[0001] Die Erfindung betrifft ein einlagiges abrasives Vlies, ein Verfahren zu Herstellung
desselben sowie die Verwendung eines solchen einlagigen abrasiven Vlieses. Das erfindungsgemäße
Vlies zeigt im Vergleich zu den Vliesen des Standes der Technik bei einfacher Produktion
verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Abrasivität, des Tränkespeicherverhaltens
und der Variation seiner Eigenschaften.
Stand der Technik
[0002] Die Meltblown-Technologie ist im Naval Research Report hinterlegt (NRL 4364 und 5265).
Die Anwendung der Ergebnisse und Ausweitung auf Applikationen im Nonwovens-Bereich
sind in verschiedenen Patentschriften beschrieben (vgl. beispielsweise US-A-3 615
995, 3 676 242, 3 849 241, 4 000 967, 3 704198 und 3 841 953).
[0003] Beim Meltblown-Verfahren (vgl. Figur 1) wird das getrocknete Polymergranulat aus
dem Vorratsbehälter (12) in einen Extruder (13) transportiert, worin es auf die nötige
Temperatur aufgeheitzt und geschmolzen wird, die zur Faserbildung notwendig ist und
vom jeweiligen Polymer abhängt. Das geschmolzene Polymer erreicht dann die Meltblown-Düse
(14). Diese besitzt eine große Anzahl von kleinen Öffnungen. Durch diese Öffnungen
fließt das Polymer und wird dadurch abhängig vom Lochdurchmesser zu Fasern geformt.
Die Fasern (15) werden direkt unterhalb der Düse von einem starken Luftstrom erfaßt,
in unterschiedliche Längen zerrissen und auf eine Saugwalze (17) abgelegt. Der Durchmesser
der Fasern beträgt ca. 0,3 - 20,0 µm je nach verwendetem Polymer und weiterer Polymer-
und Prozeßparameter. Die noch warmen Fasern verschmelzen zu einem Vlies. Die Ablage
erfolgt in verschiedenen statistisch verteilten Längen, Dicken und Richtungen. Anschließend
wird das inzwischen erkaltete Material auf einem Wickler (18) aufgerollt.
[0004] Nach dieser Technologie produzierte Vliese lassen sich durch ihre Weichheit, hohe
Saugfähigkeit, gute Luftdurchlässigkeit und geringe Widerstandskraft gegen Abrasion
charakterisieren. Typische Anwendungsgebiete solcher Meltblown-Vliese sind beispielsweise
Filtermedien, Wischtücher oder Ölabsorptionsmaterialien.
[0005] Lamers et al. beschreiben in der US-A-4 659 609 ein abrasives Gewebe und ein Verfahren
zur Herstellung desselben. Bei dem in dieser Patentschrift beschriebenen abrasiven
Gewebe handelt es sich um ein zweilagiges Vlies, welches aus einer Trägerschicht und
einer abrasiven Meltblown-Schicht besteht, welche thermisch aneinander gebunden wurden.
Das Flächengewicht der abrasiven Meltblown-Schicht wird mit Werten zwischen 5 und
25 g/m
2, der durchschnittlichen Faserdurchmesser der die Meltblown-Schicht bildenden Fasern
mit mindestens 40 µm angegeben. Als Trägerschicht wird normalerweise ein Spinnvlies
aus Polypropylen verwendet. Dabei wird die zur Verwendung des hergestellten Gewebes
notwendige Festigkeit und Dehnung sowie darüber hinaus das Aufnahmevermögen für eine
Tränkelösung durch die Trägerschicht bereitgestellt. Die Funktion der Meltblown-Schicht
des in dieser Patentschrift beschriebenen Vlieses beschränkt sich lediglich auf die
Bereitstellung rauher Fasern. Eine besondere Ausführungsform dieser Erfindung ist
ein dreilagiges abrasives Tuch (Meltblown-Schicht/Spinnvlies/Meltblown-Schicht), bei
dem beide Außenoberflächen aus einer abrasiven Meltblown-Schicht bestehen.
[0006] Zur Verbesserung des insbesondere für Wischtücher wichtigen Tränkespeicherungsvermögens
wird in der US-A-4 833 003 je eine Meltblown-Schicht aus Mikrofasern und Makrofasern
thermisch verbunden. Der Nachteil dieses Verfahrens ist der produktionsmäßige Aufwand
zur Herstellung zweier Lagen und deren Verbindung z.B. über Heiß-Kalandrieren. Zum
Online-Produzieren derartiger Artikel ist entweder ein zweiter Düsenbalken mit Extruder
oder ein zweiter Extruder mit einem speziellen Düsenbalken notwendig, wobei der Düsenbalken
zwei separate Zuführungen besitzt, die getrennte Düsen versorgen.
[0007] Die in der US-A-4 833 003 (Win et al.) beschriebene Möglichkeit der Tränkeaufnahme
wird in der US-A-5 817 585 und EP-A-0 615 720 erweitert. In beiden Patentschriften
werden spezielle Fluide zu derartigen Vliesen zugesetzt und ihr Einsatz zur Handreinigung
und Farbreinigung beschrieben.
