DE3151294C2

DE3151294C2 - Polypropylen-Spinnvliesstoff mit niedrigem Fallkoeffizienten

Info

Publication number: DE3151294C2
Application number: DE3151294A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr. Hartmann; Engelbert 6750 Kaiserslautern Löcher; Ivo Ruzek
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1981-12-24
Publication date: 1986-01-23
Also published as: FR2519037B1; BE894013A; US4434204A; JPS6233342B2; GB2114052B; DE3151294A1; JPS58115161A; NL8202168A; FR2519037A1; GB2114052A

Abstract

Weiches Polypropylen-Spinnvlies mit niedrigem Fallkoeffizienten, das aus endlos versponnene, teilverstreckten Polypropylenfilamenten besteht, die eine Höchstzugdehnung von wenigstens 200% aufweisen.

Description

D S 1,65· FG+30

genügt, worin FG den Zahlenwert des Flächengewichts in g/m² bedeutet

2. SpinnvliesstotT nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die teilverstreckten Polypropylenfilamente eine Höchstzugdehnung von mehr als 400% aufweisen.

3. Spinnvliesstoff zur Verwendung bei Hygieneartikeln nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Oberflächenenergie von 35 x 10"⁵ Nm/cm² aufweist, die mit Hilfe eines nichtionogenen Tensids eingestellt ist.

Die Erfindung betrifft einen Polypropylen-Spinnvliesstoff mit besonders weichem textilartigen Griff. Der Spinnvliesstoff zeichnet sich dabei durch ein leichtes Gewicht aus sowie durch einen niedrigen Fallkoeffizienten.

Spinnvliesstoffe und auch Polypropylen-Spinnvliesstoffe sind hinreichend bekannt. Diese Vliesstoffe haben gute textile Eigenschaften, jedoch sind sie in vieler Hinsicht, insbesondere bezüglich des Griffs nicht immer mit gewebten oder gewirkten Stoffen vergleichbar.

Es ist bekannt, daß zur Herstellung von Produkten eines hohen Qualitätsniv^aus die den Vliesstoff bildenden Fasern oder Fäden eine hohe Molekularorientierung aufweisen müssen, d. h. daß das Verstreckungsverhältnis hoch genug sein muß. Die Aufgabe der Orientierung bei der Herstellung von synthetischen Faserstoffen besteht in der Ausrichtung der Makromolekülketten in Richtung der Faserlängsachse zur Erhöhung der Faserfestigkeit und Reduzierung der Bruchdehnung. Derartige Vliesstoffe aus versponnenen verstreckten Filamenten sind z. B. in DE-AS 19 50 669 beschrieben. Die Vliesstoffe zeichnen sich durch eine gute Festigkeit aus. Es fehlt ihnen jedoch die erforde liehe Weichheit. Ein niedriger Fallkoeffizient ist nicht gegeben.

Es sind auch bereits Wesstoffe bekannt, welche sowohl verstreckte als auch teilverstreckte oderunverstreckte Fasern enthalten. So wird z. B. ir DE-OS2406321 ein teilverstreckte Fäden enthaltender Vliesstoffbeschrieben, der sich durch ein gute Abriebfestigkeit ausweist und auch hoher mechanischer Beanspruchung gewachsen ist.

Der Vliesstoff enthält gut orientierte Fasern, die die eigentlichen viiesbüuenuen Fasern darstellen, während die teilverstreckten oder unverstreckten Fasern in üblicher Weise nur als Bindefasern verwendet sind.

Aus »Meliand Textilberichte«, 8/1981, Seite 636 bis 640 sind bereits leichte Wirrfaseirvliesstoffe bekanntgeworden, die sich als Einwegartike! eignen. Die Vliesstoffe sollen ein Flächengewicht bis zu 2-j g/m² aufweisen. Zur Herstellung der Vliesstoffe werden Stapelfasern in verschiedener Weise verfestigt, wobei in Abhängigkeit von der Faserstruktur und der Verfestigungsmethode die Eigenschaften des Wirrfaservliesstoffes bezüglich Volumen, Griff, Biege- und VerformungseigenschaJten eingestellt werden können. Wirrfaservliesstoffe unterscheiden sich in ihren Eigenschaften von Spinnvliesstoffen, wobei insbesondere die mechanischen Merkmale und die Festigungs- und Dehnungseigenschaften nicht vergleichbar sind.

