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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Vliesstoff aus chemisch gebundenen
Nicht-Cellulose-Fasern mit
verbesserten Zugfestigkeitseigenschaften in Wasser. Genauer gesagt
betrifft die vorliegende Erfindung einen Vliesstoff aus Nicht-Cellulose-Fasern,
der ein im Wesentlichen formaldehydfreies Latex-Bindemittel umfasst
und zur Bereitstellung verbesserter Zugfestigkeitseigenschaften
im Wasser fähig
ist. Ein Verfahren zur Herstellung solcher Stoffe ist ein weiterer
Aspekt der Erfindung.
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Hintergrund
der Erfindung
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Ein
Vliesstoff ist ein Gewebe oder eine Endlosbahn aus mechanisch abgelegten
Fasern. Die Fasern können
zufällig
angeordnet oder in eine Richtung ausgerichtet sein. Die am weitesten
verbreiteten Fasern umfassen Cellulose-Fasern, Polyamide, Polyester,
Polypropylen und Polyethylen. Die gesponnenen Fasern, die gezogen
werden können,
werden durch Kardieren, aerodynamisches Ablegen oder Nassvliesverfahren
direkt auf einem porösen
Band abgelegt, häufig
mithilfe von elektrostatischer Ladung. Die Schicht wird dann mit
einem Bindemittel verbunden und in einem Ofen oder einem Kalander
behandelt, um den Bindevorgang abzuschließen.
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Eine
Reihe von Verfahren wurde entwickelt, um ein Bindemittel auf zufällig verteilte
Fasern aufzutragen. Typischerweise wird ein Emulsionsbindemittelsystem
auf Wasserbasis verwendet, worin ein thermoplastischer oder duroplastischer
synthetischer Polymerlatex hergestellt und ein zu behandelndes loses
Fasergewebe in Hinblick auf die strukturelle Schwäche des
Gewebes darin eingetaucht wird, damit getränkt oder unter Verwendung spezieller
Geräte
damit besprüht
wird; das so behandelte Gewebe wird getrocknet und gehärtet, um
angemessene Bindung zu erreichen. Alternativ dazu kann ein wässriges
oder auf einer Lösungsmittellösung basierendes
Bindemittelsystem aus einem thermoplastischen oder duroplastischen
Harz verwendet werden, um das Fasernetz zu imprägnieren.
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Andere
Verfahren umfassen das Auftragen von thermoplastischen oder duroplastischen
Harzpulvern auf die Fasern vor oder nach Herstellung eines Gewebes
daraus und das Durchführen
des Gewebes durch Warmwalzen oder eine Heißpresse, um die Fasern zu verbinden.
Alternativ dazu können
thermoplastische Fasern mit einem Erweichungspunkt unter dem der
Basisfasern in einem Gewebe der Letzteren dispergiert werden, wobei
ausreichend Hitze und Druck angewendet wird, beispielsweise durch
die Verwendung von Warmwalzen, um die thermoplastischen Fasern zu
erweichen und das Fasernetzwerk zu binden.
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Allgemein
verbreitete Latices für
Vliesstoffe sind solche, die aus Polymeren von Butadien-Styrol,
Butadien-Acrylnitril, Vinylacetat, Acrylmonomeren, wie z.B. Methylacrylat,
Ethylacrylat, Methylmethacrylat, und dergleichen hergestellt werden.
Diese können
Acrylnitril enthalten. Siehe Beispielsweise GB-A-1.112.888, EP-A-470.689
und US-A-4.752.523. Während
das Emulsionsbindemittelsystem das am meisten verbreitete Verfahren
zur Herstellung von Vliesstoffen ist, bringen die bisher dafür verwendeten
Homopolymere, Copolymere und Terpolymere einen oder mehrere Nachteile
mit sich. Um als Textilmaterial geeignet zu sein, muss das synthetische
Polymer verschiedene physikalische Eigenschaften aufweisen. Die
gewünschten
Eigenschaften umfassen angemessene Zugfestigkeit über einen
relativ großen
Temperaturbereich, einen hohen Modul oder hohe Steifigkeit unter
bestimmten Bedingungen und gute Textilqualitäten, wie z.B. Festigkeit, Griff
und Fall.
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Es
versteht sich, dass die Verwendung von selbstvernetzenden oder mit
Melamin-Formaldehyd-Harz "aufgeklebten" Latices weit verbreitet
ist, um einem Nicht-Cellulose-Vliesprodukt verbesserte Zugfestigkeitseigenschaften
in Wasser zu verleihen. Diese Systeme enthalten jedoch Formaldehyd
und geben dieses während des
Trocknungs/Härtungs-Zyklus
ab. Außerdem
erfordern im Wesentlichen alle handelsüblichen selbstvernetzenden
und Melamin aufgegebenen Latices für eine angemessene Vernetzung
eine Temperatur von zumindest 138 °C (280 °F) und vorzugsweise 149 °C (300 °F).