[0008] Die WO 97/21865 (Annis et al.) beschreibt ein Naßvlies, welches in einer einzigen
Lage eine durch thermische Koagulation thermoplastischer Fasern erzeugte, oberflächige,
abrasive Schicht aufweist. Nachteil dieses Verfahrens ist die unzureichende Festigkeit
bei der Beanspruchung, sowie der beobachtete Gradient der Schmelzfasern. Daher zeigt
dieses Naßvlies nur auf einer Seite einen Abrasiveffekt.
Beschreibung der Erfindung
[0009] Die bisher geschilderten Verfahren sind entweder in Folge der Mehrlagigkeit produktionsmäßig
aufwendig, obwohl sie alleine aus Polypropylen (Homopolymerisate) aufgebaut sind,
oder sie besitzen schwerwiegende Nachteile aufgrund mangelhafter physikalischer Festigkeiten.
[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein einlagiges Vlies bereitzustellen,
das beidseitig gute abrasive Eigenschaften, gutes Tränkespeicherverhalten, gute Festigkeits-
und Dehnungseigenschaften mit einfacher Produktion verbindet.
[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein einlagiges abrasives Vlies gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 10
beschrieben.
[0012] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines
derartigen einlagigen, abrasiven Vlieses gemäß Patentanspruch 11. Bevorzugte Ausführungsformen
dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 12 bis 15 beschrieben.
Beschreibung der Figuren
[0013]
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Beschreibung die Bestandteile eines Meltblown-Verfahrens;
Fig. 2 zeigt die Porengrößenverteilung bei einem erfindungsgemäßen abrasiven Vlies,
das gemäß Beispiel 2 hergestellt wurde; und
Fig. 3 zeigt das Tränkespeichervwermögen eines erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses,
das gemäß Beispiel 2 hergestellt wurde.
[0014] Erfindungsgemäß wurde überraschenderweise festgestellt, daß es möglich ist, im Rahmen
eines Meltblown-Verfahrens produktionsmäßig in einem Schritt mit nur einem Extruder
für die verwendeten Polymere und mit nur einem Düsenbalken, der nur Spinndüsen einer
Größe besitzt, durch Verwendung eines Gemisches von Polymeren unterschiedlicher Eigenschaften
ein einlagiges, beidseitig abrasives Vlies, das ein gleichförmiges Gemisch aus Mikrofasern
eines Faserdurchmessers von 1 bis 10 µm und Makrofasern eines Faserdurchmessers von
15 bis 50 µm aufweist, erhalten zu können.
[0015] Beispielsweise wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß es durch Einsatz eines geeigneten
Gemisches von Polymeren unterschiedlicher Schmelzindizes möglich ist, ein einlagiges
abrasives Vlies mit in weiten Bereichen definierter Abrasivität sowie definiertem
Tränkeaufnahme- und Tränkespeicherungsverhalten herzustellen.
[0016] Entsprechendes gilt, wenn Gemische von Polymeren mit unterschiedlicher Molekülstruktur
(d.h. linear, verzweigt, vernetzt, statistisches Copolymer, Blockpolymer u.a.), unterschiedlichem
Molekulargewicht und/oder Molekulargewichtsverteilung sowie wenn mindestens zwei Polymere,
die nicht miteinander mischbar sind, verwendet werden.
[0017] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform lassen sich erfindungsgemäß einlagige beidseitig
abrasive Vliese herstellen, bei denen durch Mitverwendung weiterer Polymere und gegebenenfalls
von Additiven das Phänomen der nachträglichen Versprödung dicker Meltblown-Fasern
weiter verbessert und - falls gewünscht - höhere Festigkeits- und Dehnungswerte erreicht
werden.
[0018] Bei diesen weiteren Polymeren kann es sich beispielsweise um Polyethylen, Polyethylen/Polypropylen-Copolymer
oder ein Polypropylen-Blockpolymer mit einem Anteil (üblicherweise 30% oder weniger,
bezogen auf das Polypropylen-Blockpolymer) einer Kautschukphase, die zu gleichen Teilen
aus Ethylen und Propylen besteht.
[0019] Diese Polymere werden den Gemischen gewöhnlich in Mengen von 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise
0,2 bis 10 Gew.- %, insbesondere 0,5 bis 8 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht
der gesamten Mischung, zugesetzt.
[0020] Als Additive lassen sich in diesen Fällen grenzflächenaktive Mittel, wie Alkylbenzolsulfonate,
Alkansulfonate, Fettalkoholsulfonate, Fettalkoholethersulfate, α-Olefinsulfonate,
α-Estersulfonate, Alkylphosphate, Alkyletherphosphate, Fellalkoholethoxylate, Alkylphenolethoxylate,
Fettaminethoxylate, Fettsäureethoxylate, Fettsäureesterethoxylate, Alkoxylate, Alkanolamide,
Zuckertenside, Aminoxide, kationische Tenside und amphothere Tenside, insbesondere
nichtionische Fluorkohlenstofftenside, und/oder primäre und sekundäre Antioxidantien,
wie sterisch gehinderte Phenole, Sulfide, Polysulfide, Dithiocarbamate, Phosphite,
Phosphonite, Diphosphonite, und Phosphonate, verwenden.
[0021] Die Additive werden den Gemischen gewöhnlich in Mengen von 0,01 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise
0,01 bis 10 Gew.- %, insbesondere in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen
auf das Gewicht der gesamten Mischung, zugesetzt.