Der textilartige weiche und anschmiegsame Griff bei niedrigem Fallkoeffizienten ist nicht gegeben. Für medizinische Anwendungsgebiete wird in vielen Fällen ein Spinnvliesstoff bevorzugt.

Der Erfindung liegt nun ausgehend von dem letztgenannten Vliesstoff die Aufgabe zugrunde, einen besonders »textilartigen«, d. h. weichen und anschmiegsamen Spinnvliesstoff zu entwickeln, der einen sehr niedrigen Fallkoeffizienten aufweisen soll. Der Spinnvliesstoff ist für den medizinischen und Hygienesektor vorgesehen und soll deshalb besonders auf diesen speziellen Verwendungszweck abgestimmt sein.
Die Aufgabe wird gelöst durch die in den Patentansprüchen definierten Polypropylen-Spinnvliesstoffe.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Polypropylen-Spinnvliesstoff besteht im Gegensatz zu den herkömmlichen Vliesstoffen aus teilverstreckten Polypropylenfilamenten als vliesbildende Fasern. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß derart aufgebaute Vliesstoffe die gestellte Aufgabe in optimaler Weise lösen und bei hoher Gebrauchsfestigkeit einen sehr weichen textilartigen Griff zeigen. Diese Eigenschaften sind besonders für Vliesstoffe bei zahlreichen medizinischen oder Hygieneartikeln unerläßlich. Sie sind überdies bei sogenannten »Komposit-Flächengebilden« erwünscht und vorteilhaft. Komposit-Flächerigebilde setzen sich aus mehreren Lagen weicher Vliesstoffe zusammen. Die guten textlien Eigenschaften sind auch deshalb außerordentlich überraschend, weil die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Polypropylen-Spinnvliesstoffe verwendeten teilverstreckten Filamente im unverarbeiteten Zustand einen lappigen Griff besitzen. Es war nicht zu erwarten, daß derart »lappige« Fasern bzw. Filamenteeinen weichen abersehr widerstandsfähigen Vliesstoff ergeben, der überdies ein ausgezeichnetes Fallvermögen besitzt.

Es sind wissenschaftliche Methoden bekannt, nach denen der Orientierungsgrad von Fasern gemessen wird,

z. B. die Messung der Anisotropie mit optischen oder akustischen Mitteln oder die Auswertung von Röntgen-Streuungsdiagrammen. In vielen Fällen genügt jedoch bereits die Feststellung von Festigkeitsparametern wie Höchstzugkraft als hinreichende Unterscheidungsmerkmale der Fasern bzw. der Faserprodukte untereinander.

So werden bei einer entsprechend hohen Orientierung der Fasern für technische Zwecke Höchst-

zugdehnungswerte von weniger als 10% erreicht. Übliche Fasern und Fäden für Textilanwendungen besitzen Dehnungswerte bis etwa 60%

Das weiche textilartige Verhalten der vorgeschlagenen Spinnvliesstoffe ergibt das gute Fallvermögen. Dieses Fallvermögen wird nach DIN 54306 bestimmt Im Sinne dieser Norm wird der Grad der Deformierung ermittelt, welcher sich ergibt, wenn ein horizontal liegendes Flächengebilde unter seinem Eigengewicht über einer Trägerscheibe hängt. Als Maß für das Fallvermögen dient der nach dieser Norm bestimmte Fallkoeffizient D in %. Definitionsgemäß soll der Fallkoeffizient D ein kritischer Parameter für die Eigenschaften des Polypropylen-Spinnvliesstoffes sein. Der Fallkoeffizient D ist um so niedriger, je besser das Fallvermögen und folglich auch der Griff des Flächengebildes ist.

Es ist sehr vorteilhaft, daß bei der Herstellung der Spinnvliesstoffe das auf dem Förderband abgelegte Fasergebilde ohne Mitverwendung von Bindemitteln oder fremden Bindefasern sich einwandfrei, z. B. durch eine geeignete Kalanderprägetechnik, binden läßt, wobei im Vergleich zu Artikeln mit vollverstreckten Fasern wesentlich mildere Druck- und Temperaturbedingungen eingehalten werden können. Die Vliesstoffe weisen dann in jedem Fail einen Fallkoeffizienten nach DIN 54306 auf, der in Abhängigkeit von dem Flächengewicht (FG) folgender Gleichung genügt:

D<1,65· FG + 30

Stoffe, die höhere Werte von D aufweisen, sind zwar ebenfalls textilartig, jedoch im Sinne der vorliegenden Erfindung zu hart.