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Die
US-A-5.326.853 verringert die Formaldehydbildung durch die Verwendung
eines mit Ketoxim oder Amid blockierten Isopropenyl-α,α-dimethylbenzylisocyanats
anstelle der herkömmlichen
N-Methylol-funktinellen Monomere, um das aromatische Dien/ Vinyl-Gemisch
zu vernetzen. Optionale zusätzliche
Monomere umfassen Acrylnitril. Die Verwendung sowohl mit Papier
als auch mit Nicht-Cellulose-Vliesen wird vorgeschlagen. Die Emulsionspolymerisation
wird unter Verwendung herkömmlicher
Emulsionstenside durchgeführt.
Die Latexbeispiele wurden mit Papier getestet, wobei bei 158 °C (315 °F) getrocknet
wurde.
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Da
der Schmelzpunkt vieler Nicht-Cellulose-Fasern unter der für geeignetes
Vernetzen erforderlichen Temperatur liegt, Polypropylen schmilzt
beispielsweise bei etwa 121 °C
(250 °F),
können
herkömmliche Latices
nicht verwendet werden. Demgemäß waren
Polypropylenfasern in der Vliesindustrie nie sehr erfolgreich. Das
Problem bestand in der spezifischen Entwicklung eines geeigneten
Latex-Bindemittels, um annehmbare Zugfestigkeitseigenschaften bereitzustellen.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Vliesstoffs aus chemisch gebundenen Nicht-Cellulose-Fasern. Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Vliesstoffs, der eine zufällige
Anordnung von Nicht-Cellulose-Fasern und ein im Wesentlichen formaldehydfreies
Latex-Bindemittel umfasst, das bei Temperaturen unter der Schmelzbindetemperatur
der Nicht-Cellulose-Fasern zur Entwicklung maximaler Zugfestigkeitseigenschaften
fähig ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Vliesstoffs, der eine zufällige
Anordnung von Nicht-Cellulose-Fasern und ein im Wesentlichen formaldehydfreies
Latex-Bindemittel umfasst, das zur Bereitstellung von verbesserten
Zugfestigkeitseigenschaften in Wasser fähig ist. Ein weiteres Ziel
der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Vliesstoffs
aus chemisch gebundenen Nicht-Cellulose-Fasern, der einfach und wirtschaftlich
hergestellt werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Kurz
gesagt wird gemäß dieser
Erfindung ein Vliesstoff bereitgestellt, der eine zufällige Anordnung
von Nicht-Cellulose-Fasern und ein im Wesentlichen formaldehydfreies
Latex-Bindemittel umfasst, wie er in Anspruch 1 dargelegt ist. Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
solch eines Stoffs gemäß Anspruch
15. Das Latex-Bindemittel umfasst ein Latexpolymer, das durch Emulsionspolymerisation
eines Monomergemischs in Gegenwart eines polymeren Tensids hergestellt
wird. Das monomere Gemisch besteht aus einem konjugierten Dien-Monomer,
einem vinylsubstituierten aromatischen Monomer und einem Vinylcyanid-Monomer.
Das konjugierte Dien-Monomer kann aus Piperylen, Isopren, 2,3-Dimethyl-1,3-butadien und
1,3-Butadien ausgewählt
sein. Das vinylsubstituierte aromatische Monomer kann aus α-Methylstyrol, p-tert-Butylstyrol,
m-Vinyltoluol, p-Vinyltoluol, 3-Ethylstyrol und Styrol ausgewählt sein.
Das Vinylcyanid-Monomer kann aus Acrylnitril, Methacrylnitril, Ethacrylnitril
und Phenylacrylnitril ausgewählt
sein.
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Das
polymere Tensid macht etwa 15 bis 35 Gew.-% bezogen auf trockenen
Latex aus. Das bevorzugte polymere Tensid enthält vorzugsweise etwa 25 bis
27 Gew.-% eines Styrol/Acrylsäure/α-Methylstyrol-Copolymers
in Wasser, das mit etwa 6 bis 7 Gew.-% Ammoniumhydroxid neutralisiert
wurde.
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Das
im Wesentlichen formaldehydfreie Latex-Bindemittel enthält zumindest
etwa 6,7 Gew.-% Vinylcyanid-Monomer, um die Nicht-Cellulose-Fasern
zu binden und einen Vliesstoff herzustellen, der zumindest etwa 78
% der Nasszugfestigkeit in Querrichtung beibehalten kann. Der Vliesstoff
aus chemisch gebundenen Nicht-Cellulose-Fasern weist im Vergleich
zu einem vergleichbaren Vliesstoff vom selben Typ, der im Wesentlichen
die gleiche monomere Formulierung mit im Wesentlichen formaldehydfreiem
Latex-Bindemittel aufweist, aber frei vom Vinylcyanid-Monomer ist,
eine zumindest 10%ige Verbesserung der Nasszugfestigkeit auf.
