderen erwünschten Verhältnis anwesend sein.
Der Ausdruck "Bikonstituentenfasern", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Fasern, die aus mindestens zwei Polymeren gebildet wurden, die aus dem selben Extruder als Gemisch extrudiert wurden. Der Ausdruck "Gemisch" wird nachstehend definiert. Bei Bikonstituentenfasern sind die verschiedenen Polymerkomponenten nicht in relativ konstant positionierten unterscheidbaren Zonen entlang des Durchschnitts der Fasern angeordnet und die verschiedenen Polymere sind in der Regel nicht entlang der gesamten Länge der Faser kontinuierlich. Statt dessen bilden sie in der Regel Fibrillen oder Protofibrillen, die statistisch beginnen und enden. Bikonstituentenfasern werden auch manchmal als Multikonstituentenfasern bezeichnet. Fasern dieses allgemeinen Typs sind beispielsweise in der US-PS 5,108,827 beschrieben. Bikomponenten- und Bikonstituentenfasern sind auch in dem Buch "Polymer Blends and Composites" von John A. Manson und Leslie H. Sperling, Urheberrecht 1976 von Plenum Press, einer Abteilung der Plenum Publishing Corporation in New York, IBSN 0-306-30831-2, Seiten 273 bis 277, beschrieben.
Der Ausdruck "Gemisch", wie er hierin verwendet wird, bedeutet ein Gemisch aus zwei oder mehr Polymeren, während der Ausdruck "Legierung" eine Unterklasse von Gemischen bedeutet, wobei die Komponenten nicht mischbar sind, jedoch kompatibel gemacht wurden. "Mischbarkeit" und "Nichtmischbarkeit" sind als Gemische mit jeweils negativen und positiven Werten für die freie Mischungsenergie definiert. Außerdem ist der Ausdruck "kompatibel machen" als ein Verfahren definiert, mit dem die Grenzflächeneigenschaften eines nicht mischbaren Polymergemischs modifiziert wurden, um eine Legierung herzustellen.
Der Ausdruck "Durchluft-Bonding" (through air bonding) oder "TAB", wie er hierin verwendet wird, bedeuten ein Verfahren zum Bonding eines Bikomponentenfasern- Vliesstoffs, der mindestens teilweise um eine perforierte Walze gerollt ist, die in einem Abzug oder einem Ofen eingeschlossen ist. Luft, die heiß genug ist, um eines der Polymere, aus denen die Fasern des Stoffes gemacht sind, zu schmelzen, wird aus dem Abzug durch den Stoff in die perforierte Walze gepreßt. Die Luftgeschwindigkeit ist zwischen 100 und 500 Fuß pro Minute und die Verweilzeit kann bis zu 6 Sekunden sein. Das Schmelzen und wieder Erstarren des Polymers liefert das Bonding. Durchluft- Bonding hat eine begrenzte Variabilität und wird in der Regel als ein zweitrangiges Bondingverfahren betrachtet. Da TAB das Schmelzen mindestens einer der Komponenten erfordert, um Bonding zu erreichen, ist es auf nicht-homopolymere Bikomponentenfaserstoffe beschränkt.
