WO2007048630A1 - Superhydrophobe beschichtung eines polymervlieses, insbesondere eines polypropylenvlieses - Google Patents

Superhydrophobe beschichtung eines polymervlieses, insbesondere eines polypropylenvlieses Download PDF

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WO2007048630A1
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superhydrophobic coating
superhydrophobic
solvent
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PCT/EP2006/010375
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Thomas Broch-Nielsen
Jens Bondergaard
Flemming Besenbacher
Peter Kingshott
Søren MØLGAARD
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Fibertex A/S
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    • Y10T442/2164—Coating or impregnation specified as water repellent

Definitions

  • the present invention relates to a nonwoven polymer, in particular a polypropylene fleece.
  • a flat surface of pure polypropylene has a contact angle with water (wetting angle) of about 90-100 °.
  • This contact angle which is in the gray zone between hydrophilicity and hydrophobicity, is reflected in the mediocre water repellency properties of nonwoven fabrics of polypropylene fibers.
  • the first type is a measure of the water repellency / repellency of one material while the other is a measure of resistance to permeability.
  • Hydrophobicity which is permeability, is divided into two types of permeability. The permeability to liquid water and the permeability to water vapor due to the diffusion of water molecules.
  • the degree of permeability to liquid water depends on the pore radius, the wetting angle, the degree of sublimation and defects in the material.
  • polypropylene nonwovens are the two types of hydrophilicity are often not completely independent.
  • An increase in water repellency is often synonymous with a decrease in permeability and vice versa.
  • surfaces of high roughness are formed imitating natural water-repellent superhydrophobic surfaces (e.g., the surfaces of certain leaves (e.g., those of the lotus plant, Neumbo nucifera) or insect wings).
  • natural water-repellent superhydrophobic surfaces e.g., the surfaces of certain leaves (e.g., those of the lotus plant, Neumbo nucifera) or insect wings).
  • This object is achieved by a superhydrophobic coating of a nonwoven, wherein the nonwoven material is coated with a sponge-like network structure with features in the micro and nano range, as described in claim 1.
  • the coating material according to the invention is non-fluorinated polypropylene, a non-fluorinated propylene copolymer, a non-fluorinated polyethylene or a non-fluorinated polyethylene terephthalate.
  • the polymer or copolymer may each have a linear, star-shaped, branched or dendritic structure.
  • the coating may consist of a hydrophobic degradable polymer which has a self-cleaning surface by erosion.
  • the coating may be obtainable by dissolving a certain amount of the soluble coating material in a solvent.
  • a precipitant may be added here to obtain a precipitate of the coating material.
  • the superhydrophobic coating can now be obtained by applying the solution to the nonwoven by dip coating.
  • the solution can also be sprayed onto the nonwoven.
  • the solution may be applied to the nonwoven by transfer coating.
  • the solution may also be applied to the nonwoven by electrospray, electrospinning or spin coating.
  • the nonwoven material may consist of polypropylene.
  • the nonwoven material may be polyethylene, polyethylene terephthalate or combinations of polyethylene, polyethylene terephthalate or polypropylene.
  • the coating can be obtained by dissolving an amount of the polypropylene in a solvent selected from the following group of solvents: o-xylene, p-xylene, stearic acid, paraffins, isoparaffins, orthodichlorobenzene (ODCB) or trichlorobenzene (TCB).
  • a solvent selected from the following group of solvents: o-xylene, p-xylene, stearic acid, paraffins, isoparaffins, orthodichlorobenzene (ODCB) or trichlorobenzene (TCB).
  • the coating material can form, as an agglomerated material, a net-like structure which contains beads with a diameter of 0.1 to 15 ⁇ m.
  • the beads may be connected by cylindrical strands of the same material with a diameter of less than 1 micron.
  • the beads can also have a rough surface.
  • the agglomerated material is fused to the nonwoven backing matrix.
  • the added precipitating agent may be selected from a group consisting of methyl ethyl ketone, isopropyl alcohol or cyclohexane.
  • the fleece can be needled, hydroentangled, spunbonded, spunmelt, meltblown or airlaid. It may consist of a combination of correspondingly produced nonwoven layers, for example of a combination of layers of spunbonded nonwoven and spun-bonded nonwoven fabric.
  • the basis weight of the coating may advantageously be between 0.5 gsm and 200 gsm.