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Geeignete
Nicht-Cellulose-Fasern umfassen Glasfasern oder Fasern aus Hochpolymeren.
Die Hochpolymere umfassen Polyolefine, Polyester, Acrylate, Polyamide
und dergleichen. Die Polyolefinfasern umfassen Polypropylen, Polyethylen,
Polybuten und Copolymere davon. Die Polyesterfasern umfassen ein
langkettiges synthetisches Polymer, das aus zumindest 85 Gew.-%
eines Esters eines zweiwertigen Alkohols und einer Terephthalsäure, wie
beispielsweise Polyethylenterephthalat, und zusätzlich Flüssigkristallpolyestern, thermotropen
Polyestern und dergleichen besteht. Die Acrylfasern umfassen alle
faserbildenden Substanzen, die ein langkettiges synthetisches Polymer
umfassen, die aus zumindest 85 Gew.-% Acrylnitrileinheiten -CH2CH(CN)- bestehen. Natürlich können auch andere Arten von
Nicht-Cellulose-Fasern
gemäß den Lehren der
vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise können auch
Hochmodulfasern, die eher als Graphitfasern bekannt sind, aus Reyon,
Polyacrylnitril oder Petrolpech verwendet werden.
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Der
Vliesstoff aus Nicht-Cellulose-Fasern wird durch die Bereitstellung
einer zufälligen
Anordnung von Nicht-Cellulose-Fasern gebildet. Als Nächstes wird
ein im Wesentlichen formaldehydfreies Latex-Bindemittel auf die
Fasern aufgetragen. Dann wird das Latex-Bindemittel erhitzt, um
die Nicht-Cellulose-Fasern chemisch zu binden und einen dimensionsstabilen
Vliesstoff zu bilden.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Vliesstoff aus chemisch gebundenen
Nicht-Cellulose-Fasern. Der
Stoff kann für
weiche und drapierbare Stoffe, wie beispielsweise Windelwaren, Damenbinden,
medizinische Kleidung, Masken, Kappen und Gardinen sowie für steife
und elastische Stoffe, wie beispielsweise Einlagestoffe für Kleidungsstücke, Möbelstoffe,
Steppdecken, Wasserbettdämpfungen
und Isolierung und Polsterung von Kleidung, verwendet werden.
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Der
Stoff gemäß vorliegender
Erfindung wird durch Herstellung einer Bahn aus zufällig angeordneten Nicht-Cellulose-Fasern
gebildet, die mithilfe eines im Wesentlichen formaldehydfreiem Latex-Bindemittels
chemisch gebunden sind. Das im Wesentlichen formaldehydfreie Latex-Bindemittel
kann die Nicht-Cellulose-Fasern chemisch binden und einen dimensionsstabilen
Vliesstoff bilden. Wie auf dem Gebiet der Erfindung allgemein bekannt
ist, kann das Latex-Bindemittel in einem periodisch beabstandeten
Bindestellenmuster auf die Schicht aus zufällig angeordneten Nicht-Cellulose-Fasern
aufgetragen oder gleichförmig
auf die gesamte Schicht aus Nicht-Cellulose-Fasern aufgetragen werden.
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Der
Begriff "im Wesentlichen
formaldehydfrei" bezieht
sich auf ein Latex-Bindemittel, das – nach dem auf dem Gebiet der
Erfindung allgemein bekannten Nash/HPLC-Verfahren (Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie)
bestimmt – während des
herkömmlichen
Trocknungs/Härtungs-Zyklus
des Latex-Bindemittels nicht mehr als 0,7 (ppm) Teile Formaldehyd
pro Million Teilen Latex-Bindemittel abgibt, und der Begriff "chemisch gebunden" bezieht sich hierin
auf eine Bindung, die nicht als Folge einer Wärmebehandlung gebildet wird,
wie das beispielsweise beim Schmelzbinden der Fall ist, was durch
eine physikalische Veränderung
in den Fasern belegt wird.
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Die
Nicht-Cellulose-Fasern des Stoffs können Glasfasern oder Fasern
aus Hochpolymeren sein. Die Glasfasern gehören zu einem Typ, der auf dem
Gebiet der Erfindung allgemein bekannt ist und aus geschmolzenem
Glas hergestellt wird, das durch kleine Öffnungen extrudiert und dann
mit hoher Geschwindigkeit gesponnen wird. Geeignete Hochpolymere
umfassen Polyolefine, Polyester und Acrylate, Polyamide und dergleichen.
