PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60126304T2 06.06.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001328669
Titel TEXTILFASERN AUS VERSTÄRKTEM POLYPROPYLEN
Anmelder Kimberly-Clark Worldwide, Inc., Neenah, Wis., US
Erfinder TUCKER, David, John, Roswell, GA 30075, US;
LEE, Sunggyu, Columbia, MO 65203-6209, US;
DAY, P., Bryon, Canton, GA 30114, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60126304
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 26.10.2001
EP-Aktenzeichen 019941525
WO-Anmeldetag 26.10.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/US01/46341
WO-Veröffentlichungsnummer 2002057522
WO-Veröffentlichungsdatum 25.07.2002
EP-Offenlegungsdatum 23.07.2003
EP date of grant 24.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.06.2007
IPC-Hauptklasse D01F 6/46(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse D04H 1/42(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Textilfasern, die Polypropylen und ein Impakt-Modifizierungsmittel (einen Schlagmodifikator) enthalten.

Hintergrund der Erfindung

Textilfasern umfassen einen breiten Bereich von Fasern, die zu einem noch breiteren Bereich von Geweben integriert sein können. Textilfasern können beispielsweise umfassen Spunbond-Fasern und Stapelfasern und sie können integriert sein zu Mehrfaser-Garnen, Geweben (Gewirken), gewebten Geweben (Wirk- bzw. Strickgeweben) und nicht-gewebten Geweben (Vliesstoffen), um nur einige wenige zu nennen. Wünschenswerte Eigenschaften für Textilfasern sind Fasern mit einer geringen Faserdicke und einer hohen Zug- bzw. Zerreißfestigkeit.

In der Europäischen Patentanmeldung EP-A1-0 552 681 ist eine Polyolefinmasse aus isotaktischen Polyolefinen ohne Polymerketten sowie natürlichem Kautschuk, wie z.B. EPM oder EPDM, beschrieben. Die Polyolefinmasse ist charakterisiert durch eine hohe Kerbschlagfestigkeit und eine hohe Festigkeit selbst bei niedrigen Temperaturen.

In US-A-4 663 220 ist eine elastomere Zusammensetzung beschrieben, die ein Copolymer mit thermoplastischen End-Blöcken und einem elastomeren Mittelblock, wie z.B. Poly(ethylen-butylen), umfasst. In dem Dokument ist auch die Herstellung von faserförmigen elastomeren Vliesstoff-Bahnen aus des extrudierbaren Zusammensetzung beschrieben.

In der Europäischen Patentanmeldung EP-A2-0 277 710 ist eine Vliesstoffbahn beschrieben, die aus einer Polymermischung hergestellt ist, die umfasst ein elastomeres Harz und ein thermoplastisches Harz. Als Elastomer können verschiedene Arten von Kautschuk, wie z.B. Ethylen/Propylen-Kautschuk und Ethylen-&agr;-Olefin-Kautschuk, ausgewählt werden.

Ein allgemeines Problem, das während des Verfahrens zur Herstellung von typischen Polypropylen-Textilfasern auftritt, ist ein Phänomen, das allgemein als "Seilbildung bzw. Strangbildung" bezeichnet wird. Eine Seil- bzw. Strangbildung tritt während des Verfahrens der Herstellung von Copolymer/Polypropylen-Mischungen auf, bei dem die Mischungen eine Schmelzelastizität aufweisen. Der Ausdruck "Seilbildung bzw. Strangbildung" bezieht sich insbesondere auf einen Bruch der Faser unterhalb des Packs, sodass sie zu dem Pack zurückschnellt, wodurch eine Verfilzung von zusätzlichen Fasern auftritt. Polypropylen-Textilfasern sind nicht nur schwierig herzustellen, sondern die Fasern selbst sind auch schwer zu verarbeiten. In der Regel werden dem Polypropylen Impakt-Modifizierungsmittel (Schlagmodifikatoren) zugesetzt, um ihnen eine höhere Zähigkeit und Kerbschlagfestigkeit zu verleihen. Diese Impakt-Modifizierungsmittel verringern jedoch in der Regel die Zerreiß- bzw. Zugfestigkeit der Fasern.

Es gibt daher eine Nachfrage oder einen Bedarf in der Textilfaserindustrie für Fasern mit einer hohen Zerreiß- bzw. Zugfestigkeit. Es gibt auch eine Nachfrage oder einen Bedarf für Textilfasern, die leicht herzustellen sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Textiffasern, die aus verstärktem Polypropylen hergestellt sind. Das Polypropylen ist mit einem Impakt-Modifizierungsmittel (Schlagmodffikator) verstärkt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine verstärkte Polypropylen-Textilfaser, in der das Polypropylen ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Propylen-Homopolymeren, aus Copolymeren, die bis zu 10 Gew.-% Ethylen und C4-C20-&agr;-Olefin-Comonomere enthalten, und wobei die Polypropylen-Textilfaser verstärkt ist durch 1 bis 25 Gew.-% eines Impakt-Modffizierungsmittels (Schlagmodifikators) aus einem Ethylen-Propylen-Dien-Monomer, das elastomere Eigenschaften aufweist, sodass es um mindestens 50 % seiner Länge im entspannten Zustand durch eine angelegte Kraft gedehnt (verstreckt) werden kann und nach der Wegnahme der angelegten Kraft mindestens 40 % seiner Dehnung (Verstreckung) wieder zurückgebildet werden.