  • a preferred method of making a superhydrophobic coating of a nonwoven web is to add the solvent, including the coating material dissolved in the solvent, to the web, as described above in that a phase separation takes place between the nonwoven fibers, during the phase separation the dissolved coating material agglomerates and the solvent evaporates.
  • the size of the agglomerates can be adjusted by changing the evaporation rate of the solvent. It can be varied between a relatively slow or fast drying.
  • a relatively fast drying can be done by vacuum drying, air drying or heating.
  • relatively slow drying can be achieved by drying in a humid atmosphere or by cooling.
  • the coating material is added to the solvent in a ratio of 0.1 to 75 mg per ml of solvent, the solvent optionally being heated upon addition of the coating material.
  • Another solution of the aforementioned object, for which independent protection is claimed consists of a superhydrophobic coating of a nonwoven, wherein the nonwoven material having a sponge-like network structure in the micro or nano range, the coating material polypropylene, a polypropylene copolymer, a fluorinated homopolymer , a fluorinated grafted copolymer or a block polymer, a diblock copolymer or a triblock copolymer or another multiblock copolymer, all or at least some blocks being fluorinated.
  • a method of making a superhydrophobic coating of a nonwoven web may be by dissolving the coating material in a solvent.
  • the coating material can advantageously be applied in the form of a particle suspension introduced in a solvent, the particles being either completely or partially soluble in the chosen solvent or being present in the form of a gel in the chosen solvent.
  • the coating material present in the solvent as a particle suspension can be in the order of magnitude of 1 nm to 100 ⁇ m.
  • the coating material may be presented in a solvent, wherein the coating material consists of particles having an outer shell of polypropylene or fluoropolymer and the core region of which comprises a reservoir of hydrophobic molecules which can diffuse to the outer of the particles to form a self-generated hydrophobic layer to form on the outer surface of the particles.
  • a precipitating agent may be added to the solvent, and in addition to or in place thereof may be added a fluorinated surfactant in which the surfactant is linear, star or dendritic in structure and / or surfactant Substance is a modified fatty acid that has been modified with fluorinated groups.
  • the solution may be applied to the web by dip coating.
  • the solution can be applied to the nonwoven by spin coating.
  • the solution can be applied to the nonwoven via an electrospray method.
  • the basic solution of the invention is a coating with a spongy network structure with features in the micro and nano range.
  • the coating is pure or almost pure polypropylene. in its final form, so that the hydrophobicity is achieved only by the structure of the material (no chemical modifications contribute to increasing the hydrophobicity).
  • the coating can be fused to the fibers of the web so that the bond of the web can be very strong.
  • the final product is e.g. pure or almost pure polypropylene, so that no toxic coatings or components are present. No toxic chemical treatment is needed to reduce the surface free energy.
  • the permeability to water is reduced.
  • the permeability to air is reduced.
  • the special properties of the coating are achieved through its micro and nano structure.
  • an amount of polypropylene normally but not limited to 10-40 mg / ml in o-xylene, p-xylene, or possibly another suitable organic solvent such as stearic acid, paraffins or isoparaffin (others less suitable solvent for polypropylene are ODCB (orthodichlorobenzene) was dissolved (130 0 C for xylene, for example) or TCB (trichlorobenzene) at a sufficiently high temperature.
  • a precipitating agent such as methyl ethyl ketone, isopropyl alcohol or cyclohexane, the solution may be added. reportedly arise in from Coatings Solutions Obtained With Precipitants Higher Contact Angle than Solutions Without Precipitant
  • the precipitant is a nonsolvent that causes phase separation.
  • the present invention makes nonwoven fabrics hydrophobic in the sense that they repel water and have very high water contact angles. It has already been shown [HY Erbil et al., Science 299, 1377-1379 (2003)] that coatings of this type applied to solid, planar surfaces give water contact angles of up to over 150 °, which qualifies the coating as superhydrophobic (a superhydrophobic Material is defined as material where the water contact angles are over 150 °). After preparing the solution, it is either by dip coating at a sufficiently low temperature in order not to damage the fleece (approximately 8O 0 C for polypropylene), applied to a nonwoven fabric or sprayed onto a fleece. The solution could also be applied to the nonwoven by transfer coating.
  • the transfer roll could also be heated. As the solution cools, nucleation centers form for the crystallization of the polypropylene which, in the course of further cooling, develop into spherulites and cylindrical bridges between the spherulites to form a large porous network from which the solvent vaporizes.