Der Ausdruck "Bondingbereich" (bonding window), wie er hierin verwendet wird, bedeutet den Temperaturbereich, der verwendet wird, um den Vliesstoff zu verfestigen, bzw. innerhalb welchen er "erfolgreich" verfestigt werden kann. "Erfolgreich" verfestigen bedeutet verfestigen, wobei der Vliesstoff die Zug- und Reißfestigkeitserfordernisse für eine bestimmte erwünschte Endanwendung erfüllt. Für Spunbond-Material aus isotaktischem Polypropylen ist dieser Bondingbereich in der Regel von etwa 275ºF bis etwa 210ºF (135ºC bis 154ºC). Unterhalb etwa 275ºF ist das Polypropylen in der Regel nicht heiß genug, um zu schmelzen und zu verfestigen, und oberhalb etwa 310ºF schmilzt Polypropylen zu stark und klebt an den Kalanderwalzen. Polyethylen hat sogar einen noch engeren Bondingbereich.
Der Ausdruck "Barrierestoff", wie er hierin verwendet wird, bedeutet einen Stoff, der für Flüssigkeiten relativ undurchlässig ist, d. h. einen Stoff, der eine Blutdurchschlagsgeschwindigkeit von 1,0 oder geringer hat, wie sie mit dem ASTM Testverfahren 22 gemessen wird.
Der Ausdruck "Kleidung", wie er hierin verwendet wird, bedeutet jede Art von nichtmedizinisch ausgerichteter Kleidung, die getragen werden kann. Dies beinhaltet industrielle Arbeitskleidung und Überzieher, Unterwäsche, Hosen, Hemden, Jacketts, Handschuhe, Socken u. ä.
Der Ausdruck "Infektionskontrollprodukt", wie er hierin verwendet wird, bedeutet medizinisch ausgerichtete Gegenstände wie chirurgische Umhänge und Abdeckungen, Gesichtsmasken, Kopfbedeckungen, wie Puffkappen, chirurgische Kappen und Hauben, Fußbedeckungen, wie Schuhbedeckungen, Stiefelbedeckungen und Slipper, chirurgische Wundbedeckungen, Verbände, Sterilisationsumhüllungen, Windeln, Kleidung, wie Laborkittel, Überzüge und Umhänge, Schürzen und Jacketts, Patientenbettzeug, Tragen und Bettzeug für Kinderbetten und ähnliches.
Der Ausdruck "Produkt für die Körperhygiene", wie er hierin verwendet wird, bedeutet Windeln, Trainingshosen, absorbierende Unterwäsche, Inkontinenzprodukte für Erwachsene und Hygieneprodukte für die Frau.
Der Ausdruck "Schutzbedeckung", wie er hierin verwendet wird, bedeutet eine Bedeckung für Fahrzeuge, wie Autos, Lastwagen, Boote, Flugzeuge, Motorräder, Fahrräder, Golfwägen, etc., Bedeckungen für Ausrüstung und Geräte, die häufig draußen gelassen werden, wie Grille, Gartengeräte (Mäher, Roto-Fräsen, (roto-tillers), etc.) und Gartenmöbel, sowie Bodenbedeckungen, Tischtücher und Tücher zum Bedecken von Picknicken.
Der Ausdruck "Stoff für außerhalb des Hauses", wie er hierin verwendet wird, bedeutet hauptsächlich, jedoch nicht ausschließlich, einen Stoff, der außerhalb des Hauses verwendet wird. Ein Stoff für außerhalb des Hauses beinhaltet Stoffe, die in Schutzbedeckungen, Camp-/Wohnwagenstoffen, Persennings, Planen, Baldachinen, Zelten, landwirtschaftlichen Stoffen und Kleidung für außerhalb des Hauses, wie Kopfbedeckungen, industrielle Arbeitskleidung und Überzügen, Hosen, Hemden, Jacken, Handschuhen, Socken, Schuhbedeckungen und ähnlichem verwendet werden.