Die erfindungsgemäßen Fasern weisen keine Schmelzelastizität auf, verglichen mit anderen Polypropylen/Impakt-Modifizierungsmittel-Gemischen, wodurch eine "Seil- bzw. Strangbildung" während des Herstellungsverfahrens vermieden wird. Das erfindungsgemäß verwendete Impakt-Modifizierungsmittel ergibt einen Plastffizierungseffekt, der es ermöglicht, dass die Polypropylen-Ketten leichter gegeneinander gleiten. Eine andere Eigenschaft der erfindungsgemäßen Fasern besteht darin, dass sie eine verbesserte Gewebe-Weichheit ergeben, die resultiert aus der Zugabe des Impakt-Modfizierungsmittels (Schlagmodifikators).

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen bestehen ein Merkmal und ein Vorteil der Erfindung darin, Textiffasern mit einer hohen Zugfestigkeit (Zerreißfestigkeit) bereitzustellen.

Ein anderes Merkmal und ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung bestehen darin, Textiffasern bereitzustellen, die leicht hergestellt werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 erläutert ein mechanisches Auszieh- bzw. Verstreckungsverfahren zur Herstellung von Textilfasern, die Polypropylen und ein Impakt-Modifizierungsmittel enthalten;

2 erläutert ein pneumatisches Auszieh- bzw. Verstreckungsverfahren zur Herstellung von Textilfasern, die Polypropylen und ein Impakt-Modifizierungsmittel enthalten;

3 erläutert eine direkte Zwirn-Fadenbildungs-Konfiguration des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Luftkühlung;

4 erläutert eine Zwirn-Fadenaufwickel-Konfiguration des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Luftkühlung;

5 erläutert eine direkte Zwirn-Fadenbildungs-Konfiguration des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Wasserkühlung; und

6 erläutert eine Zwirn-Fadenaufwickel-Konfiguration des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Wasserkühlung.

DEFINITIONEN

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung Beschreibung hat jeder der nachstehend genannten Ausdrücke die nachstehend angegebene Bedeutung.

"Elastomer" bezieht sich auf ein Material oder einen Verbundwerkstoff, das (der) um mindestens 50 % seiner Länge im entspannten Zustand gedehnt (verstreckt) werden kann und das (der) bei der Wegnahme der angelegten Kraft sich wieder erholt, wobei mindestens 40 % seiner Dehnung (Verstreckung) sich zurückbilden. Es ist im Allgemeinen bevorzugt, dass das elastomere Material oder der elastomere Verbundwerkstoff in der Lage ist, um mindestens 100 %, besonders bevorzugt um mindestens 300 %, seiner Länge im entspannten Zustand gedehnt (verstreckt) zu werden und dass es (er) sich bei der Wegnahme der angelegten Kraft wieder erholt unter Rückbildung von mindestens 50 % seiner Dehnung (Verstreckung).

Unter "Meltblown-Fasern" sind Fasern zu verstehen, die gebildet werden durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials durch eine Vielzahl von feinen, in der Regel kreisförmigen Düsenkapillaren in Form von geschmolzenen Fäden oder Filamenten in konvergierende erhitzte Hochgeschwindigkeit-Gasströme (Luftströme), welche die Filamente des geschmolzenen thermoplastischen Materials schwächen (dünner machen) unter Herabsetzung ihrer Durchmesser, wobei die Dicke bis zu einem Mikrofaser-Durchmesser vermindert werden kann. Danach werden die Meltblown-Fasern von dem Hochgeschwindigkeit-Gasstrom mitgenommen und auf einer Sammeloberfläche abgelagert unter Bildung einer Bahn aus willkürlich verteilten Meltblown-Fasern. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in dem US-Patent Nr. 3 849 241 (Butin et al.) beschrieben. Meltblown-Fasern sind Mikrofasern, die kontinuierlich (endlos) oder diskontinuierlich (endlich) sein können, die im Allgemeinen eine Dicke von weniger als etwa 0,6 Denier haben und im Allgemeinen bei der Ablagerungen auf einer Sammeloberfläche sich selbst miteinander verbinden. Die erfindungsgemäß verwendeten Meltblown-Fasern haben vorzugsweise eine im Wesentlichen kontinuierliche (endlose) Länge.

Der Ausdruck "Polymere" umfasst, ohne darauf beschränkt zu sein, Homopolymere, Copolymere, wie z.B. Block-, Pfropf-, Random- und alternierende Copolymere, Terpolymere und dgl. so wie Mischungen und Modifikationen davon. Außerdem umfassen der Ausdruck "Polymer", wenn er nicht anderweitig spezifisch eingeschränkt ist, alle möglichen geometrischen Konfigurationen des Materials. Diese Konfigurationen umfassen, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, isotaktische, syndiotaktische und ataktische Symmetrien.