  • the organic solvent evaporates from the coating, a sponge-like (in terms of shape) micro-and nanostructured porous mesh remains.
  • the polypropylene residues are either fused with the nonwoven fibers or not fused therewith.
  • fused is meant that the dried coating is fused (chemically bonded) to the fibers in the substrate material without the use of any binder material other than polypropylene.
  • the coating adhere well to the substrate.
  • the applied material is either present only on the surface (e.g., achieved by spraying) or fills the voids of the web over the entire thickness of the web (achieved, for example, by dip coating).
  • the structure of the network e.g., the number ratio of bridges to spherulites or the surface morphology of the spherulites is also a controllable result of the coating process.
  • the coating can be combined with other methods of increasing hydrophobicity.
  • treatments that make the fleece less permeable could be an addition to the water repellent coating proposed in this patent.
  • the products to be coated could be fibers (staple fibers, spunbond fibers, meltblown fibers or other fibers) or nonwoven fabrics made from these fibers.
  • the fibers could be "sheath core", “side by side”, “segmented pie” bicomponent fibers, "island in the sea” and others.
  • the combination may be polypropylene with other polymers such as other polyolefins or PET, PA, PU, etc.
  • the nonwoven web could be needled felt, hydroentangled nonwoven, spunbonded nonwoven, spunbond nonwoven or nonwoven type S, SS, SSS, SMMS, SSMMS, SMMMS, SSMMMS etc. in a variety of bonding methods, e.g. Calendering, IR bonding, through-air bonding, needling, chemical bonding, hydroentanglement and others.
  • bonding methods e.g. Calendering, IR bonding, through-air bonding, needling, chemical bonding, hydroentanglement and others.
  • the coating described in this patent is also applicable to other polymers so that it could be used in exactly the same way on PE, PET and other polymers, and therefore the above statements apply to them as well.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses. Gemäß der Erfindung ist das Vliesmaterial mit einer schwammartigen Netzstruktur im Mikro- und Nanobereich beschichtet.

Description

Superhydrophobe Beschichtung eines Polymervlieses, insbesondere eines PoIy- propylenvlieses
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Polymervlies, insbesondere ein Polypropy- lenvlies.
Eine ebene Fläche aus reinem Polypropylen hat einen Kontaktwinkel mit Wasser (Benetzungswinkel) von ungefähr 90-100°. Dieser Kontaktwinkel, der in der Grauzone zwischen Hydrophilie und Hydrophobie liegt, spiegelt sich in den mittelmäßigen wasserabweisenden Eigenschaften von Vliesstoffen aus Polypropylenfasern. Im Allgemeinen unterscheidet man bei textilen Materialien zwischen zwei Hauptarten der Hydrophobie. Die erste Art ist ein Maß für die wasserabweisenden/wasserabstoßenden Eigenschaften eines Materials, während die andere ein Maß für die Beständigkeit gegen Durchlässigkeit ist. Die Hydrophobie, bei der es um die Durchlässigkeit geht, wird in zwei verschiedene Arten von Durchlässigkeit unterteilt. Die Durchlässigkeit für flüssiges Wasser und die Durchlässigkeit für Wasserdampf infolge der Diffusion von Wassermolekülen. Der Grad der Durchlässigkeit für flüssiges Wasser ist abhängig vom Porenradius, vom Benetzungswinkel, vom Sublimationsgrad und von Fehlstellen im Material. Bei Polypropylenvliesen sind die zwei Arten der Hydrophilie oft nicht ganz unabhängig voneinander. Eine Zunahme der wasserabweisenden Eigenschaften ist oft gleichbedeutend mit einer Abnahme der Durchlässigkeit und umgekehrt.
Bis jetzt wurde das Problem der Zunahme der beiden Arten von Hydrophobie bei Polypropylenvliesen auf mindestens vier verschiedene Arten gelöst: (1 ) Beschich- tung mit einem anderen Material als Polypropylen, z.B. mit einem Film, um die Durchlässigkeit herabzusetzen; (2) Verwendung sehr dünner Fasern (z.B. MeIt- blown-Fasem) zum Herabsetzen der Durchlässigkeit für flüssiges Wasser bei gleichzeitiger Erhöhung der Durchlässigkeit für Dampf und Erhöhung der wasserabweisenden Eigenschaften; (3) Verwendung von Fasern mit speziellen Querschnittsprofilen (z.B. sternförmig) zwecks Erhöhung der wasserabweisenden Eigenschaften, und schließlich (4) chemische Modifikation der Oberfläche der Fasern, womit die freie Oberflächenenergie herabgesetzt wird und damit die wasserabweisenden Eigenschaften erhöht werden.