Testverfahren

Schmelzflußgeschwindigkeit: Die Schmelzflußgeschwindigkeit (MFR) ist ein Maß für die Viskosität eines Polymers. Die MFR wird als das Gewicht des Materials ausgedrückt, das aus einer Kapillare mit bekannten Abmessungen unter einer bestimmten Belastung oder Schergeschwindigkeit innerhalb eines gemessenen Zeitraums ausfließt, und wird in Gramm/10 Minuten bei 230ºC gemäß beispielsweise dem ASTM Test 1238, Bedingung E, gemessen.
Hydrokopf (hydrohead): Ein Maß für die Flüssigkeitsbarrieren-Eigenschaften eines Stoffes ist der Hydrokopftest. Der Hydrokopftest bestimmt die Höhe an Wasser (in cm), die der Stoff trägt, bevor eine vorbestimmte Menge an Flüssigkeit durchläuft. Ein Stoff mit einer größeren Hydrokopfablesung hat eine größere Barriere gegenüber der Flüssigkeitsdurchdringung als ein Stoff mit einer niedrigen Hydrokopfablesung. Der Hydrokopftest wird gemäß dem Bundesteststandard Nr. 191A, Verfahren 5514, durchgeführt.
Zug: Die Zugfestigkeit eines Stoffes kann gemäß dem ASTM Test D-1682-64 gemessen werden. Dieser Test mißt die Festigkeit in Pfund und die Verlängerung in Prozent eines Stoffes.
Greifzugtest (Grab Tensile Test): Der Greifzugtest ist ein Maß für die Bruchfestigkeit und die Verlängerung oder Beanspruchung für einen Stoff, wenn er einer Belastung in einer Richtung ausgesetzt wird. Der Test ist bekannt und entspricht den Spezifikationen des Verfahrens 5100 der Bundestestverfahren Standard Nr. 191A. Die Ergebnisse werden in Pfund bis zum Bruch und in Prozent Streckung vor dem Bruch ausgedrückt. Höhere Zahlen bedeuten einen festeren, streckbareren Stoff. Der Ausdruck "Belastung" bedeutet die maximale Belastung oder Kraft, die in den Einheiten von Gewicht ausgedrückt wird, die erforderlich ist, um eine Probe in einem Zugtest zu brechen oder zu reißen. Der Ausdruck "Belastung" oder "Gesamtenergie" bedeutet die Gesamtenergie unter einer Belastung gegen die Verlängerungskurve, wie sie in Gewicht-Längen-Einheiten ausgedrückt wird. Der "Verlängerung" bedeutet die Zunahme an Länge einer Probe während des Zugtests. Die Werte für den Greifzugtest und die Greifverlängerung werden unter Verwendung eines Stoffs mit einer bestimmten Breite, Klammerbreite und einer konstanten Zuggeschwindigkeit erhalten. Die Probe ist breiter als die Klammer, damit repräsentative Ergebnisse der effektiven Festigkeit der Fasern in dem geklammerten Bereich in Kombination mit der zusätzlichen Festigkeit, die von den benachbarten Fasern in dem Stoff herrühren, erhalten werden. Dies simuliert die Belastungsbedingungen für einen Stoff bei der tatsächlichen Verwendung gut.
Trap-Riß-Test (trap tear test): Der trapezoide oder "Trap-Riß-Test" ist ein Zugtest, der sowohl auf gewebte Stoffe als auch auf Vliesstoffe anwendbar ist. Dabei wird die gesamte Breite einer Probe zwischen Klammem festgeklemmt, so daß durch diesen Test hauptsächlich das Bonding oder die Verknüpfung und Festigkeit der individuellen Fasern direkt in der Zugbelastung, eher als die Festigkeit der Verbundstruktur eines Stoffes insgesamt, gemessen werden. Das Verfahren ist zum Beurteilen der relativen Leichtigkeit des Reißens eines Stoffes verwendbar. Er ist insbesondere beim Bestimmen eines merklichen Unterschieds der Festigkeit zwischen der Maschinenrichtung und der Querrichtung eines Stoffes verwendbar.