[0022] Die Additive und/oder Polymere können den Gemischen vor Eintritt in den Extruder
zugemischt werden oder die einzelnen Bestandteile (d.h. die verschiedenen Polymere)
können zusammen mit den Additiven als einzelne Bestandteile in den Extruder eingetragen
werden. Die Additive können ferner auch nach dem Spinnprozeß auf die Fasern aufgesprüht
werden.
[0023] Dem Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet ist es bekannt, daß durch geeignete
Wahl und Einstellung der bestimmenden Produktionsparameter im Meltblown-Verfahren
gezielt dicke oder dünne Fasern ausgesponnen werden können.
[0024] Wichtige Prozeßparameter in diesem Zusammenhang sind die folgenden: Extrudertemperatur,
Temperatur der Schmelze, Temperatur des Düsenbalkens, Durchsatz der Schmelze und Druck,
Lufttemperatur, Luftmenge, Design des Düsenbalkens, Abstand des Düsenbalkens von Kollektor,
Unterdruck im Kollektor, Geschwindigkeit des Kollektors, Basisgewicht des resultierenden
Vlieses und Behandlung mit aerosolartig verteiltem Wasser, das gegebenenfalls Additive
enthält.
[0025] Um das erfindungsgemäße abrasive Vlies herstellen zu können, ist es darüber hinaus
notwendig, dicke und dünne Fasern zusätzlich durch die Wahl geeigneter Polymerparameter,
durch die Auswahl geeigneter Polymertypen und gegebenenfalls der Polymermischung sowie
gegebenenfalls durch die Verwendung bestimmter Additive gleichzeitig auszuspinnen.
[0026] Wichtige Parameter sind in diesem Zusammenhang z.B. der Schmelzindex des Polymers,
die Molekülstruktur (d.h. linear, verzweigt, vernetzt, statistisches Copolymer, Blockpolymer
u.a.), das Molekulargewicht und/oder die Molekulargewichtsverteilung.
[0027] Der sog. Schmelzindex (MFI oder MFR) ist ein Maß für die Schmelzviskosität bei einer
festgelegten Temperatur von thermoplastischen Polymeren und gibt die Menge Material
an, die in 10 Minuten unter Wirkung einer bestimmten Kraft bei einer festgelegten
Temperatur durch eine definierte Düse hindurchläuft. Somit ist der MFI auch ein grober
Indikator für das Molekulargewicht und die Molekulargewichtsverteilung. Allerdings
weist Bugada in ihrem Aufsatz "Optimizing polymer properties for process and product
performance", erschienen in Nonwovens World, August-September 1999, S. 89ff darauf
hin, daß bei nahezu gleichen MFIs das Molekulargewicht deutlich variieren kann und
umgekehrt.
[0028] Es wurde nämlich festgestellt, daß Fasereigenschaften beispielsweise durch Mischung
von Polymeren verschiedener Schmelzindizes zusätzlich individuell gesteuert werden
können. Um erfindungsgemäß ein Gemisch aus Mikro- und Makrofasern gemäß der obigen
Definition gleichzeitig mit einem Extruder und einem Düsenbalken zu produzieren, ist
es daher erforderlich, Polymere beispielsweise unterschiedlicher Schmelzindizes, unterschiedlicher
Molekülstruktur, unterschiedlichen Molekulargewichts und/oder unterschiedlicher Molekulargewichtsverteilung
im Extruder zu schmelzen, ohne daß sich eine resultierende einheitliche Viskosität
einstellt. Hierbei muß gewährleistet sein, daß die beiden Viskositäten im wesentlichen
ohne Angleichung aneinander bestehen bleiben.
[0029] Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden als Ausgangsmaterialien
Polymere verwendet, die bereits vorabgebaut sind. Wenn Polymere, die Peroxidverbindungen
enthalten, als Bestandteile des erfindungsgemäß zu verwendenden Gemisches verwendet
werden, kann in einigen Fällen eine Tendenz zu einer Angleichung der Viskositäten
beobachtet werden.
[0030] Als erfindungsgemäß verwendbare Polymere eignen sich grundsätzlich die verschiedenen
Typen der Polyolefine, Polyester, Polyamide, Polyesteramide und Copolymere hiervon,
beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Nylon, Ethylen/Vinylacetat-Copolymere,
Ethylen/Propylen-Copolymere oder Polyvinylchlorid. Die genannten Polymere lassen sich
entweder als Homopolymer oder als eine Mischung aus unterschiedlichen Polymeren (Copolymere)
extrudieren.
[0031] So kann es sich bei den zur Herstellung des erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses verwendbaren
Polymeren beispielsweise um die folgenden handeln:
- eine Mischung mindestens zweier Homopolymere z.B. aus Polyolefinen wie Polypropylen
(PP) oder Polyethylen (PE) oder Gemische zweier Polyethylen- oder Polypropylenhomopolymere
unterschiedlicher Schmelzindizes,
- eine Mischung aus mindestens einem Homopolymer und mindestens einem Copolymer bzw.
Terpolymer, z.B. ein Gemisch aus Polypropylen und einem Polypropylen/Polyethylen-Copolymer.