Während herkömmliche für die Herstellung von Vliesstoffen verwendete voll verstreckte Fa; <>κα über Höchstzugdehnungswerte von weniger als 100% ihrer ursprünglichen Länge (gemessen nach DIN) verfügc-n, kann man mit hinreichend großem Abstand zu diesen vollverstreckten Fasern die erfindungsgemäß vorgeschlagenen teilverstreckten Fasern so definieren, daß diese über Höchstzugdehnungswerte von v/enigstens 200% verfügen. Ganz besonders bewährt haben sich Fasern mit Höchstzugdehnungswerten von mehr als 400% ihrer Ursprungliehen Längen.

Die Fasern lassen sich durch eine entsprechende Einstellung der Verstreckungsverhältnisse bei der Herstellung genau in dem angegebenen Bereich fertigen.

Hierbei ist es wichtig, daß die teilverstreckten Fasern gleichzeitig einen niederen Faserschrumpf besitzen, nämlich einen im kochenden Wasser ermittelten Schrumpf von weniger als 10%. Würde man üinen höheren Schrumpf einstellen, so wäre die Vliesherstellung erheblich gestört. Zuzüglich würde man ein entkrampftes Vlies erhalten, das viel zu dicht und auch durch das Ausschrumpfen zu hart ist. Daraus folgt, daß in der Faserherstellung nicht nur die Verstreckungsverhältnisse, sondern auch der ganze Prozeß auf die erfindungsgemäße Zielsetzung, nämiich das Beibehalten einer teilverstreckten und gleichzeitig schrumpfarmen Struktur der Fasern abgestellt werden muß.

Es wurde gefunden, daß zur Erreichung der angegebenen Faserparameter, nämlich einer nur teilweisen Verstreckung und einer daraus resultierenden hohen Köchsizugdehnung und gleichzeitig einem niederen Schrumpf ein Spinnverfahren notwendig ist, bei dem der Spinnweg erheblich verkürzt wird. Ein niederes Deformationsverhältnis als Verhältnis der Extrusions- zur Abzugsgeschwindigkeit läßt sich entsprechend einstellen. Zum Ab.*ug der Fäden eignen sich dabei besonders die aus der Spinnvliestechnologie bekannten aerodynamisehen Abzugsorgane. Ein wesentlicher Vorteil liegt bei dieser Arbeitsweise auch darin, daß die zum Fadenabzug benötigte Luftströmungsenergie, deren Nutzungsgrad im Vergleich mit mechanischen Abzugssystemen ohnehin sehr ungünstig ist, auf ein Mindestmaß reduziert wird.

Fig. 1 zeigt eine zur Herstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen teilverstreckten Polyp ropy Ie nfi Iamente mit geringem Schrumpf besonders geeignete Vorrichtung.

In dem Spinnbalken 1 sind die benetzbaren Spinndüsen untergebracht. Die ersponnenen Filamente werden in den Kühlschächten 2 durch die mit Sieben abgedeckten Öffnungen la zugesaugte Luft abgekühlt und durch Ejektionswirkung der Abzugskanäle 3 abgezogen und teilweise verstreckt. Die Fadenscharen werden nach dem Verlassen der Abzugskanäle 3 auf einem von unten abgesaugten Siebband 5 zu dem Vlies abgelegt. Nach der Verfestigung im Kalander 6 wird die fertige Vliesbahn 7 aufgerollt. so

Bei der Verspinnung wird mit Schmelztemperaturen von 240⁰C bis 280⁰C gearbeitet. Die Spinndüse verfügt über eine Mehrzahl vor. Bohrungen, deren Durchmesser unter 0,8 mm liegt. Die Extrusionsgeschwindigkeiten werden durch eine entsprechende Einstellung der Zahnradpumpe auf 0,02 m/s bis 0,2 m/s gestellt. Die gebildeten Filamente werden über eine freie Strecke von höchstens 5,8 m zu einem aerodynamischen Abzugsorgan geführt, wobei sich auf dieser Strecke durch eine Queranblasung mit einer 20⁰C bis 40⁰C warmen Luft abgekühlt werden. Die Queranblasung wird sinnvollerweise unter Ausnutzung der Injektorwirkung ües-aerodynamischen Abzugsorgans besorgt, wobei der Luft-Querstrom durch Einbau von Sieben in die Wandung des Kühlschachts vergleichmäßigt wird. Der Sog des aerodynamischen Abzugsorgans wird so eingestellt, daß sich dabei eine Filamentabzugsgeschwindigkeit von 20 m/s bis 60 m/s ergibt. Die Füamentabzugsgeschwindigkeit wird aus dem Fadendurchmesser und der Kontinuitätsgleichung ermittelt. Für konstante Extrusionsbedingungen kann man den Spinnprozeß nach dem Faserdurchmesser steuern. Durch diese Einstellung ergibt sich ein Bereich für des Deformationsverhältnis, d. h. das Verhältnis der Extrusionsgeschwindigkeit zu der Abztigsgeschwindigkeit von 1 : 200 bis 1 : 1000. Die abgezogenen Filamente werden auf einer porösen, beweglichen Unterlage, die von unten abgesaugt wird, zu einem Spinnvlies abgelegt.