Beim Durchführen des Trap-Riß-Tests wird ein Trapezoid aus einer 3 mal 6 Inch (75 mal 150 mm)-Probe mit einer längeren Abmessung in der getesteten Ausrichtung geschnitten. Das Trapezoid hat eine 6 Inch- und eine 3 Inch-Seite, die parallel zueinander sind und durch 3 Inch voneinander getrennt sind. Ein kleiner vorläufiger Schnitt oder Einschnitt mit 5/8 Inch (15 mm) wird in der Mitte der kürzeren der parallelen Seiten gemacht. Die Probe wird an einen Dynamometer geklemmt, wie beispielsweise einem Instron Model TM, erhältlich von Instron Corporation, 2500 Washington St., Canton, MA 02021, oder einem Thwing-Albert Model INTELLECT II, erhältlich von Thwing-Albert Instrument Co., 10960 Dutton Rd., Phil., PA 19154, oder einem Sintech 2/5, unter Verwendung von Testworks Software, erhältlich von Sintech, einer Abteilung von MTS Systems Corporation, 1001 Sheldon Dr., Cary, NC 27513. Die Klammem sind parallel und 1 Inch (15 mm) voneinander getrennt und 3 Inch lang und 1 Inch hoch. Die Probe wird entlang der nicht parallelen Seiten des Trapezoids festgeklemmt, so daß der Stoff auf der längeren Seite locker und der Stoff entlang der kürzeren Seite gespannt ist und der Schnitt auf dem halben Weg zwischen den Klammern liegt. Die Klammem bedecken einen Bereich von 1 mal 3 Inch des Stoffes, wodurch ein trapezoider Stoff mit einer Kante von 1 Inch und einer parallelen Kante von 4 Inch (100 mm) zwischen den Klammem verbleibt. Der Führungspunkt des Schnitts oder Einschnitts in den Stoff muß zwischen den Klammem liegen. Eine kontinuierliche Belastung wird an der Probe angebracht, so daß der Riß sich entlang der Breite der Probe fortsetzt. Es sollte bemerkt werden, daß die längere Richtung die getestete Richtung ist, obwohl der Riß senkrecht zu der Länge der Probe ist. Die Kraft, die erforderlich ist, um die Probe vollständig zu zerreißen, wird in Pfund aufgezeichnet, wobei größere Zahlen einen größeren Widerstand gegenüber dem Reißen bedeuten. Das verwendete Testverfahren ist konform mit dem ASTM Standardtest D1117-14, außer daß die Reißbelastung eher als ein Durchschnitt des ersten und höchsten aufgezeichneten Peaks, als des niedrigsten und höchsten Peaks berechnet wird. Fünf Proben jeder Probe sollten getestet werden.
Vliesstoffe können mit einer Vielzahl von bekannten Verfahren hergestellt werden, einschließlich Meltblowing, Spunbonding und Schmelzsprühen. Da die Erfindung das Bonding von Vliesstoffen betrifft, wird ein Hauptaugenmerk auf Spundbondstoffe gerichtet. Die Beschreibung und das nachstehende Verfahren können jedoch auf jeden verfestigten (bondierten) Vliesstoff angewendet werden.
Ein Spunbond-Vliesstoff wird nach einem bekannten Verfahren hergestellt, wie es in einer Vielzahl von nachstehend genannten Referenzen beschrieben ist. Kurz zusammengefaßt wird in dem Spunbond-Verfahren in der Regel ein Trichter verwendet, mit dem ein Polymer in einen erwärmten Extruder eingebracht wird. Der Extruder leitet das geschmolzene Polymer in eine Spinndüse, wo das Polymer zerfasert wird, während es durch die feinen Öffnungen durchtritt, die in der Regel in einer oder mehreren Reihen in der Spinndüse angeordnet sind, wodurch ein Vorhang aus Filamenten gebildet wird. Die Filamente werden in der Regel mit Luft bei einem niedrigen Druck abgeschreckt, gezogen, in der Regel pneumatisch, und auf einer sich bewegenden, durchlöcherten Matte, Band oder "Bildungsdrahtgeflecht" abgelagert. Dadurch wird ein Vliesstoff erhalten.