- eine Mischung aus mindestens zwei Copolymeren bzw. Terpolymeren, z.B. ein Gemisch
aus einem Polypropylen/Polyethylen-Copolymer und einem Ethylen/Vinylacetat-Copolymer
oder ein Gemisch aus zwei Polypropylen/Polyethylen-Copolymeren unterschiedlicher Schmelzindizes.
[0032] Beispiele für erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzte Gemische sind ein Gemisch aus
Polypropylen eines Schmelzindex von 450 und einem Polypropylen-Blockpolymer eines
Schmelzindex von 100, ein Gemisch aus peroxidisch abgebautem Polypropylen eines Schmelzindex
von 1400 und einem Polypropylen-Blockpolymer eines Schmelzindex von 100, ein Gemisch
aus Polypropylen eines Schmelzindex von 450 und Polypropylen eines Schmelzindex von
1200 und ein Gemisch aus Polypropylen eines Schmelzindex von 450 und Polypropylen
eines Schmelzindex von 800.
[0033] Gewöhnlich werden erfindungsgemäß Polymere mit einem Schmelzindex (MFR) in einem
Bereich zwischen 25 und 1800 g/10 min, vorzugsweise in einem Bereich von 50 bis 1600
g/10 min, insbesondere in einem Bereich von 100 bis 1400 g/10 min, verwendet, wobei
die Mischungsverhältnisse der Polymere in weitem Rahmen in einem Bereich von 5-95%/95-5%,
vorzugsweise in einem Bereich von 5-80%/95-20%, insbesondere in einem Bereich von
5-40%/95-60%, jeweils bezogen auf ein Gemisch aus Polymer mit niedrigerem Schmelzindex/Polymer
mit höherem Schmelzindex variiert werden können.
[0034] Die Schmelzindizes besitzen bei den erfindungsgemäß verwendeten Polymeren, wenn der
Parameter Schmelzindex ausgewählt ist, um gleichzeitig dicke und dünne Fasern nach
dem Meltblown-Verfahren zu spinnen, gewöhnlich einen Unterschied von mindestens 50
Einheiten (g/10 min), vorzugsweise 100 Einheiten und insbesondere 300 Einheiten.
[0035] Das massegemittelte Molekulargewicht Mw der erfindungsgemäß verwendbaren Polymere
liegt vorzugsweise in einem Bereich von 50.000 und 200.000 g/mol, insbesondere in
einem Bereich von 70.000 bis 150.000 g/mol.
[0036] Für ein abrasives Vlies sind neben Rauhigkeit und Tränkespeichervermögen besonders
die physikalischen Eigenschaften wie Bruchkraft und Bruchdehnung wichtig. Durch eine
geeignete Auswahl der Polymermischung, z.B. durch Verwendung eines Polyethylen/Polypropylen-Copolymers,
insbesondere eines solchen mit einem Polyethlyengehalt von nicht mehr als 20%, wobei
das Ethylen in einer Kautschukphase vorliegt, können diese Eigenschaften des Polypropylens
stark verbessert werden.
[0037] Weitgehend bekannt und für solche Fälle einsetzbar sind Mischungen von Polypropylen
mit seinen verwandten Polymeren aus der Familie der Polyolefine und hier besonders
mit Polyethylen. Noel und Carley beschreiben in ihrem Aufsatz "Properties of Polypropylene-Polyethylene-Blends",
Polymer Engeneering And Science, February 1975, Vol. 15, No. 2, S. 117ff die Bruchkraft-erhöhende
Zugabe von bis zu 10% Polyethylen zu einem Polypropylen. Jedoch werden solche Fasern
typischerweise sehr weich, was dem gewünschten Abrasiveffekt des Vlieses entgegenläuft.
Derartige weiche Fasern treten auch bei der Verwendung von Polypropylen/Polyethylen-Copolymeren
auf, die aus Ethylen und Propylen polymerisiert werden (vgl. z.B. PCT/WO 98/39384).
[0038] Überraschenderweise läßt sich die Versprödung der erfindungsgemäßen Vliese bei gleichzeitiger
hervorragender Abrasivität im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform durch Mitverwendung
eines Copolymers, bei dem das Polyethylen lediglich in einer Kautschukphase vorliegt,
als des einen Polymerbestandteils der Mischung unterdrücken, wobei die Bruchdehnung
sehr stark erhöht wird (größer 20%). Ein in diesem Zusammenhang verwendbares Copolymer
ist beispielsweise ein handelsübliches Polypropylen-Blockpolymer mit einer geringen
Kautschukphase, die aus je ca. 50% Ethylen und Propylen besteht.
[0039] Die Faserdicke der Mikrofasern liegt erfindungsgemäß in einem Bereich von 1 bis 10
µm, vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 8 µm, und insbesondere in einem Bereich
von 3 bis 7 µm. Die Faserdicke der Makrofasern liegt erfindungsgemäß in einem Bereich
von 15 bis 80 µm, vorzugsweise in einem Bereich von 20 bis 60 µm, und insbesondere
in einem Bereich von 30 bis 50 µm.
[0040] Gegenwärtig gehen wir davon aus, daß der zahlenmäßige Anteil der Makrofasern in dem
erfindungsgemäßen Vlies, bezogen auf eine Flächeneinheit des Vlieses, in wünschenswerter
Weise kleiner als 50%, insbesondere kleiner als 40% ist.