Die Verwendung eines Polypropylens mit einer besonders engen Molekul?rgewichtsverteilung hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen. Dies wird beispielsweise durch einen nachträglichen Abbau eines Polypropylens und seine erneute Granulierung erreicht.

Die Fig.2 zeigt eitie Fließkurve für Polypropylen.

Ein solches Propylen wird durch eine besondere Kombination der Schmelzviskosität in Abhängigkeit von der

variablen Schergeschwindigkeit charakterisiert. Erfindungsgemäß wird verlangt, daß bei einer Schmelztempara tur von 280° C die Viskosität bei einer repräsentativen Schergeschwindigkeit von 362 l/sin einem Bereich von 45

Pa · s ± 3%bei einer Schergeschwindigkeit von 3600 l/s dann in einem Bereich von 14 Pa · s ± 2%und schließlich

bei einer Schergeschwindigkeit von !4 480 l/s in einem Bereich von 6 Pa · s ± 1,5% liegt.

Für die Vlieseigenschaften, vornehmlich auch für den weichen Griff, ist es vorteilhaft, wenn die Vliesbildung so geschaltet wird, daß die Fadenabzugsgeschwindigkeit das 10- bis 20fache der Vlieslaufgeschwindigkeit bzw. der Geschwindigkeit der beweglichen Unterlage, auf der das Vlies gebildet wird, beträgt. Zur Verbesserung der Vliesstruktur ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die die aerodynamischen Ahzugsorgane verlassenden Fadenscharen durch geeignete Mittel in eine Pendelbewegung versetzt werden. Diese stellt die dritte kinematische Komponente der Vliesbildung dar. Der quer zur Vlieslaufrichtung wirkende: Geschwindigkeitsvektor soll das 0- bis 2fache der Vlieslaufgeschwindigkeit betragen.

Für die Vlieseigenschaften, vornehmlich für die Vliesdichte sowie Luft- bzw. Flüssigkeitsdurchlässigkeit ist es vorteilhaft, wenn der Vliesstoff nicht ausschließlich aus individuellen Filamenten besteht, sondern wenn diese IS teilweise und abwechselnd zu 2 bis 5 Filamente enthaltenden Gruppen zusammengefaßt werden. Durch eine Vlieslegung ohne Vorzugsrichtung entsteht in diesem Falle eine erfindunijsgemäß bevorzugte überkreuzte Paralleltextur. Die leichte Bündelbildung kann durch eine Einstellung des freien Querschnitts des aerodynamischen Abzugsorgans im Verhältnis zu der Zahl der durch diesen laufenden Filamente gesteuert werden bzw. durch die in der DE-PS 1560801 geschilderte Vorrichtung.

Das gebildete Vlies wird in einem Kalanderspalt, der aus einer glatten und ei ner gravierten Walze besteht, verfestigt. Erfindungsgemäß wird dabei bei Temperaturen von 130⁰C bis 160⁰C und bei einem mäßigen Liniendruck von 40 N/cm Breite bis 500 N/cm Breite gearbeitet.

Für einige Anwendungen ist es erforderlich, den aus hydrophoben Polypropylenfasern bestehenden Vliesstoff durch den Auftrag eines Netzmittels auf eine Oberflächenenergie von 35 · 10-^;; Nm/cm² einzustellen, damit eine Benetzbarkeit mit wäßrigen und polaren Flüssigkeiten erreicht wird.