Die in dem Spunbond-Verfahren hergestellten Fasern haben in der Regel einen Durchmesser im Bereich von etwa 10 bis etwa 20 Microns, in Abhängigkeit von den Verfahrensbedingungen und der erwünschten Verwendung des, aus diesen Fasern hergestellten Stoffes. Beispielsweise ergibt das Erhöhen des Molekulargewichts des Polymers oder das Erniedrigen der Verarbeitungstemperatur Fasern mit größeren Durchmessern. Änderungen in der Temperatur der Abschreckflüssigkeit oder dem pneumatischen Zugdruck können sich auch auf den Faserdurchmesser auswirken.
In dem Spunbond-Verfahren verwendbare Polymere haben in der Regel eine Verfahrensschmelztemperatur zwischen etwa 350ºF bis etwa 610ºF (175ºC bis 320ºC) und eine Schmelzflußgeschwindigkeit, wie sie vorstehend definiert wurde, die im Bereich von etwa 10 bis etwa 150, insbesonders zwischen etwa 10 und 50 liegt. Beispiele für geeignete Polymere beinhalten Polypropylene, Polyethylen und Polyamide.
Syndiotaktisches Polypropylen (sPP) kann gemäß dem in der US-PS 5,225,500 beschriebenen Verfahren hergestellt werden, die hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Ein neues Katalysatorsystem mit einer hohen Selektivität für syndiotaktisches Polypropylen wird vorzugsweise verwendet, um Polypropylen mit einer überwiegend syndiotaktischen Konfiguration herzustellen. Dieser Katalysator ist als ein Metallocen- Katalysator bekannt.
Die US-PS 5,272,003, die hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird, beschreibt die Herstellung eines Vliesstoffes aus reinem syndiotaktischen Polypropylen aus einer Lösung, die so angelegt wurde, daß isotaktisches Polypropylen ausgeschlossen ist.
Die Erweiterung des Bondingbereichs, die Gegenstand der Erfindung ist, wird durch thermisches Bondieren eines Vliesstoffes erreicht, wobei die Fasern ein Gemisch aus thermoplastischen Polymeren umfassen, die etwa 0,5 bis etwa 25 Gew.-% syndiotaktisches Polypropylen beinhalten, wodurch eine Bikonstituentenfaser erhalten wird. Das syndiotaktische Polypropylen kann mit anderen Komponenten des Gemisches als ein Trockengemisch aus Pellets, Flocken, etc., als ein geschmolzenes Flüssigkeitsgemisch oder mittels jedes anderen wirksamen bekannten Verfahrens gemischt werden.
Andere Typen an Bikonstituentenfasern können auch unter Verwendung dieser Erfindung hergestellt werden. Gemische aus einem Copolymer aus Propylen und Butylen oder anderen Olefinen in einem Gemisch mit syndiotaktischem Polypropylen wären wirksam. Gemische aus isotaktischem Polypropylen und syndiotaktischem Polypropylen sind bevorzugt.
Bikomponentenfasern können auch unter Verwendung dieser Erfindung hergestellt werden, wobei mindestens eine der Komponenten aus einem Bikonstituentengemisch besteht, das syndiotaktisches Polypropylen beinhaltet. Bikomponentenfasern sind gewöhnlich Polypropylen und Polyethylen, die in einer Scheiden/Kern-, "Inseln-im-Meer"- oder Seite-an-Seite-Konfiguration angeordnet sind. Geeignete, kommerziell erhältliche Materialien beinhalten Polypropylen mit der Bezeichnung PP-3445 von Exxon Chemical Company in Baytown, Texas, ASPUN® 6811A, dem syndiotaktisches Polypropylen zugegeben werden kann, und 2553 lineares Polyethylen mit geringer Dichte von Dow Chemical Company in Midland, Michigan, 25355 und 12350 Propylen mit hoher Dichte von Dow Chemical Company, DURAFLEX® DP 8510 Polybutylen, erhältlich von Shell Chemical Company in Houston, Texas, und ENATHENE® 720-009 Ethylen-n- butylacrylat von Quantum Chemical Corporation in Cincinnati, Ohio.