Der Ausdruck "Spunbonded Fasern" bezieht sich auf Fasern mit einem geringen Durchmesser, die gebildet werden durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials in Form von Filamenten aus einer Vielzahl von feinen Kapillaren einer Spinndüse, die eine kreisförmige oder andere Konfiguration aufweist, wobei der Durchmesser der extrudierten Filamente dann schnell verkleinert wird, wie beispielsweise in den US-Patenten Nr. 4 340 563 (Appel et al.), 3 692 618 (Dorschner et al.), 3 802 817 (Matsuki et al.), 3 338 992 und 3 341 394 (beide Kinney), 3 502 763 (Hartmann), 3 502 538 (Petersen) und 3 542 615 (Dobo et al.) beschrieben. Spunbond-Fasern werden abgekühlt bzw. abgeschreckt und sind im Allgemeinen nicht klebrig, wenn sie auf einer Sammeloberfläche abgeschieden werden. Spunbond-Fasern sind im Allgemeinen kontinuierlich (endlos) und weisen durchschnittliche Dicken von mehr als etwa 0,3 Denier, insbesondere zwischen etwa 0,6 und 10 Denier, auf.

Der Ausdruck "thermoplastisch" beschreibt ein Material, das weich wird, wenn es Wärme ausgesetzt ist, und das im Wesentlichen in den nicht-erweichten Zustand zurückkehrt, wenn es auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

Diese Ausdrücke können in den nachfolgenden Abschnitten der Beschreibung auch mit anderen Worten definiert sein.

Detaillierte Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen

Die erfindungsgemäßen Textilfasern umfassen solche aus verstärktem Polypropylen. Der Ausdruck "Polypropylen" bezieht sich auf Propylen-Homopolymere sowie auf Copolymere, die bis zu etwa 10 Gew.-% Ethylen oder eines C4-C20-&agr;-Olefin-Comonomers enthalten. Das Polypropylen wird verstärkt durch Zugabe eines Impakt-Modifizierungsmittels (Schlagmodifikators). Das Impakt-Modifizierungsmittel macht etwa 1 bis 25 Gew.-% der Verbundfasern aus, zweckmäßig macht es etwa 2 bis 15 Gew.-% der Verbundfasern und besonders zweckmäßig etwa 3 bis 10 Gew.-% der Verbundfasern aus.

Der hier verwendete Ausdruck "Impakt-Modfizierungsmittel (Schlagmodifikator)" bezieht sich auf ein synthetisches Material, das elastomere Eigenschaften aufweist. Das Impakt-Modifizierungsmittel ist mit Polypropylen teilweise kompatibel. Das Impakt-Modifizierungsmittel dispergiert (verteilt) sich insbesondere extrem gut in Propylen, ohne sich darin aufzulösen. Zu Beispielen für geeignete Impakt-Modifizierungsmittel gehören Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM), Styrol-Ethylen-co-Butadien/Styrol (SEBS) und Styrol-Poly(ethylen-propylen)-Styrol-Poly(ethylen-propylen) (SEPSEP). Zu weiteren Beispielen gehören elastomere Diblock-, Triblock-, Tetrablock- oder andere Multi-Block-Copolymere, wie z.B. olefinische Copolymere, beispielsweise Styrol-Isopren-Styrol, Styrol-Butadien-Styrol, oder Styrol-Ethylen/Propylen-Styrol, die von der Firma Shell Chemical Company unter dem Handelsnamen KRATON® Elastomerharze erhalten werden können; Polyurethane, z.B. solche, die erhältlich sind von der Firma E. I. Du Pont de Nemours Co. unter dem Handelsnamen LYCRA® Polyurethan; Polyamide, z.B. Polyether-Block-Amide, die erhältlich sind von der Firma Ato Chemical Company unter dem Handelsnamen PEBAX® Polyether-Block-Amid; Polyester, z.B. solche, die erhältlich sind von der Firma E. I. Du Pont de Nemours Co. unter dem Handelsnamen HYTREL® Polyester; Einzelstellen- oder Metallocen-katalytisierte Polyolefine mit einer Dichte von weniger als etwa 0,89 g/cm3, erhältlich von der Firma Dow Chemical Co. unter dem Handelsnamen AFFINITY®; und Ethylen/Styrol, ebenfalls erhältlich von der Firma Dow Chemical Co.

Es kann eine Reihe von Block-Copolymeren verwendet werden zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Impakt-Modifizierungsmittel (Schlagmodifikatoren). Diese Block-Copolymeren umfassen im Allgemeinen einen elastomeren Mittelblock-Abschnitt B und einen thermoplastischen Endblock-Abschnitt A. Die Block-Copolymeren können auch thermoplastisch in dem Sinne sein, dass sie mehrmals aufgeschmolzen, geformt und wieder verfestigt werden können mit nur geringen oder keinen Änderungen ihrer physikalischen Eigenschaften (unter der Annahme eines Minimums an oxidativem Abbau).

Der Endblock-Abschnitt A kann umfassen ein Poly(vinylaren), wie z.B. Polystyrol. Der Mittelblock-Abschnitt B kann umfassen ein im Wesentlichen amorphes Polyolefin, wie z.B. Polyisopren, Ethylen/Propylen-Polymere, Ethylen/Butylen-Polymere, Polybutadien und dgl. oder Mischungen davon.