[0041] Beim Ausspinnen des Polymergemisches kann ferner ein Teil der gebildeten klebrigen
Mikro- bzw. Makro fasern auf dem Kollektor bei der Vliesbildung mit benachbarten Fasern
zusammenkleben, so daß neben den Mikro- und Makrofasern auch dickere Faserbündel im
erfindungsgemäßen Vlies vorliegen können. Ohne uns an irgendeine Theorie binden zu
wollen, gehen wir davon aus, daß die Bildung von Faserbündeln durch Verwendung von
Polymeren mit ähnlicheren Eigenschaften, d.h. beispielsweise Polymeren mit geringer
unterschiedlichen Schmelzindizes, begünstigt wird. Ferner gehen wir davon aus, daß
die Bildung von Faserbündeln durch die Mitverwendung eines Copolymers, beispielsweise
des oben genannten Copolymers, bei dem das Ethylen lediglich in der Kautschukphase
vorliegt, begünstigt wird. Die Dicke dieser Faserbündel kann in solchen Fällen gewöhnlich
zwischen 50 und 300 µm, vorzugsweise zwischen 70 und 200 µm, insbesondere zwischen
80 und 150 µm liegen.
[0042] Gegenwärtig gehen wir davon aus, daß zur Verbesserung der abrasiven Eigenschaften
des erfindungsgemäßen Vlieses ein mengenmäßiger Anteil von mehr als 10% der gesamten
Fasern an Faserbündeln wünschenswert ist.
[0043] So kann ein solcher Prozeß beispielsweise insbesondere in Fällen beobachtet werden,
wenn ein Gemisch aus einem Polypropylen mit einem höheren Schmelzindex und einem Copolymer
mit einem geringeren Schmelzindex, der z.B. kleiner als 25% des Schmelzindex des verwendeten
Polypropylens ist, verwendet wird.
[0044] Bei Verwendung von Polymergemischen mit stark unterschiedlichen Schmelzindizes, die
beide üblicherweise kein oder nur sehr wenig Restperoxid enthalten, kommt es nicht
zur Angleichung der Viskositäten, sondern zu zwei unterschiedlich viskosen, gering
vermischten Schmelzen, so daß die Bildung von Faserbündeln in geringerem Umfang auftritt
und statistisch verteilt über den gesamten Düsenbalken stattfindet. Dicke Faserbündel
sowie Makro- und Mikrofasern verteilen sich somit ungeordnet in x-, y- und z-Richtung
im Vlies.
[0045] Den erfindungsgemäßen Polymermischungen können ferner Additive zugegeben werden,
die einen Beitrag leisten können, um spezielle Vlieseigenschaften zu liefern oder
zu erhalten. Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Additive sind die folgenden:
- Hydrophilierungsmittel, beispielsweise die oben genannten nichtionischen Tenside,
insbesondere Sulfobernsteinsäureesterderivate oder fluorchemische-Tenside;
- Stabilisatoren gegen oxidative Degradation (bspw. durch Restperoxid, (Luft-)Sauerstoff,
(Sonnen-)Licht, Wasser etc.), wie Amine, Phenole, Phosphite, Phosphonite, Diphosphonite
oder Thioester, und
- Farbstoffe zur Färbung der Fasern, wie sie besipielsweise von der Fa. Clariant unter
der Bezeichnung Sanylene® vertrieben werden.
[0046] Diese Additive können den erfindungsgemäß verwendeten Polymermischungen in Mengen
von 0,01 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von 0,01 bis 10 Gew.-%, insbesondere
von 0,1 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gewicht des Polymergemisches, zugesetzt
werden.
[0047] Die erfindungsgemäß hergestellten einlagigen abrasiven Vliese lassen sich durch die
folgenden Parameter beschreiben:
- Flächengewicht (EDANA-Norm 403 89),
- Bruchkraft und Bruchdehnung (EDANA-Norm 20289),
- Möglichst niedrige Versprödungsneigung,
- Abrasivität,
- Widerstand gegen Fusseln und Abrasion,
- Tränkehaltevermögen,
- Tränkeaufnahme,
- Faserdurchmesser,
- Porengröße und Porengrößenverteilung,
- Kontaktwinkel.
[0048] Das erfindungsgemäße abrasive Vlies besitzt gewöhnlich ein Flächengewicht von 15
bis 150 g/m
2, vorzugsweise ein Flächengewicht von 25 bis 80 g/m
2.
[0049] Überraschenderweise verschlechtern sich Bruchkraft und Bruchdehnung von reinen Polyolefin-Produkten
nach der Produktion deutlich. Dieses Verhalten ist durch den Einsatz der erfindungsgemäß
verwendeten Polymergemische soweit verbessert geworden, daß die endgültige Bruchkraft
des erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses gewöhnlich in Maschinenrichtung (MD) mindestens
10 N/50 mm, vorzugsweise mindestens 15 N/50 mm, und quer zur Maschinenrichtung (CD)
gewöhnlich mindestens bei 5 N/50mm, vorzugsweise bei 10 N/50 mm liegt.
[0050] Die Bruchdehnung des erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses liegt gewöhnlich über 10%,
vorzugsweise über 20 % sowohl in MD als auch in CD. Die Bruchdehnung verbessert sich,
wenn das Vlies mit der Tränke befeuchtet ist.