Der erfindungsgemäße Stoff kann als eine einzellagige Ausführungsform oder als eine Komponente in einem Laminat aus mehreren Schichten verwendet werden, das mittels einer Vielzahl an verschiedenen Laminiertechniken hergestellt wurde, die die Verwendung von Klebstoffen, Nadeldurchstoßen, thermisches Kalandrieren und andere bekannte Verfahren beinhalten, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Ein solches viel schichtiges Laminat kann eine Ausführungsform sein, wobei einige Schichten Spunbond- und einige Schichten Meltblown-Material sind, wie ein Spunbond/Meltblown/- Spunbond-(SMS)-Laminat, wie in den US-PSen 4,041,203 und 5,169,706 beschrieben, oder eine SFS-Konstruktion (Spunbond, Film, Spunbond). Ein SMS-Laminat kann dadurch hergestellt werden, daß sequentiell auf einem sich bewegenden Bildungsband zuerst eine Spunbondstoffschicht und sodann eine Meltblownstoffschicht und als letztes eine andere Spunbondschicht sequentiell abgelagert wird und sodann das Laminat in einer vorstehend beschriebenen Weise verfestigt (bondiert) wird. Alternativ können die drei Stoffschichten einzeln hergestellt werden, in Walzen gesammelt werden, und sodann in einem separaten Bondingschritt kombiniert werden. Manche der SMS- oder SFS-Schichten können aus dem erfindungsgemäßen Stoff gemacht sein. Der erfindungsgemäße Stoff kann auch mit Glasfasern, Stapelfasern, Papier oder anderen Gewebematerialien laminiert werden.
Die Meltblown-Vliesfasern oder der als eine Zwischenschicht verwendete Film können aus nicht elastomeren Polymeren wie Polypropylen und Polyethylen oder aus einem elastomeren thermoplastischen Polymer hergestellt sein.
Elastomere thermoplastische Polymere können diejenigen sein, die aus Styrolblockcopolymeren, Polyurethanen, Polyamiden, Copolyestern, Ethylenvinylacetaten (EVA) und ähnlichem hergestellt sind. In der Regel kann jedes geeignete elastomere film- oder faserbildende Harz oder Gemisch, das diese enthält, verwendet werden, um die Vliesstoffe aus elastomeren Fasern oder elastomeren Filmen zu bilden.
Kommerzielle Beispiele für solche elastomeren Copolymere sind beispielsweise diejenigen, die als KRATON -Materialien, die von Shell Chemical Company in Houston, Texas erhältlich sind bekannt sind KRATON®-Blockcopolymere sind in mehreren verschiedenen Formulierungen erhältlich und einige davon sind in der US-PS 4,663,220 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Andere beispielhafte elastomere Materialien, die verwendet werden können, um eine elastomere Schicht zu bilden, beinhalten elastomere Polyurethanmaterialien, wie bei spielsweise diejenigen, die unter der Marke ESTANE® von B.F. Goodrich & Co. erhältlich sind, elastomere Polyamidmaterialien, wie beispielsweise diejenigen, die unter der Marke PEBAX® von Rilsan Company erhältlich sind, und elastomere Polyestermaterialien, wie beispielsweise diejenigen, die unter dem Handelsnamen HYTREL® von E.I. DuPond De Nemours & Company erhältlich sind.
Verschiedene Gemische aus syndiotaktischem Polypropylen und isotaktischem Polypropylen wurden hergestellt, um den Bondingbereich des daraus erhaltenen Stoffs zu messen. Kontrollstoffe ohne syndiotaktisches Polypropylen wurden ebenfalls hergestellt. Es wurden zwei Testreihen durchgeführt, wobei Stoffe mit Stabilisator und Pigment und Stoffe mit Stabilisator und ohne Pigment hergestellt wurden, um zu bestimmen, ob das syndiotaktische Polypropylen für die Änderung des Bondingbereichs oder ob ein anderer Mechanismus dafür verantwortlich ist. Die Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen gezeigt.