Die erfindungsgemäß verwendbaren geeigneten Block-Copolymeren umfassen mindestens zwei im Wesentlichen Polystyrol-Endblock-Abschnitte und mindestens einen im Wesentlichen Ethylen/Butylen-Mittelblock-Abschnitt. Im Handel erhältliche Beispiele für ein solches lineares Block-Copoymer sind z.B. das SEBS-Block-Copolymer, erhältlich von der Firma Shell Chemical Company unter den Handelsbezeichnungen KRATON® G1657, G1652 und G2760-Elastomerharze. Zu typischen Eigenschaften, die ein KRATON® G1657 Elastomerharz hat, gehören eine Zugfestigkeit (Zerreißfestigkeit) von (2 × 106 kg/m2 (3400 lbs/inch2), ein 300 %-Modul von 1,4 × 105 kg/m2 (350 lbs./inch2), eine Dehnung von 750 % beim Bruch, eine Shore A-Härte von 65 und eine Brookfield-Viskosität, bestimmt bei einer Konzentration von 25 Gew.-% in einer Toluol-Lösung, von etwa 4200 mPa·s (4200 cP) bei Raumtemperatur. Ein anderes geeignetes Elastomer, das KRATON® G2746, ist ein Styrol-Butadien-Blockcopolymer, das mit einem Klebrigmacher und mit einem Polyethylen niedriger Dichte gemischt ist.

Das Polypropylen kann unter Anwendung irgendeines geeigneten Verfahrens mit dem Impakt-Modifizierungsmittel (Schlagmodifikator) gemischt werden, beispielsweise unter Anwendung von Verfahren, wie sie derzeit angewendet werden zur Herstellung von Polypropylen-Fasern. So ist beispielsweise in dem US-Patent Nr. 5 534 335 (Everhart et al.) ein Verfahren zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischen Polymeren, wie z.B. Polypropylen, beschrieben. Bei diesem Verfahren werden die Fasern hergestellt durch Anwendung von Meltblowing- oder Spunbonding-Verfahren, die aus dem Stand der Technik allgemein bekannt sind. In diesen Verfahren wird allgemein ein Extruder verwendet, um ein geschmolzenes Polymer einer Spinndüse oder einer Meltblown-Düse zuzuführen, in der das Polymer zu Fasern verarbeitet wird. Die Fasern können dann gedehnt bzw. gezogen (verstreckt) werden, in der Regel pneumatisch, und sie werden auf einer perforierten Matte oder einem perforierten Band abgelagert beispielsweise unter Bildung eines nicht-gewebten Gewebes (Vliesstoffes). Die Fasern, die unter Anwendung von Spunbond- und Meltblown-Verfahren hergestellt worden sind, haben im Allgemeinen einen Durchmesser in dem Bereich von etwa 1 bis etwa 50 &mgr;m, je nach Verfahrensbedingungen und je nach der gewünschten Endverwendung der aus diesen Fasern hergestellten Gewebe.

Eine beispielhafte Vorrichtung zur Bildung von Textilfasern mit verstärktem Polypropylen ist in den 1 und 2 allgemein durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet. Bei der Bildung der erfindungsgemäßen Fasern können die Fasern entweder mechanisch (wie in 1 dargestellt) oder pneumatisch (wie in 2 dargestellt) gezogen bzw. verstreckt werden. Nachstehend wird das pneumatische Zieh- bzw. Verstreckungsverfahren erläutert.

Zuerst werden bei dem in 1 dargestellten mechanischen Auszieh- bzw. Verstreckungsverfahren Polymerpellets 12 genau abgewogen und trocken miteinander vermischt, um dadurch sicherzustellen, dass eine homogene Mischung einem Extruder 14 zugeführt wird. Der Extruder 14 wird auf etwa 180 °C erhitzt und wenn alle Zonen innerhalb des Extruders 14 den Wert von etwa 180 °C erreicht haben, wird eine 10-minütige Durchwärmungszeit aufrechterhalten, um sicherzustellen, dass das gesamte Polymer, das in dem Extruder 14 und in der Düse 16 aus einem vorhergehenden Versuch enthalten ist, vollständig geschmolzen ist. Dann wird der Extruder 14 mit Polypropylen gespült bei etwa 32 UpM, um irgendwelches Polymer, das aus dem vorhergehenden Versuch zurückgeblieben ist, zu entfernen. Vor dem Einführen der trocken-gemischten Mischung werden Tracer-Pellets in den Extruder 14 eingeführt. Die trocken miteinander gemischten Polymeren werden unmittelbar nach den Tracer-Pellets compoundiert. Wenn die Farbe des Tracers auftritt und aus dem Extrudat 20 ausbleicht, werden zusätzliche Tracer-Pellets eingeführt. Wenn die zweite Tracer-Zugabe ausgebleicht ist, wird angenommen, dass das Extrudat 20 die gewünschte Zusammensetzung hat. Während des Compoundierens wird die Umdrehungszahl des Extruders 14 bei etwa 32 UpM gehalten. In den Fällen, in denen eine gravimetrische Beschickung angewendet wird, wird ein Beschickungstrichter 18 mit genügend Polymer aufrechterhalten, sodass eine konstante Zuführungsrate aufrechterhalten wird, bestimmt durch die Menge (Größe) der zugeführten Materialien.