Mit der Methode (2) und (3) werden Oberflächen mit hoher Rauhigkeit gebildet, womit natürliche wasserabweisende superhydrophobe Oberflächen nachgeahmt werden (z.B. die Oberflächen bestimmter Blätter (z.B. jene der Lotuspflanze, Ne- lumbo nucifera) oder Insektenflügel).
Bei keiner der vorliegenden Methoden wird ein hoher Grad an Hydrophobie (von der wasserabweisenden Art) erwartet. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die chemischen Modifikationen zum Reduzieren der freien Oberflächenenergie Wasserkontaktwinkel mit Maximalwerten von nur 120° ergeben. Diese chemischen Modifikationen wurden durch chemische Bindung von -CF3-Gruppen an eine glatte Oberfläche erreicht [berichtet in: S.R. Coulson et al., J. Phys. Chem., B 104, 8836 (2000); W. Chen et al., Langmuir 15, 3395 (1999); sowie in anderen Quellen].
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die wasserabweisenden Eigenschaften von Vliesstoffen aus einem Polymer, insbesondere Polypropylen, zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch eine superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses gelöst, wobei das Vliesmaterial mit einer schwammartigen Netzstruktur mit Merkmalen im Mikro- und Nanobereich beschichtet ist, wie in Anspruch 1 beschrieben. Das Beschichtungsmaterial ist gemäß der Erfindung nicht fluoriertes Polypropylen, ein nicht fluoriertes Propylen Copolymer, ein nicht fluoriertes Polyethylen oder ein nicht fluoriertes Polyethylenterephthalat.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
So kann beispielsweise das Polymer oder Copolymer jeweils eine lineare, sternförmige, verzweigte oder dendritische Struktur aufweisen.
Die Beschichtung kann aus einem hydrophoben abbaubaren Polymer bestehen, das eine selbstreinigende Oberfläche durch Erosion aufweist.
Die Beschichtung kann dadurch erhältlich sein, dass eine bestimmte Menge des löslichen Beschichtungsmaterials in einem Lösungsmittel gelöst wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann hier ein Fällungsmittel zugesetzt werden, um eine Fällung des Beschichtungsmaterials zu erhalten.
Die superhydrophobe Beschichtung kann nun dadurch erhalten werden, dass die Lösung durch Tauchbeschichten auf das Vlies aufgebracht wird. Alternativ kann die Lösung auch auf das Vlies aufgesprüht werden. Schließlich kann die Lösung durch Transferbeschichtung auf das Vlies aufgetragen sein. Auch kann die Lösung über Elektrosprayverfahren, Elektrospinnen oder Spinnbeschichtung auf das Vlies aufgetragen sein.
Vorzugsweise kann das Vliesmaterial aus Polypropylen bestehen. Alternativ kann das Vliesmaterial aus Polyehtylen, Polyethylenterephthalat oder Kombinationen von Polyethylen, Polyethylenterephthalat oder Polypropylen bestehen.
Die Beschichtung kann erhältlich sein durch Lösen einer Menge des Polypropylens in einem Lösemittel, dass aus der folgenden Gruppe von Lösungsmitteln ausgewählt ist: o-Xylol, p-Xylol, Stearinsäure, Paraffine, Isoparaffine, Orthodichlorbenzol (ODCB) oder Trichlorbenzol (TCB).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Beschich- tungsmaterial als agglomeriertes Material eine netzartige Struktur ausbilden, die Kügelchen mit einem Durchmesser von 0,1 bis 15 μm enthält. Dabei können die Kügelchen durch zylindrische Litzen aus dem selben Material mit einem Durchmesser von kleiner 1 μm verbunden sein. Schließlich können die Kügelchen auch eine rauhe Oberfläche haben.
Vorzugsweise ist das agglomerierte Material mit der Vliesstützmatrix verschmolzen.
Das zugesetzte Fällungsmittel kann ausgewählt sein aus einer aus Methylethylke- ton, Isopropylalkohol oder Cyclohexan bestehenden Gruppe.
Das Vlies kann genadelt, wasserstrahlverfestigt, spunbonded, spunmelt, meltblown oder luftgelegt (airlaid) sein. Es kann aus einer Kombination entsprechend hergestellter Vliesschichten, beispielsweise aus einer Kombination von Schichten aus Spunbondvlies und Spunmeltvlies bestehen.