Die Polyolefinfasern umfassen Polypropylen, Polyethylen, Polybuten
und Copolymere davon. Die Polyesterfasern umfassen alle langkettigen
synthetischen Polymere, die aus zumindest 85 Gew.-% eines Esters eines
zweiwertigen Alkohols und einer Terephthalsäure, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat,
und zusätzlich
Flüssigkristallpolyestern,
thermotropen Polyestern und dergleichen besteht. Die Acrylfasern
umfassen alle faserbildenden Substanzen, die ein langkettiges synthetisches
Polymer umfassen, die aus zumindest 85 Gew.-% Acrylnitrileinheiten
-CH2CH(CN)- bestehen. Natürlich können auch
andere Arten von Nicht-Cellulose-Fasern
gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise können auch Hochmodulfasern,
die eher als Graphitfasern bekannt sind, aus Reyon, Polyacrylnitril
oder Petrolpech verwendet werden.
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Die
Nicht-Cellulose-Fasern können
jede beliebige geeignete Größe aufweisen
und in jeder geeigneten Dicke zufällig angeordnet sein, je nach
gewünschter
Endanwendung des Vliesstoffs. Die Nicht-Cellulose-Fasern weisen
typischerweise eine Länge
von etwa 6,3 bis 51 mm (0,25 bis 2 Zoll) und typischerweise etwa
1,3 bis 6,7 tex (1,2 bis 6 Denier) auf. Die Nicht-Cellulose-Fasern
können
in einer überlappenden, überkreuzten
zufälligen
Anordnung zu einer Dicke von etwa 6,3 mm (0,25 Zoll) oder weniger übereinandergelegt
werden, um eine Bahn aus Nicht-Cellulose-Fasern zu bilden. Die Nicht-Cellulose-Fasern
können
auf beliebige Weise angeordnet werden, wie beispielsweise durch
ein Nassvliesverfahren, aerodynamisches Ablegen oder Kardieren.
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Nachdem
die Kardieren wie gewünscht
zufällig
angeordnet worden sind, wird ein Latex-Bindemittel auf die Fasern
aufgetragen. Das Latex-Bindemittel wird in einer wirksamen Menge
eingesetzt, die dazu führt,
dass der resultierende Stoff ausreichende Festigkeit und Kohäsionskraft
für die
beabsichtigte Endanwendung aufweist. Natürlich hängt die genaue Menge des verwendeten
Latex-Bindemittels teilweise von Faktoren, wie beispielsweise der
Faserart, dem Gewicht der Faserschicht, der Zusammensetzung des
Latex-Bindemittels und dergleichen, ab. Bei Endanwendungen, die
stärkere
Stoffe erfordern, kann beispielsweise mehr Bindemittel verwendet
werden. Eine typische Menge an Latex-Bindemittel, die auf eine Bahn
aus Nicht-Cellulose-Fasern aufgetragen
wird, beträgt
etwa 15 bis 40 Gew.-%. Vorzugsweise wird die minimale Menge Latex-Bindemittel aufgetragen,
um die minimalen erforderlichen physikalischen Eigenschaften des
Vliesstoffs, wie beispielsweise Zugfestigkeit, Griff und dergleichen,
zu erhalten, wie auf dem Gebiet der Erfindung allgemein bekannt
ist.
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Das
gemäß vorliegender
Erfindung verwendete Latex-Bindemittel kann durch allgemein bekannte
herkömmliche
Emulsionspolymerisationsverfahren unter Verwendung von einem oder
mehreren ethylenisch ungesättigten
Monomeren und einem polymeren Tensid hergestellt werden, wie hierin
offenbart ist, und zusätzlich
können
herkömmliche
Additive, wie beispielsweise radikalische Initiatoren, gegebenenfalls
Kettenübertragungsmittel,
Chelatbildner und dergleichen, verwendet werden, wie im US-Patent Nr. 5.166.259
von Schmeing und White dargelegt ist.
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Geeignete
ethylenisch ungesättigte
Monomere für
die Emulsionspolymerisationsreaktion umfassen konjugierte Dien-Monomere,
vinylsubstituierte aromatische Monomere und Vinylcyanid-Monomere.