Kontrolle 1

Spunbondpolypropylenfasern mit Stabilisator und Pigment wurden gemäß dem in der US-PS 4,340,563 beschriebenen Verfahren hergestellt.
Das Polymer der Spunbondfaser war Exxon PD-3445 Polypropylen, das durch 0,6 mm Löcher mit einer Geschwindigkeit von 0,7 Gramm/Loch/Minute (ghm) bei einer Temperatur von 410ºF (210ºC) extrudiert wurde. Man erhält einen Stoff aus Fasern mit einem Flächengewicht von 1 osy (34 gsm). Das Polymer umfaßte außerdem 1,25 Gew.-% Chimasorb 944 Ultraviolettstabilisator, der von Ciba-Geigy Corporation kommerziell erhältlich ist, und 1,0 Gew.-% SCC-5367 Pigmentpackung, die von Standridge Color Corporation in Social Circle, GA, erhältlich ist.
Drei Proben des Stoffs aus den Fasern wurden hergestellt und bei Temperaturen von 260, 275 und 290ºF (127, 135 und 143ºC) unter Verwendung von thermischen Punktkalanderbondieren mit einem ausgedehnten Hansen Penning Muster verfestigt.

Beispiel 1

Polypropylenspunbondfasern mit Stabilisator und Pigment wurden hergestellt und unter den selben Bedingungen, wie in Kontrolle 1, verfestigt.
Das Polymer der Spunbondfasern war ein Gemisch aus 2 Gew.-% syndiotaktischem Polypropylen der Fina Oil and Chemical Company in Dallas, TX und Exxon PD-3445 Polypropylen. Das Polymer umfaßte außerdem Chimasorb 944 Ultraviolettstabilisator und Pigment in den selben Mengen, wie in Kontrolle 1.

Beispiel 2

Polypropylenspunbondfasern mit Stabilisator und Pigment wurden hergestellt und unter den selben Bedingungen, wie in Kontrolle 1, verfestigt.
Das Polymer der Spunbondfasern war ein Gemisch aus 5 Gew.-% syndiotaktischem Polypropylen der Fina Oil and Chemical Company in Dallas, TX und Exxon PD-3445 Polypropylen. Das Polymer umfaßte außerdem Chimasorb 944 Ultraviolettstabilisator und Pigment in den selben Mengen, wie in Kontrolle 1.

Beispiel 3

Polypropylenspunbondfasern mit Stabilisator und Pigment wurden hergestellt und unter den selben Bedingungen, wie in Kontrolle 1, verfestigt.
Das Polymer der Spunbondfasern war ein Gemisch aus 10 Gew.-% syndiotaktischem Polypropylen der Fina Oil and Chemical Company in Dallas, TX und Exxon PD-3445 Polypropylen. Das Polymer umfaßte außerdem Chimasorb 944 Ultraviolettstabilisator und Pigment in den selben Mengen, wie in Kontrolle 1.

Kontrolle 2

Polypropylenspunbondfasern mit Stabilisator und ohne Pigment wurden hergestellt und unter den selben Bedingungen, wie in Kontrolle 1, verfestigt.
Das Polymer der Spunbondfasern war Exxon PD-3445 Polypropylen. Das Polymer umfaßte außerdem 1,25 Gew.-% Chimasorb 944 Ultraviolettstabilisator, jedoch kein Pigment.

Beispiel 4

Polypropylenspunbondfasern mit Stabilisator, jedoch ohne Pigment, wurden hergestellt und unter den selben Bedingungen, wie in Kontrolle 1, verfestigt.
Das Polymer der Spunbondfasern war ein Gemisch aus 5 Gew.-% syndiotaktischem Polypropylen der Fina Oil and Chemical Company in Dallas, TX und Exxon PD-3445 Polypropylen. Das Polymer umfaßte außerdem 1,25 Gew.-% Chimasorb 944 Ultraviolettstabilisator, jedoch kein Pigment. Tabelle 1 Tabelle 2 Tabelle 3
Wie aus der vorstehenden Tabelle ersichtlich, erweitert syndiotaktisches Polypropylen erfolgreich den Temperaturbereich, über den Bonding (Verfestigen) stattfinden kann und erniedrigt die annehmbare Bondingtemperatur um etwa 15ºF (8ºC). Beispielsweise zeigt ein Vergleich zwischen Beispiel 3 bei 260ºF, daß die Stoffeigenschaften bei einer viel höheren Temperatur von 290ºF etwa dieselben, wie Kontrolle 1, sind. Bei 10 oder sogar 5 Gew.-% syndiotaktischem Polypropylen in dem Gemisch kann Bonding bei viel niedrigeren Temperaturen erfolgreich durchgeführt werden, als bei einem ähnlichen Stoff oh ne sPP. Solche Verbesserungen beim Bonding erlauben eine leichtere Regulierung des Verfahrens, geringere Abfälle und niedrigere Energiekosten, was zu erschwinglicheren Produkten für den Verbraucher führt.