Das Flächengewicht der Beschichtung kann vorteilhaft zwischen 0,5 gsm und 200 gsm betragen.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer superhydrophoben Beschichtung eines Vlieses besteht darin, dass das Lösungsmittel einschließlich des in dem Lösungsmittel aufgelösten Beschichtungsmaterials dem Vlies zugegeben wird, so dass eine Phasentrennung zwischen den Vliesfasern stattfindet, wobei während der Phasentrennung das gelöst Beschichtungsmaterial agglomeriert und das Lösungsmittel verdampft.
Die Größe der Agglomerate kann durch die Veränderung der Verdampfungsrate des Lösungsmittels eingestellt werden. Dabei kann zwischen einer vergleichsweise langsamen oder schnellen Trocknung variiert werden. Ein vergleichsweise schnelles Trocknen kann durch Vakuumtrocknen, Lufttrocknen oder Erhitzen erfolgen. Ein verhältnismäßig langsames Trocknen dagegen kann bei einem Trocknen in einer feuchten Atmosphäre oder durch Kühlen erreicht werden.
Gemäß einer anderen vorzugsweise Ausgestaltung des Verfahrens wird das Beschichtungsmaterial dem Lösungsmittel in einem Verhältnis von 0,1 bis 75 mg pro ml Lösungsmittel zugegeben, wobei das Lösungsmittel bei der Zugabe des Be- schichtungsmaterials wahlweise erhitzt wird.
Eine weitere Lösung der eingangsgenannten Aufgabe, für die unabhängig Schutz beansprucht wird, besteht aus einer superhydrophoben Beschichtung eines Vlieses, bei der das Vliesmaterial mit einer schwammartigen Netzstruktur im Mikro- oder Nanobereich ist, wobei das Beschichtungsmaterial Polypropylen, ein Polypro- pylencopolymer, ein fluoriertes Homopolymer, ein fluoriertes gepfropftes Copolymer oder ein Blockpolymer, ein Diblockcopolymer oder ein Triblockcopolymer oder ein anders Multiblockcopolymer ist, wobei alle oder zumindest einige Blöcke fluoriert sind.
Bevorzugte Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung entsprechend Anspruch 22 ergeben sich aus einem der Ansprüche 23 bis 30.
Demnach kann ein Verfahren zur Herstellung eines superhydrophoben Beschichtung eines Vlieses darin bestehen, dass das Beschichtungsmaterial in einem Lösungsmittel gelöst wird. Das Beschichtungsmaterial kann vorteilhaft in Form einer in einem Lösungsmittel vorgelegten Partikelsuspension aufgebracht werden, wobei die Partikel in dem gewählten Lösungsmittel entweder vollständig oder teilweise löslich sind oder in Form eines Gels in dem gewählten Lösungsmittel vorliegen.
Dabei kann das in dem Lösungsmittel als Partikelsuspension vorliegende Beschichtungsmaterial in Größenordnungen von 1 nm bis 100 μm liegen.
Vorteilhaft kann das Beschichtungsmaterial in einem Lösungsmittel vorgelegt werden, wobei das Beschichtungsmaterial aus Partikeln besteht, welche eine äußere Schale aus Polypropylen oder Fluoropolymer aufweisen und deren Kernbereich ein Reservoir aus hydrophoben Molekülen aufweist, die an das äußere der Partikel diffundieren können, um eine selbsterzeugte hydrophobe Schicht auf der Außenoberfläche der Partikel zu bilden.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann dem Lösungsmittel ein Fällungsmittel zugegeben werden und zusätzlich oder an Stelle dessen kann diesem ein fluorierter grenzflächenaktiver Stoffe zugegeben werden, in welchem der oberflächenaktive Stoff linear, sternförmig oder dendritisch in seiner Struktur ist und/oder bei dem der oberflächenaktive Stoff eine modifizierte Fettsäure ist, die mit fluorierten Gruppen modifiziert wurde.
Vorzugsweise kann die Lösung durch Tauchbeschichten auf das Vlies aufgebracht werden.
Alternativ kann die Lösung durch Spinnbeschichtung auf das Vlies aufgetragen werden. Alternativ kann die Lösung über ein Elektrosprayverfahren auf das Vlies aufgetragen werden.