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Die
konjugierten Dien-Monomere enthalten im Allgemeinen 4 bis 10 Kohlenstoffatome,
vorzugsweise 4 bis 6 Kohlenstoffatome. Beispiele für spezifische
Dien-Monomere umfassen Piperylen, Isopren, 2,3-Dimethyl-1,3-butadien
und dergleichen, und vorzugsweise 1,3-Butadien. Die Menge der verwendeten
konjugierten Dien-Monomere beträgt
etwa 50 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise etwa 55 bis 65 Gew.-%, insbesondere
etwa 60 Gew.-%. Die vinylsubstituierten aromatischen Monomere enthalten
im Allgemeinen 8 bis 12 Gesamtkohlenstoffatome. Beispiele für spezifische
vinylsubstituierte aromatische Monomere umfassen α-Methylstyrol, p-tert-Butylstyrol,
m-Vinyltoluol, p-Vinyltoluol,
3-Ethylstyrol und dergleichen, und vorzugsweise Styrol. Die Menge
der verwendeten vinylsubstituierten aromatischen Monomere beträgt etwa
16 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise etwa 27 bis 50 Gew.-%, insbesondere
etwa 27 Gew.-%. Natürlich
wird, wenn die Menge der vinylsubstiuierten aromatischen Monomere
in der vorliegenden Erfindung mehr als etwa 50 Gew.-% beträgt, der
Latex brüchig,
wodurch es als Bindemittel nicht mehr annehmbar ist und Nicht-Cellulose-Vliesstoffen
unannehmbare Trocken- und Nasszugfestigkeitseigenschaften verleiht.
Außerdem
werden, je mehr konjugierte Dien-Monomere und je weniger vinylsubstituierte
aromatische Monomere zugesetzt werden, im Allgemeinen weicherer Griff
und niedrigere Zugfestigkeitseigenschaften in Nicht-Cellulose-Vliesstoffen
erhalten. Auf ähnliche Weise werden,
je weniger konjugierte Dien-Monomere und je mehr vinylsubstituierte
aromatische Monomere zugesetzt werden, im Allgemeinen steiferer
Griff und höhere
Zugfestigkeitseigenschaften in den Nicht-Cellulose-Vliesstoffen
erhalten, und zwar in solch einem Ausmaß, dass das Latex-Bindemittel
keinen kontinuierlichen Film bildet und die Zugfestigkeitseigenschaften
abnehmen, wodurch die Nicht-Cellulose-Vliesstoffe zu steif werden.
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Die
Vinylcyanid-Monomere können
Methacrylnitril, Ethacrylnitril, Phenylacrylnitril und dergleichen
und vorzugsweise Acrylnitril sein. Die Menge der verwendeten Vinylcyanid-Monomere
beträgt
zumindest etwa 6,7 Gew.-%, vorzugsweise etwa 6,7 bis 15 Gew.-%,
insbesondere etwa 6,7 bis 10 Gew.-%.
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Das
polymere Tensid ist vorzugsweise ein in Lösung neutralisiertes Acrylharz.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das polymere Tensid ein Harz, das etwa 25 bis 27 Gew.-% eines
Styrol/Acrylsäure/α-Methylstyrol-Copolymers
in Wasser enthält,
das mit einer Base, wie beispielsweise Ammoniumhydroxid, Kaliumhydroxid,
Calciumhydroxid und dergleichen, neutralisiert wurde und einen Säurewert
von etwa 100 bis 300 und ein gewichtsmittleres Molekulargewicht
von mehr als 7.000 aufweist. Insbesondere wird das polymere Tensid mit
etwa 6 bis 7 Gew.-% Ammoniumhydroxid neutralisiert und weist einen
Säurewert
von etwa 205, ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von etwa 8.500
und ein mittleres Monomer-Gewichtsverhältnis zwischen α-Methylstyrol,
Styrol und Acrylsäure
in Gewichtsteilen von etwa 37:32:31 auf.
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Das
Harz wird gemäß dem im
US-Patent Nr. 4.529.787 von Schmidt et al. beschriebenen Verfahren hergestellt,
wobei eine geringe Menge Diethylenglykolmonoethylether als Lösungsmittel
verwendet wird. Zusätzliche
Harze, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, können gemäß den Lehren
des US-Patents Nr. 4.414.370 von Hamielec et al. und des US-Patents
Nr. 4.546.160 von Brandt et al. hergestellt werden.
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Die
Menge des zum Reaktor zugesetzten polymeren Tensids beträgt etwa
15 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise etwa 26 Gew.-%, auf einer trockenen
Latexbasis, wobei angenommen wird, dass etwa 30 Gew.-% insbesondere
zu bevorzugen sind.
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Die
radikalischen Initiatoren, die zur Polymerisation der verschiedenen
obigen Latex-Bindemittel
bildenden Monomere verwendet werden, umfassen Natriumpersulfat,
Ammoniumpersulfat, Kaliumpersulfat und dergleichen. Auch andere
radikalische Initiatoren können
verwendet werden, die während
der Polymerisation verwendeten Temperatur zerfallen oder aktiv werden,
wie beispielsweise unterschiedliche Peroxide, wie z.B. Cumolhydroperoxid,
Dibenzoylperoxid, Diacetylperoxid.