[0051] Das Tränkehaltevermögen sowie die Tränkeaufnahme sind stark vom Faserdurchmesser,
der daraus resultierenden Porengrößenverteilung, der Vliesdichte und den oberflächenchemischen
Eigenschaften des Vlieses determiniert.
[0052] Zur Ermittlung der Tränkeaufnahme wird gewöhnlich eine definierte Fläche trocken
ausgewogen, dann mit einer Versuchstränke getränkt, leicht ausgedrückt und naß gewogen.
Das Gewicht der aufgenommenen Tränke, das sich aus der Differenz der beiden Meßwerte
errechnet, wird in Relation zum Flächengewicht gesetzt und gibt die Tränkeaufnahme
in Prozent an. Die Tränkeaufnahme des erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses liegt gewöhnlich
zwischen 100 und 700 Trockengewichtsprozent, bevorzugt zwischen 100 und 500 Trockengewichtsprozent.
[0053] Der Faserdurchmesser der im erfindungsgemäßen abrasiven Vlies vorkommenden Fasern
kann durch rasterelektronenmikroskopische (REM) Untersuchung bestimmt werden.
[0054] Die Porengröße läßt sich mittels eines Porosimerters bestimmen, welches Quecksilber
mit zunehmendem Druck in die Vliesporen preßt. Aus der Druckkurve kann die Anzahl
der Poren, Porengrößenverteilung sowie das gesamte Porenvolumen abgeleitet werden.
Gute Tränkespeicherung wurde bei erfindungsgemäßen Vliesen erreicht , bei denen der
Porenvolurnenanteil an Poren, die kleiner als 60 µm im Durchmesser sind, gewöhnlich
mehr als 50 %, vorzugsweise mehr als 70% beträgt. Figur 2 zeigt eine Porengrößenverteilung
eines erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses gemäß nachfolgendem Beispiel 2.
[0055] Das Tränkehaltevermögen wird durch einen Lagertest bestätigt. Dabei werden mehrere
Stapel von 30 Einzelblättern eines erfindungsgemäßen abrasiven Vlieses gemäß nachfolgendem
Beispiel 2 mit einer bestimmten Menge einer definierten Tränke befeuchtet. Dann wird
von den Blättern eines Stapels die aufgenommene Tränkemenge bestimmt, die zu einem
Tränkeprofil innerhalb des Stapels führt. Ferner werden weitere Stapel desgleichen
erfindungsgemäßen Vlieses in einer dichten Verpackung einen Monat bei Raumtemperatur
und bei 40°C gelagert. Anschließend wird ebenfalls wie beim ersten Stapel das Tränkeprofil
in den Stapeln gemessen (vgl. Figur 3).
[0056] Die beiden Profile der gelagerten Stapel verlaufen nur mit einer sehr kleinen Steigung
nahezu waaggerecht und bleiben parallel. Die Abwärtsverschiebung der Kurven zeigt
die Verdunstung der Tränke durch die verschlossene Packung besonders bei 40°C an.
Die obersten Blätter im Stapel verlieren geringfügig Tränke und geben sie an die untersten
Blätter ab. Diese können die Mehrmenge problemlos speichern, die Packung bleibt trocken.
Die Tränke verlagert sich stabil in den beobachteten Zustand, da bereits bei der ersten
Messung, die einige Tage nach der Produktion durchgeführt wurde, die geringfügige
Veränderung zu beobachten ist.
[0057] Das erfindungsgemäße abrasive Vlies kann daher auch über längere Zeit in einer Packung
gleichmäßig feucht im gesamten Stapel gelagert werden, ohne daß die oben liegenden
Tücher austrocknen während sich am Boden der Packung aus den Tüchern herausgelaufene
Tränke ansammelt. Das konnte durch das erfindungsgemäße abrasive Vlies erreicht werden.
[0058] Das erfindungsgemäße Vlies läßt sich wie oben ausgeführt nach dem Meltblown-Verfahren
produktionsmäßig in einem Schritt mit nur einem Extruder für die verwendeten Polymere
und mit nur einem Düsenbalken, der nur Spinndüsen einer Größe besitzt, durch Verwendung
eines Gemisches von Polymeren unterschiedlicher Eigenschaften herstellen.
[0059] Hierbei können die verwendeten Polymere sowie gegebenenfalls mitverwendete Additive
in dem gewünschten Mischungsverhältnis aus einem Dosiergerät in den Extruder eingetragen
werden. Dort wird das Gemisch nach einem geeigneten Temperaturprofil (dieses ist dem
Fachmann auf dem einschlägigen Fachgebiet bekannt oder läßt sich durch Routineversuche
leicht bestimmen) und verläßt den Extruder üblicherweise mit einer Temperatur zwischen
180 und 300°C. Eine Pumpe befördert die Schmelze mit einem Durchsatz, der üblicherweise
mindestens 50 kg/h beträgt, zum Düsenbalken. Der Abstand zwischen Kollektor und Düsenbalken
liegt hierbei gewöhnlich zwischen 25 und 50 cm. Die Geschwindigkeit des Kollektors
richtet sich nach dem gewünschten Flächengewicht des Vlieses bei gegebenem Durchsatz
der Schmelze und gegebener Breite des verwendeten Düsenbalkens. Die Temperatur der
üblicherweise verwendeten heißen Druckluft liegt gewöhnlich zwischen 270 und 320°C
je nach dem verwendeten Polymergemisch sowie gegebenenfalls zugesetzten Additiven.