Die grundlegende Lösung der Erfindung ist eine Beschichtung mit einer schwammartigen Netzstruktur mit Merkmalen im Mikro- und Nanobereich. Wenn Polypropylen als Material verwendet wird, ist die Beschichtung reines oder fast reines Polypropy- len in seiner endgültigen Form, so dass die Hydrophobie nur über die Struktur des Materials erreicht wird (es tragen keine chemischen Modifikationen zur Erhöhung der Hydrophobie bei). Die Beschichtung kann mit den Fasern des Vlieses verschmolzen werden, so dass die Bindung des Netzes sehr stark sein kann.
Das Endprodukt ist z.B. reines oder fast reines Polypropylen, so dass keine toxischen Beschichtungen oder Komponenten vorhanden sind. Es ist keine toxische chemische Behandlung notwendig, um die freie Oberflächenenergie herabzusetzen. Die Durchlässigkeit für Wasser ist herabgesetzt. Die Durchlässigkeit für Luft ist herabgesetzt.
Die speziellen Eigenschaften der Beschichtung werden über ihre Mikro- und Nano- struktur erreicht. Um die Beschichtung herzustellen, wird eine Menge an Polypropylen (normalerweise, aber nicht darauf beschränkt, 10-40 mg/ml) in o-Xylol, p-Xylol oder möglicherweise einem anderen geeigneten organischen Lösemittel wie Stearinsäure, Paraffinen oder Isoparaffin (andere weniger geeignete Lösemittel für Polypropylen sind ODCB (Orthodichlorbenzol) oder TCB (Trichlorbenzol) bei einer ausreichend hohen Temperatur (z.B. 1300C für XyIoI) gelöst. Ein Fällungsmittel wie zum Beispiel Methylethylketon, Isopropylalkohol oder Cyclohexan kann der Lösung zugesetzt werden. Berichten zufolge ergeben sich bei aus Lösungen mit Fällungsmitteln erhaltenen Beschichtungen höhere Kontaktwinkel als bei Lösungen ohne Fällungsmittel. Das Fällungsmittel ist ein Nichtlösemittel, das eine Phasentrennung bewirkt.
Die vorliegende Erfindung macht Vliesstoffe in dem Sinn hydrophob, dass sie Wasser abstößt und sehr hohe Wasserkontaktwinkel hat. Es wurde bereits gezeigt [H.Y. Erbil et al., Science 299, 1377-1379 (2003)], dass auf feste, ebene Oberflächen aufgebrachte Beschichtungen dieser Art Wasserkontaktwinkel von bis zu über 150° ergeben, was die Beschichtung als superhydrophob qualifiziert (ein superhydrophobes Material ist definiert als Material, bei dem die Wasserkontaktwinkel über 150° liegen). Nach Herstellung der Lösung wird diese entweder durch Tauchbeschichtung bei einer ausreichend niedrigen Temperatur, um das Vlies nicht zu beschädigen (ungefähr 8O0C bei Polypropylen), auf ein Vlies aufgebracht oder auf ein Vlies aufgesprüht. Die Lösung könnte auch durch Transferbeschichtung auf das Vlies aufgebracht werden. Um die Bildung eines superhydrophoben Films auf der Transferwalze zu vermeiden, könnte die Transferwalze auch erwärmt werden. Beim Abkühlen der Lösung bilden sich Keimbildungszentren für die Kristallisation des Polypropylens, die sich im Verlauf der weiteren Abkühlung zu Sphärolithen und zylindrischen Brücken zwischen den Sphärolithen entwickeln, so dass ein großes poröses Netz entsteht, aus dem das Lösemittel verdampft.
Wenn das organische Lösemittel aus der Beschichtung verdampft, bleibt ein schwammartiges (was die Form angeht) mikro- und nanostrukturiertes poröses Netz zurück. Je nach der Beschichtungstemperatur und dem Beschichtungsverfah- ren werden die Polypropylenreste entweder mit den Vliesfasern verschmolzen oder nicht damit verschmolzen. Unter "verschmolzen" ist zu verstehen, dass die getrocknete Beschichtung auf die Fasern in dem Substratmaterial aufgeschmolzen (chemisch damit verbunden) wird, ohne dass dazu ein anderes Bindematerial als Polypropylen verwendet wird.