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Das
optionale Kettenübertragungsmittel
kann im Allgemeinen jedes auf dem Gebiet der Erfindung bekannte
geeignete Kettenübertragungsmittel
sein. Optionale Kettenübertragungsmittel
umfassen Mercaptane, wie z.B. Alkyl- und/oder Arylmercaptane mit
8 bis etwa 18 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise etwa 12 bis etwa
14 Kohlenstoffatomen. Die tertiären
Alkylmercaptane mit 12 bis 14 Kohlenstoffatomen sind insbesondere zu
bevorzugen. Beispiele für
geeignete Mercaptane umfassen n-Octylmercaptan, n-Dodecymercaptan,
t-Octylmercaptan, t-Dodecylmercaptan, Tridecylmercaptan, Tetradecylmercaptan,
Hexadecylmercaptan und dergleichen sowie Gemisch daraus. Die Menge
des Kettenübertragungsmittels
beträgt
im Allgemeinen etwa 0,2 bis etwa 2,5 Teile pro 100 Teilen Monomer,
vorzugsweise 0,4 bis etwa 0,9 Teile pro 100 Teilen Monomer, noch bevorzugter
etwa 0,7 Teile pro 100 Teilen Monomer. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Kettenübertragungsmittel
ein Dodecylmercaptan-Kettenübertragungsmittel,
wie beispielsweise Sulfole 120, das von Phillips 66 Co. vertrieben
wird.
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Chelatbildner
können
ebenfalls während
der Polymerisation eingesetzt werden, um verschiedene Metallverunreinigungen
zu binden und um eine gleichförmige
Polymerisation zu erreichen. Die Menge solcher Chelatbildner ist
im Allgemeinen gering und beträgt
etwa 0,02 bis etwa 0,08, vorzugsweise etwa 0,05 Teile Chelatbildner
pro 100 Teilen Gesamtmonomer. Beispiele für geeignete Chelatbildner umfassen
Ethylendiamintetraessigsäure,
Nitrilotriessigsäure,
Citronensäure
und Ammonium-, Kalium- und
Natriumsalze davon. Bevorzugte Chelatbildner umfassen jene Chelatbildner,
die unter der Bezeichnung Hamp-ene von Hampshire Chemical erhältlich sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
findet die Polymerisation der ethylenisch ungesättigten Monomere und des polymeren
Tensids sequentiell statt. Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung
der sequentiellen Zusetzung der ethylenisch ungesättigten
Monomere und des polymeren Tensids, um das Latex-Bindemittel herzustellen.
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Beispiele 1 und 2
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Zwei
separate Latices wurden gemäß vorliegender
Erfindung hergestellt. Jeder Latex wurde durch Zusetzen einer Charge
von entionisiertem Wasser, polymerem Tensid und Hamp-ene zu einem
Reaktor mit einem Volumen von etwa 76 dm3 (20
Gallonen) und einem Fassungsvermögen
von etwa 63,5 kg (140 Pfund) Latex hergestellt. Nachdem das polymere
Tensid zugesetzt worden war, wurde der Reaktor evakuiert (etwa 508
mm (20 Zoll) Quecksilber), mit Stickstoff gespült und auf eine gewünschte Temperatur
erhitzt. Ammoniumpersulfat wurde dann als 10%ige Lösung in
entionisiertem Wasser zum Reaktor zugesetzt.
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Eine
Charge, die Styrol, Butadien, Acrylnitril und Dodecylmercaptan umfasste,
wurde dann sequentiell in gleichen Beschickungen zum Reaktor zugesetzt.
In Tabelle 1 sind die gewichtsprozentuellen Mengen Styrol, Butadien,
Acrylnitril und Dodecylmercaptan angeführt, die für die als Beispiel 1 und 2
bezeichneten Latices zum Reaktor zugesetzt wurden.
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Die
erste Beschickung für
jeden Latex wurde etwa 5 min nach dem Zusetzen des Ammoniumpersulfats zum
Reaktor zugegeben. Zusätzliche
Beschickungen wurden dann in gestuften Intervallen von etwa 15 oder 20
min zum Reaktor zugesetzt. Die Beschickungen können je nach Menge des zu polymerisierenden
Latex-Bindemittels über
jede beliebige Anzahl an gestuften Intervallen zugesetzt werden.
Beispielsweise können die
Beschickungen in 6 bis 12 Stufen oder mehr in gleichen Einzelproben
zugesetzt werden. Nachdem die letzte Beschickung zum Reaktor zugesetzt
worden war, wurde die Reaktion überwacht,
bis der Feststoffgehalt an Latex im Reaktor einen annehmbaren Umsetzungsgrad
aufzeigte. In Fällen,
in denen die Reaktionsgeschwindigkeit während der Verweilzeit unerwünscht langsam
war, wurde eine zusätzliche
Menge Ammoniumpersulfat zugesetzt.