Der Luftdurchsatz variiert ebenso wie die Lufttemperatur in Abhängigkeit von dem verwendeten
Polymergemisch sowie gegebenenfalls zugesetzten Additiven zwischen 250 und 500m
3/h.
[0060] Aufgrund der hier beschriebenen Eigenschaften eignet sich das erfindungsgemäße abrasive
Vlies besonders zur
Reinigung von verschmutzten Oberflächen z.B. zur Handreinigung, zur Reinigung von
[0061] Bädern und Toiletten, zur Reinigung von Oberflächen, die mit Graffiti verschmutzt
sind etc.
[0062] Für die nachfolgenden Beispiele wurde eine Meltblown-Linie mit nur einem Extruder
verwendet, so daß alle Polymere und gegebenenfalls mitverwendete Additive gemeinsam
in einem Extruder geschmolzen und durch einen Düsenbalken gesponnen wurden.
Beispiel 1
[0063] Ein abrasives Vlies mit einem Basisgewicht von 45 g/m
2 wurde aus einer Mischung von 80% isotaktischem Polypropylen, das kein Restperoxid
enthält und einen Schmelzindex von 450 g/10 min besitzt, und 20% Polypropylen-Blockpolymer
mit einer 10%igen Kautschukphase aus Polyethylen/Polypropylen = 50/50 mit einem Schmelzindex
von 100 g/10 min bei 233°C Temperatur der Schmelze hergestellt. Die damit erzielte
Bruchkraft beträgt 22 N/50mm in Maschinenrichtung und 12 N/50mm quer zur Maschinenrichtung.
Die Bruchdehnung liegt bei knapp 50% in Maschinenrichtung und etwas über 50% quer
zur Maschinenrichtung.
Beispiel 2
[0064] Ein abrasives Vlies mit einem Basisgewicht von 45 g/m
2 wurde aus einer Mischung von 80% isotaktischem Polypropylen, das kein Restperoxid
enthält und einen Schmelzindex von 450 g/10 min besitzt, und 20% Polypropylen-Blockpolymer,
wie es auch in Beispiel 1 verwendet wurde, bei 233°C Temperatur der Schmelze hergestellt
(vgl. Beispiel 1). Es wurde ein Hydrophilisierungsmittel (ein handelsübliches nichtionisches
fluorchemisches Tensid) nach dem Spinnprozeß in einer Menge von ... auf die Fasern
gesprüht. Die erzielte Bruchkraft beträgt 17 N/50mm in Maschinenrichtung und 13 N/50mm
quer zur Maschinenrichtung. Die Bruchdehnung liegt bei knapp 45% in Maschinenrichtung
und über 70% quer zur Maschinenrichtung.
Beispiel 3
[0065] Ein abrasives Vlies mit einem Basisgewicht von 45 g/m
2 wurde aus einer Mischung von 79% isotaktischem Polypropylen, das kein Restperoxid
enthält und einen Schmelzindex von 450 g/10 min besitzt, 20% Polypropylen-Blockpolymer
mit einer 10% Kautschukphase und einem Schmelzindex von 100 g/10 min (gemäß der Beschreibung
in Beispiel 1), sowie 1 % eines Hydrophilisierungsmittels, das aus einem handelsüblichen
nichtionischen fluorchemischen Tensid besteht, bei 233°C Temperatur der Schmelze hergestellt.
Die erzielte Bruchkraft beträgt 18 N/50mm in Maschinenrichtung und 13 N/50mm quer
zur Maschinenrichtung. Die Bruchdehnung liegt bei knapp 80% in Maschinenrichtung und
über 90% quer zur Maschinenrichtung.
[0066] Die Beispiele 1 bis 3 zeigen, daß die Zugabe von Hydrophilisierungstnitteln die Bruchdehnung
positiv beeinflussen. Gleichzeitig senken sie die Oberflächenenergie des Vlieses ab
und ermöglichen ein verbessertes Tränkehaltevermögen.
Beispiel 4
[0067] Ein abrasives Vlies mit einem Basisgewicht von 47,5 g/m
2 wurde aus einer Mischung von 80% isotaktischem Polypropylen, das Peroxid enthält
und einen Schmelzindex von 1.400 g/10 min besitzt, und 20% Polypropylen-Blockpolymer
mit einer 10% Kautschukphase mit einem Schmelzindex von 100 g/10 min (vgl. Beispiel
1) bei 233°C Temperatur der Schmelze hergestellt. Es wurde ein handelsübliches nichtionisches
fluorchemisches Tensid in einer Menge von ... nach dem Spinnprozeß auf die Fasern
gesprüht. Die erzielte Bruchkraft beträgt 17 N/50mm in Maschinenrichtung und 14 N/50mm
quer zur Maschinenrichtung. Die Bruchdehnung liegt bei knapp 45% in Maschinenrichtung
und über 35% quer zur Maschinenrichtung.
[0068] Trotz einer Erhöhung des Basisgewichts und trotz des positiven Effekts des Hydrophilisierungsmittels
auf die Bruchdehnung, erhält man eine etwas geringere Bruchdehnung quer zur Maschinenrichtung.