In vielen Fällen ist es natürlich von Vorteil, dass die Beschichtung gut an dem Substrat haftet. Je nach dem Beschichtungsverfahren ist das aufgebrachte Material außerdem entweder nur auf der Oberfläche vorhanden (wird z.B. durch Sprühen erreicht) oder füllt die Hohlräume des Vlieses über die gesamte Dicke des Vlieses aus (wird z.B. durch Tauchbeschichten erreicht). Die Struktur des Netzes (z.B. das Zahlenverhältnis von Brücken zu Sphärolithen bzw. die Oberflächenmorphologie der Sphärolithen) ist ebenfalls ein steuerbares Ergebnis des Beschichtungsverfah- rens.
Die Beschichtung kann mit anderen Verfahren zum Erhöhen der Hydrophobie kombiniert werden. Insbesondere Behandlungen, die das Vlies weniger durchlässig machen, könnten noch eine Ergänzung zu der in diesem Patent vorgeschlagenen wasserabweisenden Beschichtung darstellen.
Die zu beschichtenden Produkte könnten Fasern (Stapelfasern, Spunbond-Fasern, Meltblown-Fasem oder sonstige Fasern) sein, oder es könnten aus diesen Fasern hergestellte Vliesstoffe sein.
Die Fasern könnten Bikomponentenfasern vom Typ "sheath core", "side by side", "segmented pie" "island in the sea" und sonstige sein. Die Kombination kann Polypropylen mit anderen Polymeren wie zum Beispiel anderen Polyolefinen oder PET, PA, PU etc. sein.
Das Vlies könnte Nadelfilz, wasserstrahlverfestigtes Vlies, Spunbond-Vlies, Spun- melt-Vlies oder Vlies vom Typ S, SS, SSS, SMMS, SSMMS, SMMMS, SSMMMS etc. sein bei einer Vielzahl von Bindeverfahren, z.B. Kalandrieren, IR-Bindung, Durchluftbindung, Vernadelung, chemische Bindung, Wasserstrahlverfestigung und sonstige. Dies führt natürlich zu einer großen Zahl möglicher Kombinationen, doch wirkt sich dies nicht direkt auf die Wirkung der Beschichtung aus, wenngleich der strukturelle Unterschied der Produkte unterschiedliche inhärente hydrophobe Eigenschaften mit sich bringen kann.
Die in diesem Patent beschriebene Beschichtung ist auch auf andere Polymere anwendbar, so dass sie in genau der gleichen Weise auf PE, PET und anderen Polymeren verwendet werden könnte, und daher gelten die obigen Ausführungen auch für sie.

Claims

Superhydrophobe Beschichtung eines Polymervlieses, insbesondere eines PoIy- propylenvliesesPatentansprüche
1. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Vliesmaterial mit einer schwammartigen Netzstruktur im Mikro- oder Nanobereich beschichtet ist, wobei das Beschichtungsmaterial nicht fluoriertes Polypropylen, ein nicht fluoriertes Propylencopolymer, ein nicht fluoriertes Polyethylen oder ein nicht fluoriertes Polyethylentherephthalat ist.
2. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer oder Copolymer jeweils eine lineare, sternförmige, verzweigte oder dendritische Struktur aufweist.
3. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einem hydrophoben abbaubaren Polymer besteht, das eine selbstreinigende Oberfläche durch Erosion aufweist.
4. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung erhältlich ist durch Lösen einer bestimmten Menge des löslichen Beschichtungsmaterials in einem Lösemittel.
5. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fällungsmittel zugesetzt ist.
6. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung durch Tauchbeschichten auf das Vlies aufgebracht ist.
7. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung auf das Vlies aufgesprüht ist.
8. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung durch Transferbeschichtung auf das Vlies aufgetragen ist.
9. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung über Elektrospray, Elektrospinnen oder Spinnbeschichtung auf das Vlies aufgetragen ist.
10. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vliesmaterial Polypropylen ist.
11. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vliesmaterial Polyethylen (PE), Po- lyethylenterephthalat (PET) oder Kombinationen von Polyethylen (PE), Polye- thylenterephthalat (PET) oder Polypropylen ist.
12. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung erhältlich ist durch Lösen einer Menge des Polypropylens in einem Lösemittel, das aus der folgenden Gruppe von Lösemitteln ausgewählt ist: o-Xylol, p-Xylol, Stearinsäure, Paraffine, Isoparaffine, Orthodichlorbenzol (ODCB) oder Trichlorbenzol (TCB).
13. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass agglomeriertes Material eine netzartige Struktur ausbildet, die Kügelchen mit einem Durchmesser von 0,1 bis 15 μm enthält.
14. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kügelchen durch zylindrische Litzen aus dem Material mit einem Durchmesser kleiner 1 μm verbunden sind.
15. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kügelchen eine rauhe Oberfläche haben.
16. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das agglomerierte Material mit der Vliesstützmatrix verschmolzen ist.
17. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zugesetzte Fällungsmittel ausgewählt ist aus einer aus Methylethylketon, Isopropylalkohol oder Cyclohexan bestehenden Gruppe.
18. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies genadelt, wasserstrahlverfestigt, spunbonded, spunmelt, meltblown oder luftgelegt (airlaid) ist oder aus einer Kombination aus entsprechend hergestellten Vliesschichten besteht.
19. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht der Beschichtung zwischen 0,5 gsm und 200 gsm beträgt.
20. Verfahren zur Herstellung einer superhydrophoben Beschichtung eines Vlieses nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lösungsmittel einschließlich des in dem Lösungsmittel aufgelösten Be- schichtungsmaterials dem Vlies zugegeben wird, so dass eine Phasentrennung zwischen den Vliesfasern stattfindet, wobei während der Phasentrennung das gelöste Beschichtungsmaterial agglomeriert und das Lösungsmittel verdampft.
21. Verfahren zur Herstellung einer superhydrophoben Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das aufzulösende Beschichtungsmaterial dem Lösungsmittel in einem Verhältnis von 0,1 bis 75 mg pro ml Lösungsmittel zugegeben wird, wobei das Lösungsmittel bei der Zugabe des Beschichtungsmaterials wahlweise erhitzt wird.
22. Superhydrophobe Beschichtung eines Vlieses,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Vliesmaterial mit einer schwammartigen Netzstruktur im Mikro- oder Nanobereich beschichtet ist, wobei das Beschichtungsmaterial Polypropylen, ein Polypropylencopolymer, ein fluoriertes Homopolymer, ein fluoriertes gepfropftes Copolymer oder ein Blockpolymer, ein Diblockcopolymer oder ein Triblockcopolymer oder ein anders Multiblockcopolymer ist, wobei alle oder zumindest einige Blöcke fluoriert sind.
23. Verfahren zur Herstellung einer superhydrophoben Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsma- terial in einem Lösungsmittel gelöst wird.
24. Verfahren zur Herstellung einer superhydrophoben Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsma- terial in Form einer in einem Lösungsmittel vorgelegten Partikelsuspension aufgebracht wird, wobei die Partikel in dem gewählten Lösungsmittel entweder vollständig oder teilweise löslich sind oder in Form eines Gels in dem gewählten Lösungsmittel vorliegen.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße der in dem Lösungsmittel als Partikelsuspension vorliegenden Beschich- tungsmaterialien in einer Größenordnung von 1 nm bis 100 μm liegt.
26. Verfahren zur Herstellung einer superhydrophoben Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 22 nach einem der vorgenannten Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial in einem Lösungsmittel vorgelegt wird, wobei das Beschichtungsmaterial aus Partikeln besteht, welche eine äußere Schale aus Polypropylen oder Fluoropolymer aufweisen und deren Kernbereich ein Reservoir aus hydrophoben Molekülen aufweist, die an das äußere der Partikel diffundieren können, um eine selbsterzeugte hydrophobe Schicht auf der Außenoberfläche der Partikel zu bilden.
27. Verfahren zur Herstellung einer superhydrophoben Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lösungsmittel ein Fällungsmittel zugegeben wird und/oder dass diesem ein fluorierter grenzflächenaktiver Stoff zugegeben wird, in welchem der oberflächenaktive Stoff linear, sternförmig oder dentritisch in seiner Struktur ist und/oder bei dem der oberflächenaktive Stoff eine modifizierte Fettsäure ist, die mit fluorierten Gruppen modifiziert wurde.
28. Verfahren zur Herstellung einer superhydrophoben Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 22 oder einem der darauf folgenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung durch Tauchbeschichten auf das Vlies aufgebracht wird.
29. Verfahren zur Herstellung einer superhydrophoben Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 22 oder einem der darauf folgenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung durch Spinnbeschichtung auf das Vlies aufgetragen wird.
30. Verfahren zur Herstellung einer superhydrophoben Beschichtung eines Vlieses nach Anspruch 22 oder einem der darauf folgenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung über ein Elektrosprayverfah- ren auf das Vlies aufgetragen wird.
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