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Nachdem
der gewünschte Überführungsgrad
erreicht worden war, wurden die einzelnen Latices in ein 227 dm3 (60 Gallonen) fassendes Gefäß gegeben
und dampf- und vakuumgestrippt.
Dieses Verfahren umfasste den Zusatz eines Entschäumers, wie
beispielsweise Drew L198. Auch das Konservierungsmittel Kathon® LX
wurde zusammen mit dem Antioxidans Bostex® 362-C
von Akron Dispersion Inc. zugesetzt, wie auf dem Gebiet der Erfindung
allgemein bekannt ist. Bostex 362-C ist ein wässriges Gemisch aus Ditridecythiodipropionat,
4-Methylphenol und einem Reaktionsprodukt von Dicyclopentadien und
Isobutylen, Natriumdodecylbenzolsulfonat.
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Repräsentative
physikalische Eigenschaften der bevorzugten Sytrol-Butadien-Acrylnitril-Latex-Bindemittel
sind in Tabelle 2 angeführt.
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Beispiel 3
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Zu
Vergleichszwecken wurde ein Latex-Bindemittel unter Verwendung der
gleichen Verfahren und Bestandteile wie in Beispiel 1 und 2 hergestellt,
mit der Ausnahme, dass das Acrylnitrilmonomer aus der Reaktorcharge
zur Polymerisation weggelassen wurde, um die Wirkung des Acrylnitrilmonomers
zu bestimmen. Die gewichtsprozentuelle Menge an Styrol, Butadien
und Dodecylmercaptan, die zum Reaktor für das als Beispiel 3 bezeichnete
Latex zugesetzt wurde, ist in der folgenden Tabelle 3 angeführt.
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Die
physikalischen Eigenschaften des Latex aus Beispiel 3 sind in Tabelle
4 zusammengefasst.
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Die
resultierenden Latex-Bindemittel der Beispiele 1 bis 3 wurden dann
auf separate Proben von Nicht-Cellulose-Vliesfasern eines weiter
oben beschriebenen Typs unter Verwendung von Polyester aufgetragen.
Natürlich
kann jedes beliebige auf dem Gebiet der Erfindung allgemein bekannte
Verfahren verwendet werden, wie beispielsweise Tränken, Eintauchen
oder Aufsprühen.
Detaillierte Beschreibungen der unterschiedlichen Geräte und Bearbeitungsvorgänge sowie
von Bedingungen zum Auftra gen eines Latex-Bindemittels auf Fasern,
um einen Stoff herzustellen, sind in Literatur der Vliesstoffindustrie
zu finden.
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Nachdem
die Latex-Bindemittel auf die Nicht-Cellulose-Vliesfasern aufgetragen
worden waren, wurden die Latex-Bindemittel zuerst luftgetrocknet
und dann wärmebehandelt,
um die Nicht-Cellulose-Fasern zu binden und einen dimensionsstabilen
Vliesstoff zu bilden. Natürlich
können
die Latex-Bindemittel auch getrocknet werden, indem sie über die
Oberfläche
mehrerer dampfbeheizter Gefäße oder
durch einen Heizkanal oder Ofen geführt werden, in denen zirkulierende
Heißluft
oder Infrarotlampen zum Trocknen der Latex-Bindemittel verwendet
werden können.
Die Trocknungszeit hängt
von einer Reihe von Faktoren, wie beispielsweise der Wärmekapazität der Nicht-Cellulose-Fasern,
der Heizart, der Ofentemperatur, der Luftgeschwindigkeit (wenn zirkulierende
Luft verwendet wird) und der Geschwindigkeit, mit der die Nicht-Cellulose-Fasern
durch den Ofen oder Heiztunnel geführt werden, ab. Die Latex-Bindemittel
können
beispielsweise wärmebehandelt werden,
indem die Fasern etwa 60 s lang bei einer Temperatur zwischen etwa
104 und 121 °C
(etwa 220 und 250 °F)
erhitzt und getrocknet werden.