Das folgende Beispiel zeigt die Herstellung eines erfindungsgemäßen Polypropylen-Spinnvlieses. Beispiel

Es wurde an einer Spinnanlage mit zwei Spinnstellen gearbeitet. Zur Anwendung kam ein Polypropylengranulat, der eine Viskositätscharakteristik besaß, wie sie aus den Vlieskurven in der Fig. 2 hervorgehen. Diese geben die Schmelzviskosität in Abhängigkeit von der repräsentativen Schergeschwindigkeit und Schmelztemperatur wider. Das Polypropylengranulat wurde an einem Extruder geschmolzen. Die Schmelze hatte eine Temperatur von 27O⁰C und wurde den Spinnstellen zugeführt. Jede Spinnstelle verfugte über eine Spinnpumpe und einen Düsenblock. Die Spinnplatten hatten wahlweise 600 bis 1000 Bohrungen von einem Durchmesser von 0,4 mm. Die frisch ersponnenen Fäden wurden unterhalb der Spinndüse quer angeblasen, wobei die Abkühlstrecke 0,4 m betrug. Die Filamente wurden dann in einem aerodynamischen Äbzugsorgan durch einen Luftstrom erfaßt und abgezogen.

Nach dem Verlassen des Abzugsorgans wurde die Fadenschar in eine schwenkende Bewegung gebracht und

einem von unten abgesaugten Siebband zugeführt, so daß sich ein Wirrvlies gebildet hatte. Die Spinnparameter sind der Tabelle 1 zu entnehmen. Die durch diesen Spinnvorgang resultierenden Filamente waren teilverstreckt und verfugen über Parameter, wie sie aus der Tabelle 2 ersichtlich sind.

Das gebildete Vlies wurde in einem Kalanderspalt dergestalt verfestigt, daß die Walzen auf eine Temperatur

von 160° C und der Liniendruck auf einen Wert von 120 N/m Breite eingestellt waren. Die gravierte Walze besaß pro Quadratmeter 500000 rechteckige Punkte von einer Kantenlänge von jeweils 0,7 mm.

Hergestellt wurden Vliesstoffe mit Flächengewichten von 10,15,20 und 30 g/m², die die in der Tabelle 3 enthaltenen Werte besaßen. Ein Teil des Vlieses wurde unter Verwendung von einem nichtionogenen Tensid in einem Bad bei einer Kon zentration von 10 g Tensid/I ausgerüstet und anschließend getrocknet. Bei einer Prüfung mit einem auf einer Oberflächenenergie von 35 - 10⁵ Nm/cm² eingestellten Wasser wurde eine einwandfreie Benetzbarkeit fefgestellt.

Tabelle 1 Spinnparameter Schmelzetemperatur 270° C Schmelzedruck 20 bar

„ Durchsatz Dm Loch 0,5 g/min.

Lochdurchm«:sser 0,4 mm Abkühlstrecke 0,4 m Strömungsgeschwindigkeit der Abziehluft 30 m/s Freier Querschnitt des Abzugskanals 120 cm² Temperatur der Abziehluft 30° C Temperatur der gravierten Kalanderwalze 150° C Kalander-Liniendruck 120 N/cm

Tabelle 2 Faserwerte Filamenttiter Höchstzugkraft

Höchstzugdehnung

2,5 bis 4 dtex 10 bis 14 N/dtex 450 bis 500 %

Tabelle 3 Vlieswerte

Versuch	A	B	C	D
Flächengewicht (g/m²)	10	15	20	30
Vliesdicke (mm)	0.13	0,16	0,22	0,28
Zahl der Verschweißpunkte pro cm²	50	50	50	50
Höchstzugkraft (N) längs	15	25	33	60
quer	15	25	32	50
Höchstzugdehnung (%) längs	80	70	81	67
quer	80	65	85	71
Weiterreißkraft (N) längs	5,5	6,5	11,0	13,0
quer	5,5	6,5	10,5	13,0
Fallkoeffizient (DIN 54 306) (%)	40,7	47.2	61,5	74,1
Hierzu 2	Blatt Zeichnungen

Claims

ι —- ι Patentansprüche:

1. Weicher, leichtgewichtiger Polypropylen-Spinnvliesstoff mit einem niedrigen Fallkoeffizienten, dadurchgekennzeichnet, daß er aus endlos versponnenen, teilverstreckten Polypropylenfilamenten

S mit einer Höchstzugdehnung von wenigstens 200% besteht, die in überkreuzter Paralieltextur abgelegt sind, und daß er ein Flächengewicht von 5 bis 50 g/m² besitzt, wobei der Fallkoeffizient D in Prozent nach DIN 54306 der Gleichung