Wenn einmal die Polymer-Pellets miteinander vermischt worden sind, werden dann Fasern daraus hergestellt. Zuerst wird die Motor-Geschwindigkeit auf etwa 5 UpM eingestellt. Dann wird das Extrudat 20 abgekühlt (abgeschreckt) und zu der gewünschten Konfiguration versponnen (verzwirnt) und auf eine Aufwickelwalze 22 aufgewickelt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Extruder 14 abgeschaltet und die Fasern werden kontinuierlich aus der Düse 16 gezogen. Zur Herstellung von Fasern mit der gewünschten Größe (Querschnitt) werden Fasern von der Rolle 22 abgeschnitten und gemessen unter Verwendung eines mit einem Okular-Reticle ausgestatteten Mikroskops. Es werden Einstellungen in Bezug auf die Abnahmegeschwindigkeit durchgeführt, um empirisch die gewünschten Faserstärken herzustellen. Wenn einmal die korrekte Geschwindigkeit eingestellt ist, können in zwei Minuten-Intervallen Fasern hergestellt werden. Zwischen den Intervallen wird der Extruder 14 mit einer Geschwindigkeit von etwa 32 UpM für eine Zeitspanne von etwa 2 min in Betrieb gesetzt, um sicherzustellen, dass die gebildeten Fasern keine signifikante Phasentrennung als Funktion der Sammelzeit aufweisen. Um den Fasern variierende Eigenschaften zu verleihen, können vier Behandlungsbedingungen angewendet werden, die umfassen die Kombinationen von zwei Abkühlungs- bzw. Abschreckungs- und zwei Fadenbildungs-Bedingungen. Die schematischen Abläufe dieser vier Behandlungsbedingungen sind in den 3 bis 6 dargestellt.

Bei dieser Arbeit werden zwei Typen von Abkühlung (Abschreckung) angewendet, nämlich eine Abkühlung (Abschreckung) an der Luft (3 und 4) und eine Abschreckung in Wasser (5 und 6). Die Luft-Abschreckung ist ein Verfahren, bei dem die Fasern 30 in der Luft abgeschreckt werden ohne Zuhilfenahme eines Fluid-Stroms. Die Fasern 30 werden in der Umgebungsluft abgeschreckt. Die Wasserabschreckung wird erzielt durch Hindurchführen der Faser 30 durch ein Wasserbad 24. Die Abschreckung mit Wasser ergibt eine viel schnellere Abschreckung als mit Luft, da ein größerer thermischer Energiestrom vorliegt.

Bei dieser Arbeit werden zwei Typen von Fadenbildungsbedingungen angewendet, nämlich ein direktes Fadenbildungssystem 26 (3 und 5) und ein Fadenbildungsaufwickelsystem 28 (4 und 6). Bei dem direkten Fadenbildungssystem 26 werden die Fasern 30 aus der Extruderdüse 32 ausgezogen (verstreckt) unter Anwendung irgendeines Abkühlungs- bzw. Abschreckungsmediums, und direkt auf die Aufwickelrolle 34 aufgewickelt, die eine Umdrehungsgeschwindigkeit hat, die erforderlich ist, um den gewünschten Faser-Durchmesser aufrechtzuerhalten. Bei dem Fadenbildungsaufwicklungssystem 28 wird die Faser 30 erneut aus der Extruderdüse 32 ausgezogen (verstreckt) durch das Abschreckungsmedium. Zu diesem Zeitpunkt wird die Faser 30 um mehrere Trägerrollen 36 in einer Aufnahmeeinheit herumgeführt, bevor sie auf die Aufwickelrolle 34 aufgewickelt wird.

Bei dem in der 2 erläuterten pneumatischen Auszieh- bzw. Verstreckungsverfahren werden die miteinander zu mischenden Materialien 38 in dem gewünschten Verhältnis trocken miteinander vermischt. Diese Materialien 38 werden einem Beschickungstrichter 40 mit variabler Zuführungsgeschwindigkeitskontrolle, die bei etwa 2,5 × 10–3 kg/s (20 lb/h) gehalten wird, zugeführt. Ein in gleicher Richtung rotierender 27 mm-Doppelschneckenextruder mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 40 : 1, der sich mit einer Geschwindigkeit von 200 UpM dreht, ist ein Beispiel für einen geeigneten Extruder 42, der verwendet werden kann bei einem ebenen Temperaturprofil von etwa 210 °C. Zur Entfernung von flüchtigen Gasen kann eine Entlüftungs-Öffnung 44 angewendet werden.

Nach dem Compoundieren werden die in der Schmelze miteinander gemischten Materialien 46 zu einer Platte 48 mit mehreren Öffnungen 50 transportiert, durch welche die Fasern 52 ausgezogen (verstreckt) werden. Die Platte 48 oder das "Spinn-Pack" und die umgebenden Materialien werden bei den gewünschten Temperaturen innerhalb des Bereiches zwischen etwa 210 und 250 °C gehalten. Ein Beispiel für ein geeignetes Spinn-Pack umfasst ein Spinn-Pack mit 310 Löchern in einer Dichte von 50 Löchern/(2,5 cm)2. Die Löcher haben zweckmäßig einen Durchmesser von etwa 1,5 cm (0,6 inches) und ein Verhältnis von Länge zu Dicke von etwa 6 : 1. Die Fasern 52 können unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-Luftstroms bei Drucken in dem Bereich von 13,8 bis 138 kPa (2–20 psi) ausgezogen (verstreckt) werden unter Verwendung einer Faserverstreckungseinheit (FDU) 54. Zwischen dem Spinn-Pack 48 und der FDU 54 kann eine Länge von etwa 1,2 m (48 inches) vorliegen. In den oberen Abschnitten der Spinnlänge können Abschreckungsboxen 56 verwendet werden, um das Polymer bei Geschwindigkeiten zwischen 0 und 84 m/min (0–280 ft/min) abzukühlen.

Als Ergebnis der Kombination eines Impakt-Modifizierungsmittels (Schlagmodifikators) mit dem Polypropylen weisen die Textilfasern eine verbesserte Gewebeweichheit, eine erhöhte Festigkeit und/oder eine höhere Dehnung beim Bruch bei identischen Durchsatzwerten auf, verglichen mit Polypropylen-Homopolymer-Fasern, wie in dem nachstehenden Beispiel angegeben.