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Die
Stoffe gemäß vorliegender
Erfindung wiesen verbesserte Zugfestigkeitseigenschaften in Wasser auf,
wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist. Alle der angegebenen Leistungseigenschaften
wurden bestimmt, nachdem die Stoffe gemäß vorliegender Erfindung etwa
24 h lang bei TAPPI- (Technical Association of the Pulp and Paper
In dustry) Standardbedingungen von etwa 22 °C (72 °F) und etwa 50 % relativer Feuchte
konditioniert worden waren. Die Zugfestigkeitswerte, sowohl im nassen
als auch im trockenen Zustand, wurden gemäß ASTM D 1117–80 mit
dem Titel "Standard
Methods of Testing Nonwoven Fabrics", veröffentlicht im 1980 Annual Book
of ASTM Standards, bestimmt. Indem das ASTM-Standardtestverfahren
befolgt wurde, wurden trockene Zugfestigkeitsmessungen durchgeführt, indem
25 mm × 102
mm große
(1 Zoll breite und 4 Zoll lange) Streifen des Stoffs mit einer Geschwindigkeit
von 127 mm (5 Zoll) pro min bei einem anfänglichen Backenabstand von
76 mm (3 Zoll) auf einem Instron gezogen wurden. Die nassen Zugfestigkeitsmessungen
wurden auf im Wesentlichen dieselbe Weise durchgeführt wie
die trockenen Zugfestigkeitsmessungen, mit der Ausnahme, dass der
Stoffstreifen vor dem Test auf dem Instron etwa 30 s lang in eine
Wasserlösung
getaucht wurde. Griffwerte sind, wie in der Textilindustrie allgemein
bekannt ist, ein quantitatives Maß für den Stoff. Die angegebenen
Griffwerte sind ein Mittelwert der Ablesungen auf einem Thwing-Albert-Handle-O-Meter, wobei
ein quadratisches Stoffstück
mit einer Seitenlänge
von 127 mm (5 Zoll) verwendet wurde. Die Stoffe wurden auf dem Handle-O-Meter
in Querrichtung und Laufrichtung getestet, und dann wurde ein Mittelwert
berechnet. Die Menge an Latex-Bindemittel wurde wie folgt berechnet.
Das Gewicht der Fasern (F) wurde vor dem Auftragen des Latex-Bindemittels
(L) bestimmt. Nachdem das Latex-Bindemittel
(L) aufgetragen worden war, wurden die Fasern luftgetrocknet, wonach
das Endgewicht des Stoffs (F + L) bestimmt wurde. Der nachstehend
angeführte
Gehalt an Latex-Bindemittel wurde dann mithilfe der folgenden Gleichung
bestimmt: L / (F + L) × 100.
Das Basisgewicht der einzelnen reinen Faser einer bestimmten Faserart
(Tabelle 5) wurde konstant gehalten. 254 × 254 mm (10 Zoll × 10 Zoll)
große
quadratische Proben aus reinen Fasern wurden geschnitten und in
Gewichtsbereiche mit nur 0,1 g Abweichung pro 645 cm2 (100
Quadratzoll) innerhalb einer bestimmten Tabelle sortiert.
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Tabelle
5 zeigt die verbesserte Leistung eines Nicht-Cellulose-Vliesstoffs
auf, auf den ein oben beschriebenes Latex-Bindemittel aufgetragen
wurde. Wie in Tabelle 5 angeführt,
wurden gemäß vorliegender
Erfindung Polyesterfasern verbesserte Zugfestigkeitseigenschaften
in Wasser verliehen. Es wird angenommen, dass Ähnliches auch mit anderen Fasern,
wie beispielsweise Acrylfasern, Polypropylenfasern, Polyethylenglasfasern,
Polyamidfasern und dergleichen erzielt werden kann.
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Überraschenderweise
wies der Nicht-Cellulose-Vliesstoff gemäß vorliegender Erfindung verbesserte Zugfestigkeitseigenschaften
in Wasser auf, ohne ein Melamin-Formaldehyd-Harz
als Additiv im Latex-Bindemittel zu erfordern, um die Zugfestigkeitseigenschaften
zu verbessern. Obwohl typischerweise Acrylnitril in einem Latex-Bindemittel verwendet
wird, um die Lösungsmittelbeständigkeit
des Latex, beispielsweise die Perchlorethylenbeständigkeit,
zu verbessern, zeigte sich, dass der Zusatz eines Acrylnitrilmonomers
eine unbedeutende Auswirkung auf die Zugfestigkeitseigenschaften
in Lösungsmittel,
aber eine überraschende
Wirkung auf die Zugfestigkeitseigenschaften in Wasser hatten. Demgemäß verleiht
ein Acrylnitrilmonomer enthaltendes Latex-Bindemittel gemäß vorliegender
Erfindung einem Nicht-Cellulose-Vliesstoff
höhere
Wasserbeständigkeitseigenschaften.
Wie oben erklärt,
besteht ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass
keine Melamin-Formaldehyd- Harze
erforderlich sind, weshalb die damit verbunden Nachteile, beispielsweise Schwierigkeiten
beim Vermischen mit einem Latex-Bindemittel, recht hohe Härtungstemperatur
und die Gegenwart von Formaldehyd am Arbeitsplatz und im Endprodukt,
nicht auftreten.
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Obwohl
hierin bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben wurden, versteht sich, dass die Erfindung
innerhalb des Schutzumfangs der beiliegenden Ansprüche auch
anders in die Praxis umgesetzt werden kann.