Claims

1. Verfahren zur Bildung eines Vliesstoffes mit einem weiten Bondingbereich (bonding window) umfassend die Schritte:

Bilden eines Vliesstoffes aus einem thermoplastischen Polymergemisch, das von etwa 0,5 bis etwa 25 Gew.-% syndiotaktisches Polypropylen beinhaltet;

thermisches Bonding (Verfestigen) des Vliesstoffes mittels eines Verfahrens, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus, thermischem Punktbonding, Durchluft- Bonding und Ultraschallbonding;

wobei der Stoff einen Bondingbereich hat, der mindestens 5,5ºC (10ºF) weiter ist, als der eines ähnlichen Stoffes ohne das syndiotaktische Polypropylen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich der Bondingbereich um mindestens 5,5ºC (10ºF) unterhalb des Bereichs eines ähnlichen Gewebes ohne das syndiotaktische Polypropylen erstreckt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gemisch etwa 2 bis etwa 15 Gew.-% syndiotaktisches Polypropylen und etwa 85 bis etwa 98 Gew.-% isotaktisches Polypropylen umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Vliesstoff aus Bikomponentenfasern gebildet ist, wobei mindestens eine der Komponenten ein thermoplastisches Polymergemisch ist, das von etwa 5 bis etwa 15 Gew.-% syndiotaktisches Polypropylen und etwa 85 bis etwa 95 Gew.-% isotaktisches Polypropylen beinhaltet; und das thermische Bonding des Vliesstoffes durch thermisches Punktbonding mittels eines Kalanders bei einer Temperatur durchgeführt wird, die mindestens 5,5ºC (10ºF) unterhalb derjenigen für einen ähnlichen Stoff ohne syndiotaktisches Polypropylen liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Vliesstoff in einem Produkt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus, Kleidungsstücken, Infektionskontrollprodukten, Produkten für die Körperhygiene und Stoffen für außerhalb des Hauses, anwesend ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Produkt ein Produkt für die Körperhygiene ist und das Produkt für die Körperhygiene eine Windel ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Produkt ein Produkt für die Körperhygiene ist und das Produkt für die Körperhygiene ein Inkontinenzprodukt für Erwachsene ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Produkt ein Infektionskontrollprodukt ist und das Infektionskontrollprodukt ein chirurgischer Umhang ist.

9. Thermoplastische Polymerfaser mit einem weiten Bondingbereich umfassend:

ein thermoplastisches Polymergemisch, beinhaltend von etwa 0,5 bis etwa 25 Gew.-% syndiotaktisches Polypropylen;

wobei die Faser in einem Temperaturbereich bondiert (verfestigt) werden kann, der mindestens 5,5ºC (10ºF) unterhalb desjenigen für eine ähnliche Faser ohne syndiotaktisches Polypropylen liegt.

10. Thermoplastische Faser nach Anspruch 9, wobei das Gemisch im wesentlichen aus etwa 0,5 bis etwa 25 Gew.-% syndiotaktischem Propylen und etwa 99,5 bis etwa 75 Gew.-% isotaktischem Polypropylen besteht.

11. Bikomponentenfaser, umfassend mindestens zwei Polymere, die aus getrennten Extrudern extrudiert werden, wobei mindestens eines der Polymere ein thermoplastisches Polymergemisch nach Anspruch 9 ist.

12. Stoff aus thermoplastischen Fasern, die Fasern nach Anspruch 9 umfassend.

13. Stoff aus thermoplastischen Fasern nach Anspruch 12, außerdem mindestens eine zusätzliche Schicht umfassend, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus, Spinnvliesen, Schmelzsprühstoffen, schmelzgeblasenen Stoffen, Stapelfasergeweben und Filmen, wobei diese an den Stoff unter Bildung eines Laminats bondiert ist.

14. Laminat nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine zusätzliche Schicht ein schmelzgeblasener Stoff ist, der aus einem elastomeren thermoplastischen Polymer gebildet ist.

15. Laminat nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine zusätzliche Schicht ein Film ist, der aus einem elastomeren thermoplastischen Polymer gebildet ist.