Beispiele

Es wurden stabilisierte Textilfasern aus Escorene 3155 Polypropylen (erhältlich von der Firma Exxon) hergestellt. Ein zweiter Satz von stabilisierten Textilfasern wurde hergestellt aus 3 % Buna 2070 EPDM (erhältlich von der Firma Bayer), gemischt mit 97 % Escorene 3155 Polypropylen. Das EPDM und das Polypropylen wurden miteinander kombiniert und ausgezogen (verstreckt) unter Anwendung des oben in Bezug auf die 1 beschriebenen bevorzugten Verfahrens. Beide Faser-Sätze wurden erfolgreich ausgezogen (verstreckt) zwischen 0,4 g/Loch/min und 0,6 g/Loch/min in dem Temperaturbereich von 230 bis 250 °C, obgleich keine Beschränkung in Bezug auf den Durchsatz oder die Temperatur für die erfindungsgemäßen Fasern diesbezüglich besteht. Der in der Faserauszieheinheit angewendete Ausziehdruck erlaubte das Ausziehen der Fasern bei Drucken bis zu und oberhalb 103 kPa (15 psi). Zu anderen Spezifika gehören die Verwendung eines 310 Loch-Packs mit 128 Löchern/2,5 cm (1 inch) mit Loch-Durchmessern von 0,6 mm. Beide Faser-Sets wurden getestet in Bezug auf die Zugfestigkeit (Zerreißfestigkeit), die Dehnung beim Bruch und den Durchmesser bei variierenden Temperaturen, Ausziehdrucken und Abschreckungsbedingungen. Die bei diesen Tests erhaltenen Daten sind in der nachstehend Tabelle 1 angegeben.

Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich, wiesen die EPDM/PP Verbundfasern einen durchschnittlichen Anstieg der Festigkeit von 19 % und eine Abnahme des Durchmessers von 6 % auf, festgestellt über den gesamten Bereich der getesteten Variablen. Ein Vergleich zwischen den einzelnen Behandlungen, bei dem 3 % Buna in Polypropylen verglichen wurde mit einem Polypropylen-Homopolymer unter identischen Behandlungsbedingungen, ergab einen Anstieg der Festigkeit von bis zu 63 %, einen Anstieg der Dehnung beim Bruch von 32 % und eine Abnahme des Durchmessers von 35 Wo. Außerdem ist es möglich, gleichzeitig alle drei Eigenschaften bei bestimmten Behandlungskombinationen zu verbessern.

Es wurden weitere Textilfasern aus Escorene 3155 Polypropylen und Kombinationen von Polypropylen mit Buna 2070 EPDM hergestellt und unter variierenden Bedingungen getestet, wie in der folgenden Tabelle 2 angegeben. Die Tabelle 2 enthält Vergleichsdaten, welche die Unterschiede zwischen den Polypropylen-Fasern und den gemischten Fasern zeigen. Die Becherzerknüllungs-Belastungsdaten und die Becherzerknüllungs-Energiedaten wurden unter Anwendung des nachstehend beschriebenen Verfahrens erhalten. Die Drapier-Daten wurden nach dem ASTM-Verfahren D1388 erhalten. Die Elmendorf-Zerreiß-Daten wurden nach dem ASTM-Verfahren D1424-83 erhalten. Die Denier-Daten wurden durch Messung des Faser-Durchmessers und Berechnung der Querschnittsfläche erhalten, wobei dann unter Verwendung der Dichte der Faser die Masse in dem Filament in g/8,2 km (grams/9000 yards) Filament errechnet wurde. Die Trap-Zerreißdaten wurden erhalten nach dem ASTM-Verfahren D1117-14. Die Grab-Daten wurden erhalten nach dem ASTM-Verfahren D5034-90.

  • DW = Durchschnittswert
  • SA = Standardabweichung

Jeder der vier Typen von Textil-Fasern, wie sie in Tabelle 2 angegeben sind, wurde auch getestet in Bezug auf die Zugfestigkeit (Zerreißfestigkeit) nach dem ASTM-Verfahren D3822 sowohl in der Richtung quer zur Maschinenlaufrichtung (CD) als auch in der Maschinenlaufrichtung (MD). Die Zugfestigkeit an verschiedenen Dehnungspunkten in der CD-Richtung ist in der Tabelle 3 angegeben und die Zugfestigkeit an den gleichen Dehnungspunkten in der MD-Richtung ist in der Tabelle 4 angegeben.

Zusätzlich zu den in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind weitere Becherzerknüllungsenergiedaten, die unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie es vorstehend angegeben worden ist, erhalten wurden mit verschiedenen Gehalten an EPDM und verschiedenen Schmelztemperaturen in der Tabelle 5 angegeben.

Zusätzlich zu den Daten, die in der Tabelle 2 angegeben sind, sind wertere Becherzerknüllungsbelastungsdaten, die unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie oben erhalten wurden bei verschiedenen Gehalten an EPDM und verschiedenen Schmelztemperaturen in der Tabelle 6 angegeben.

