DE69728563T2

DE69728563T2 - Nicht aus cellulose bestehendes faservlies mit einer verbesserten nasszufestigkeit

Info

Publication number: DE69728563T2
Application number: DE69728563T
Authority: DE
Inventors: F. David DIEHL
Original assignee: Omnova Solutions Inc
Current assignee: Omnova Solutions Inc
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2017-02-08
Also published as: JP3329830B2; CA2279913A1; DE69728563D1; JP2000509768A; CA2279913C

Description

Gebiet der Erfindung
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.
Hintergrund der Erfindung
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
Zusammenfassung der Erfindung
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.
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.
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.
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.
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.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Geeignete ethylenisch ungesättigte Monomere für die Emulsionspolymerisationsreaktion umfassen konjugierte Dien-Monomere, vinylsubstituierte aromatische Monomere und Vinylcyanid-Monomere.
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.
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.-%.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Beispiele 1 und 2
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.
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.
Tabelle 1
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.
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.
Repräsentative physikalische Eigenschaften der bevorzugten Sytrol-Butadien-Acrylnitril-Latex-Bindemittel sind in Tabelle 2 angeführt.
Tabelle 2
Beispiel 3
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.
Tabelle 3
Die physikalischen Eigenschaften des Latex aus Beispiel 3 sind in Tabelle 4 zusammengefasst.
Tabelle 4
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.
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.
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.
Tabelle 5
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.
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.
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.

Claims

Vliesstoff aus chemisch gebundenen Nicht-Cellulose-Fasern, der eine zufällige Anordnung von Nicht-Cellulose-Fasern und ein im Wesentlichen formaldehydfreies Latexbindemittel zum Binden der Nicht-Cellulose-Fasern umfasst, wobei das Latexbindemittel ein Latexbindemittel ist, das während des herkömmlichen Trocknungs/Härtungs-Zyklus des Latexbindemittels nach dem Nash/HPLC-Verfahren nicht mehr als 0,7 Teile Formaldehyd pro Million Teile Latexbindemittel abgibt und das durch Emulsionspolymerisation eines Monomergemischs, das 50 bis 70 Gew.-% konjugiertes Dien-Monomer und 16 bis 50 Gew.-% vinylsubstituiertes aromatisches Monomer enthält, hergestellt wird, wobei der Vliesstoff in feuchtem Zustand zumindest etwa 78 % der in Querrichtung gemessenen Zugfestigkeit beibehält, dadurch gekennzeichnet, dass das Monomergemisch für das Bindemittel außerdem zumindest etwa 6,7 Gew.-% Vinylcyanid-Monomer und 15 bis 35 Gew.-% polymeres Tensid enthält.
Vliesstoff nach Anspruch 1, wobei das konjugierte Dien-Monomer aus Piperylen, Isopren, 2,3-Dimethyl-1,3-butadien und 1,3-Butadien ausgewählt ist.
Vliesstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei das vinylsubstituierte aromatische Monomer aus α-Methylstyrol, p-tert-Butylstyrol, m-Vinyltoluol, p-Vinyltoluol, 3-Ethylstyrol und Styrol ausgewählt ist.
Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Vinylcyanid-Monomer aus Methacrylnitril, Ethacrylnitril, Phenylacrylnitril und Acrylnitril ausgewählt ist.
Vliesstoff nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das polymere Tensid ein Harz ist, das etwa 25 bis 27 Gew.-% eines Styrol/Acrylsäure/α-Methylstyrol-Copolymers in Wasser enthält, das mit etwa 6 bis 7 Gew.-% Ammoniumhydroxid neutralisiert wurde.
Vliesstoff nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die prozentuelle Bruchdehnung in Querrichtung in einem Test in feuchtem Zustand 92 % oder mehr der prozentuellen Bruchdehnung in Querrichtung in einem Test in trockenem Zustand beträgt.
Vliesstoff nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Nicht-Cellulose-Fasern Glasfasern oder Fasern aus Hochpolymeren sind.
Vliesstoff nach Anspruch 7, worin die Fasern aus Hochpolymer, ausgewählt aus Polyolefinen, Polyestern, Acrylaten und Polyamiden, bestehen.
Vliesstoff nach Anspruch 8, worin die Fasern aus Polyolefin, ausgewählt aus Polypropylen, Polyethylen, Polybutylen und Copolymeren davon, bestehen.
Vliesstoff nach Anspruch 8, worin die Fasern aus Polyester, ausgewählt aus Polyethylenterephthalat, flüssigkristallinen Polyestern und thermotropen Polyestern, bestehen.
Vliesstoff nach Anspruch 8, worin die Fasern aus Acrylat bestehen, was jede beliebige faserbildende Substanz einschließt, die ein langkettiges synthetisches Polymer aus zumindest 85 Gew.-% Acrylnitrileinheiten -CH₂CH(CN)- enthält.
Vliesstoff nach einem der vorangegangenen Ansprüche, der etwa 15 bis 40 Gew.-% des Latexbindemittels enthält.
Vliesstoff nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Emulsionspolymerisation in Gegenwart von etwa 30 Gew.-% des polymeren Tensids durchgeführt wurde.
Vliesstoff nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Monomergemisch Butadien, Styrol und Acrylnitril umfasst.
Verfahren, das die Bildung eines Latexbindemittels und das Binden eines Vliesstoffs aus Nicht-Cellulose-Fasern mit dem Bindemittel umfasst, um die Nasszugfestigkeit des Stoffs zu verbessern; wobei das Latexbindemittel durch Emulsionspolymerisation eines Monomergemischs hergestellt wird, das 50 bis 70 Gew.-% konjugiertes Dien-Monomer und 16 bis 50 Gew.-% vinylsubstituiertes aromatisches Monomer enthält, wobei das Latexbindemittel in dem Sinne formaldehydfrei ist, dass es – nach dem Nash/HPLC-Verfahren bestimmt – während des herkömmlichen Trocknungs/Härtungs-Zyklus des Latexbindemittels nicht mehr als 0,7 Teile Formaldehyd pro Million Teile Latexbindemittel abgibt; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest etwa 6,7 Gew.-% Vinylcyanid-Monomer im Monomergemisch enthalten sind und dass die Polymerisation in Gegenwart von 15 bis 35 Gew.-% polymerem Tensid durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 worin das polymere Tensid ein Acrylharz ist, das gelöst neutralisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 16 worin das polymere Tensid ein Harz ist, das etwa 25 bis 27 Gew.-% eines Styrol/Acrylsäure/α-Methylstyrol-Copolymers in Wasser enthält, das mit etwa 6 bis 7 Gew.-% Ammoniumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Calciumhydroxid neutralisiert wurde, und das eine Säurezahl von 100 bis 300 und ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von mehr als etwa 7.000 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, worin das Tensid-Copolymer mit 6 bis 7 Gew.-% Ammoniumhydroxid neutralisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, worin das Monomergemisch Butadien, Styrol und Acrylnitril umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, worin die Emulsionspolymerisation in Gegenwart von etwa 30 Gew.-% des polymeren Tensids durchgeführt wird.