Vergleichs beispiel 1
[0069] Ein abrasives Vlies mit einem Basisgewicht von 39 g/m
2 wurde gemäß Stand der Technik aus einem isotaktischen Polypropylen mit einem Schmelzindex
von 450 g/10 min bei 253°C Temperatur der Schmelze hergestellt. Es wurde ein handelsübliches
nichtionisches fluorchemisches Tensid in einer Menge von ... nach dem Spinnprozeß
auf die Fasern gesprüht. Die erzielte Bruchkraft beträgt 13,5 N/50 mm in Maschinenrichtung
und 10 N/50 mm quer zur Maschinenrichtung. Die Bruchdehnung liegt bei knapp 20% in
Maschinenrichtung und über 30% quer zur Maschinenrichtung.
[0070] Die folgende Tabelle faßt die Beispiele zusammen:
Tabelle 1
Bsp. oder Vergl.bsp. |
|
Basis- gew. |
Hydrophil |
Bruchkraft |
Bruchdehnung |
|
Zusammensetzung |
|
|
MD |
CD |
MD |
CD |
Bsp. 1 |
80 % PP 450 MFR + 20 % PP Blockpolymer 100 MFR |
45 |
|
22 |
12 |
50 |
50 |
Bsp. 2 |
80 % PP 450 MFR + 20 % PP Blockpolymer 100 MFR |
45 |
X |
17 |
13 |
45 |
70 |
Bsp. 3 |
79 % PP 450 MFR + 20 % PP Blockpolymer 100 MFR + 1 % fluorchemisches Hydrophilierungsmittel |
45 |
X |
18 |
13 |
80 |
90 |
Bsp. 4 |
80 % PP 1.400 MFR (Peroxydischer Abbau)+ 20 % PP Blockpolymer 100 MFR |
47,5 |
X |
17 |
14 |
45 |
35 |
Vergl.- Bsp. 1 |
100 % PP 450 MFR |
39 |
X |
13,5 |
1 |
20 |
30 |
1. Einlagiges, beidseitig abrasives Vlies, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein
gleichförmiges Gemisch aus Mikro fasern eines Faserdurchmessers von 1 bis 10 µm und
Makrofasern eines Faserdurchmessers von 15 bis 50 µm aufweist und ein Flächengewicht
von 15 und 150 g/m2 besitzt.
2. Abrasives Vlies gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Polymere
aus Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden, Polyesteramiden und Copolymeren hiervon
ausgewählt sind.
3. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Polymere aus einer Mischung aus Homopolymeren, bevorzugt aus Polyolefinen, wie Polypropylen
(PP) oder Polyethylen (PE), oder aus einer Mischung eines Homopolymers und mindestens
eines Copolymers bzw. Terpolymers oder einer Mischung aus mindestens zwei Copolymeren
bzw. Terpolymeren bestehen.
4. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Flächengewicht des Vlieses zwischen 25 und 80 g/m2 liegt.
5. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der
Schmelzindex der verwendeten Polymere zwischen 25 und 1.800 g/10 min liegt.
6. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Mischungsverhältnis der beiden Polymere in einem Bereich von 5% bis 95% bzw. von 95%
bis 5% liegt.
7. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Polymergemisch zwischen 5% und 40% eines Blockpolymers mit einem Schmelzindex zwischen
50 und 200 g/10 min, bezogen auf das gesamte Gewicht des Polymergemisches, enthält.
8. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es
ferner Additive in einer Menge von 0,01 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Gewicht
des Po lymergemisches, enthält.
9. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als
Additiv einer oder mehrere Bestandteile verwendet werden, die aus Hydrophilisierungsmittel,
Pigmenten und Farbstoffen, Stabilisatoren gegen oxidativen Abbau und Desinfektionsmitteln
ausgewählt sind.
10. Abrasives Vlies gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bruchkraft mindestens 10 N/50 mm in Maschinenrichtung und quer zur Maschinenrichtung
beträgt und gleichzeitig die Bruchdehnung mind. 15% in Maschinenrichtung und quer
zur Maschinenrichtung beträgt.
11. Verfahren zur Herstellung eines abrasiven Vlieses gemäß einem der obigen Ansprüche
im Rahmen eines Schmelzblas (Meltblown)-Verfahrens, das die folgenden Stufen umfaßt:
- Einspeisen eines Gemisches aus Polymeren unterschiedlicher Eigenschaften und gegebenenfalls
mitverwendeten Additiven in einen Extruder;
- Extrudieren des Gemisches, wobei die Extruderauslaßtemperatur in einem Bereich zwischen
180 und 300°C liegt,
- Führen des Extrudats zu Düsen,
- Spinnen des Extrudats und
- Ablegen der gesponnenen Fasern auf einem Kollektor.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Polymere mit unterschiedlichem
Schmelzindex in den Extruder eingespeist werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis
der beiden Polymere in einem Bereich von 5% bis 95% bzw. von 95% bis 5% liegt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymergemisch
zwischen 5% und 40% eines Blockpolymers mit einem Schmelzindex zwischen 50 und 200
g/10 min, bezogen auf das gesamte Gewicht des Polymergemisches, enthält.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymergemisch
ferner Additive in einer Menge von 0,01 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Gewicht
des Polymergemisches, enthält.
16. Verwendung eines abrasiven Vlieses gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Reinigung
von verschmutzten Oberflächen.