Zusätzlich zu den in der Table 2 angegebenen Daten sind weitere Elmendorf-Zerreißdaten, die unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie oben angegeben erhalten wurden mit verschiedenen Gehalten an EPDM und mit verschiedenen Schmelztemperaturen in der Tabelle 7 (MD) und in der Tabelle 8 (CD) angegeben.

Zusätzlich zu den in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind weitere Trap-Zerreißdaten, die unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie vorstehend beschrieben erhalten wurden mit verschiedenen Gehalten von EPDM und verschiedenen Schmelztemperaturen in der Tabelle 9 (CD) und in der Tabelle 10 (MD) angegeben.

Zusätzlich zu den in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind weitere Grab-Belastungsdaten, die erhalten wurden unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie oben angegeben mit verschiedenen Gehalten an EPDM und verschiedenen Schmelztemperaturen in der Tabelle 11 (CD) und in der Tabelle 12 (MD) angegeben.

Zusätzlich zu den in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind weitere Grab-Dehnungsdaten, die unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie vorstehend angegeben erhalten wurden mit verschiedenen Gehalten an EPDM und verschiedenen Schmelztemperaturen in der Tabelle 13 (CD) und in der Tabelle 14 (MD) angegeben.

Zusätzlich zu den in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind weitere Grab-Energiedaten, die erhalten wurden unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie oben angegeben mit verschiedenen Gehalten an EPDM und verschiedenen Schmelztemperaturen in der Tabelle 15 (CD) und in der Tabelle 16 (MD) angegeben.

Zusätzlich zu den in der Tabelle 2 angegebenen Daten sind weitere Denier-Daten, die unter Anwendung des gleichen Verfahrens erhalten wurden wie vorstehend angegeben mit verschiedenen Gehalten an EPDM und verschiedenen Schmelztemperaturen in der Tabelle 17 angegeben.

Die Verarbeitbarkeit dieser speziellen Mischung ist verhältnismäßig gut, bezogen auf andere früher getestete Copolymer/Polypropylen-Mischungen, aufgrund des Mangels an Schmelzelastizität in den EPDM/PP-Fasern. Das Vorhandensein von Schmelzelastizität führt zu einem Phänomen, das allgemein als "Seil- bzw. Strangbildung" bezeichnet wird, bei der eine Faser bricht unterhalb des Packs und zu dem Pack zurückspringt, wodurch zusätzliche Fasern verfilzen. Das Fehlen der "Seilbildung" ermöglicht es, diese EPDM/PP-Fasern in einer bereits vorhandenen Anlage zu verarbeiten. Die EPDM/PP-Fasern ergeben einen Plastifizierungseffekt, der das leichtere Gleiten der Polypropylen-Ketten ermöglicht. Das Ergebnis ist eine besser ausgerichtete Struktur, welche die kinetische Antriebskraft in Richtung auf eine Kettenverfilzung im molekularen Bereich verhindert.

Es wurden zusätzliche stabilisierte Textilfasern aus Escorene 3155-Polypropylen und aus einer Kombination von KRATON® 2760, gemischt mit Escorene 3155-Polypropylen, hergestellt. Das KRATON® 2760 und Polypropylen wurden miteinander kombiniert unter Anwendung des werter oben in Bezug auf die 1 beschriebenen bevorzugten Verfahrens. Sowohl die Polypropylen-Fasern als auch die gemischten Fasern wurden erfolgreich ausgezogen (verstreckt) in einem Bereich von 0,4 bis 0,6 g/Loch/min in einem Temperaturbereich von 230 bis 250 °C, obgleich keine Beschränkung besteht in Bezug auf den Durchsatz oder die Temperatur bei den erfindungsgemäßen Fasern. Der in der Faserzieheinheit (Faserverstreckungseinheit) angewendete Ausziehdruck erlaubte das Ausziehen (Verstrecken) der Fasern bei Drucken bis zu und oberhalb 103 kPa (15 psi). Zu weiteren Spezifika gehören die Verwendung eines 310 Loch-Packs mit 128 Löcher/2,5 cm (1 inch) mit einem Lochdurchmesser von 0.6 mm. Jede der Fasern wurde getestet in Bezug auf die Zerreißfestigkeit (Zugfestigkeit), die Spitrenbelastung, die Energie und die Dehnung unter Anwendung der weiter oben genannten Verfahren. Die Zusammensetzungen der getesteten Fasern sind in der Tabelle 18 angegeben. Die aus diesen Tests gewonnenen Daten sind in der Tabelle 19 angegeben.

Zusätzlich zu den in der Tabelle 19 angegebenen Daten sind in der Tabelle 20 die Elmendorf-Zerreißfestigkeitsdaten angegeben, die erhalten wurden bei Anwendung des gleichen Verfahrens, wie es oben beschrieben worden ist, mit verschiedenen Gehalten an KRATON® 2760 und verschiedenen Bindungstemperaturen.

Zusätzlich zu den in der Tabelle 19 angegebenen Daten sind in den folgenden Tabellen 21 (MD) und 22 (CD) Grab-Zugfestigkeitsdaten angegeben, die erhalten wurden unter Anwendung der vorstehend beschriebenen Verfahren mit verschiedenen Gehalten an KRATON® 2760 und verschiedenen Bindungstemperaturen.

Zusätzlich zu den in der Tabelle 19 angegebenen Daten sind in den nachfolgenden Tabellen 23 (MD) und 24 (CD) Grab-Zugfestigkeitsdaten angegeben, die erhalten wurden unter Anwendung des ASTM-Verfahrens D5034-95 mit verschiedenen Gehalten an KRATON® 2760 und verschiedenen Bindungstemperaturen.

Die erfindungsgemäßen Textilfasern können wegwerfbaren absorptionsfähigen Artikeln einverleibt werden. Zu Beispielen für derartige geeignete Artikel gehören Windeln, Trainingshosen, Frauenhygieneprodukte, Inkontinenzprodukte, andere Körperpflege- oder Gesundheitspflege-Kleidungsstücke, wie z.B. medizinische Kleidungsstücke oder dgl.

Becherzerknüllungstestverfahren

Der Becherzerknüllungstest wird angewendet zur Bestimmung der Weichheit eines Materials durch Anwendung einer Spitzenbelastung und von Energieeinheiten einer Zugfestigkeit-Testvorrichtung mit konstanter Dehnungsgeschwindigkeit. Je niedriger der Spitzenbelastungswert ist, um so weicher ist das Material.

Dieses Testverfahren wurde in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt, in der die Temperatur etwa 73 °F betrug und der Gehalt an relativer Feuchtigkeit etwa 50 % betrug. Es wurden Proben getestet unter Verwendung eines Sintech System 2-Computer-gestützten Testsystems, erhältlich von der Firma Sintech Corp., in Cary N. C., und eines Becherzerknüllungs-Prüfstandes, erhältlich von der Firma Kimberly-Clark Corporation, Quality Assurance Department, in Neenah, Wisocinsin, der umfasste einen Modell 11-Fuß, einen Modell 31-Stahlring, eine Basisplatte, eine Modell 41-Becheranordnung und ein Eichset. Der Stahlring wurde über den Formgebungszylinder gelegt und eine 22,9 cm × 22,9 cm (9 inch × 9 inch) große Probe wurde über dem Formgebungszylinder zentriert. Der Formgebungsbecher wurde über den Formgebungszylinder geschoben, bis die Probe zwischen dem Formgebungszylinder und dem Stahlring um den gesamten Stahlring herum zerquetscht (zerknüllt) wurde. Der Formgebungsbecher wurde auf die Oberseite der Basisplatte der Belastungszelle gestellt und an dem Rand der Basisplatte fest eingespannt. Der Fuß wurde mechanisch nach unten in den Formgebungsbecher hinein bewegt mit einer Kreuzgeschwindigkeit, die auf 400 mm/min eingestellt war, wodurch die Probe zerknüllt wurde, während die Spitzbenbelastung in Gramm und die Energie in Gramm × mm, die erforderlich war, um die Probe zu zerknüllen, mittels der Zugfestigkeits-Testvorrichtung mit konstanter Dehnungsgeschwindigkeit gemessen wurde.

Es sei darauf hingewiesen, dass Details der oben genannten Ausführungsformen nur der Erläuterung der Erfindung dienen, keineswegs so zu verstehen sind, dass sie den Schutzbereich dieser Erfindung einschränken. Obgleich nur einige wenige beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung vorstehend im Detail beschrieben worden sind, ist für den Fachmann auf diesem Gebiet ohne werteres ersichtlich, dass viele Modifikationen bei den beispielhaften Ausführungsformen möglich sind, ohne dass dadurch der Bereich der neuen Lehren und der Vorteile der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen verlassen wird. Alle diese Modifikationen liegen daher innerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung, die durch die folgenden Patentansprüche und alle Äquivalente davon definiert wird. Außerdem ist klar, dass viele Ausführungsformen so konzipiert sein können, dass nicht alle Vorteile einiger Ausführungsformen, insbesondere der bevorzugten Ausführungsformen, erzielt werden, wobei das Fehlen eines speziellen Vorteils nicht so zu verstehen ist, dass dies notwendigerweise bedeutet, dass eine solche Ausführungsform außerhalb des Schutzbereiches des vorliegenden Erfindung liegt.


Anspruch[de]
Eine verstärkte Polypropylen-Textilfaser, in der das Polypropylen aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Propylen-Homopolymeren, Copolymeren, die bis zu 10 Gewichts-% Ethylen enthalten, und C4-C20-Alpha-Olefin-Comonomeren besteht, und wobei die Polypropylen-Textilfaser durch einen Schlagmodifikator von 1–25 Gewichts-% aus einem Ethylen-Propylen-Diene-Monomer verstärkt ist, das elastomerische Eigenschaften dahingehend hat, dass es durch eine angewendete Kraft auf zumindest 50 % seiner entspannten Länge ausgedehnt werden kann, und dass es nach Entfernen der angewendeten Kraft zumindest 40 % seiner Ausdehnung zurückgewinnt. Eine Spunbond-Faser, welche die Textilfaser von Anspruch 1 umfasst. Eine Spinnfaser, welche die Textilfaser von Anspruch 1 umfasst. Ein Multifaser-Garn, welches die Textilfaser von Anspruch 1 umfasst. Eine Wirkware, welche die Textilfaser von Anspruch 1 umfasst. Ein Webstoff, welcher die Textilfaser von Anspruch 1 umfasst. Ein Vliesstoff, welcher die Textilfaser von Anspruch 1 umfasst. Ein absorbierender Artikel, welcher den Vliesstoff von Anspruch 7 umfasst. Die Textilfaser von Anspruch 1, wobei die Propylen-Textilfaser durch einen Schlagmodifikator von 2–15 Gewichts-% verstärkt ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com