DE69316027T2

DE69316027T2 - Verfahren zur herstellung einer faserigen struktur mit immobilisiertem teilchenförmigem material

Info

Publication number: DE69316027T2
Application number: DE69316027T
Authority: DE
Inventors: Clinton D Felton; H Gunter Groeger; George A Serad
Original assignee: Hoechst Celanese Corp
Current assignee: Fiberweb LLC
Priority date: 1992-11-18
Filing date: 1993-11-15
Publication date: 1998-05-14
Anticipated expiration: 2013-11-16
Also published as: US5605746A; DE69316027D1; JPH08503272A; US5486410A; JP2818693B2; EP0825286A2; EP0825286A3; WO1994011556A1; EP0669993A1; US5674339A; EP0669993B1; US6024813A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer faserigen Struktur, die darin enthaltenes teilchenförmiges Material aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Teilchenförmiges Material kann aus vielerlei Gründen in eine faserige Struktur eingebaut werden. Zum Beispiel können vor Chemikalien schützende Textilerzeugnisse für Kleidungsstücke militärischen Personals dampfsorbierende Teilchen wie Aktivkohle enthalten. Diese Kleidungstücke sind charakeristischerweise zum Entfernen giftiger Gase aus der Luft bestimmt. Filter können sorbierende Teilchen enthalten, um bestimmte Komponenten einer Flüssigkeit oder eines Gases, die das Filter passieren, selektiv zu entfernen. Schleifmittel-Teilchen können zur Herstellung eines Schleifmittel-Textilerzeugnisses verwendet werden. Teilchenförmiges Material kann ebenfalls in einer faserigen Struktur verwendet werden, um ein aktives Reagens in einem Fluidstrom freizusetzten.
Bian et al., US Patent Nr. 4 868 032, offenbaren vor Chemikalien schützende Bekleidungen. Verstärkende Zweikomponenten- Fasern werden in eine schmelzgeblasene Stoffbahn aus Polymerfasern eingenadelt, auf welche festes, teilchenförmiges Material dispergiert wird. Um die genadelten Fasern an die schmelzgeblasene Stoffbahn auf beiden Seiten des Textilerzeugnisses zu binden, wird Wärme angewendet.
Haruvy et al., US Patent Nr. 4 872 220 offenbaren eine Schutzkleidung, die ein Laminat aus drei Schichten umfaßt, in welchem eine der Schichten ein adsorbierendes, teilchenförmiges Material enthalten kann.
Das US Patent Nr. 4 904 343 von Giglia et al. bezieht sich auf ein toxische Dämpfe adsorbierendes Faservlies, in welches Aktivkohlefasern und Aktivkohleteilchen in eine Stoffbahn aus acrylischen Spaltfasern eingebaut werden können. Das Textilerzeugnis wird durch ein Naßform-Verf ahren hergestellt. Eine Aufschlämmung dieser Teilchen und Fasern wird auf einer Formbahn niedergeschlagen, um eine Teilchen enthaltende Stoffbahn zu bilden, die auf andere Textilerzeugnisse laminiert werden kann.
Wie oben beschrieben, werden Teilchen enthaltende Strukturen typischerweise auf andere Textilerzeugnis-Schichten aufgetragen, um Kleidungsstücke herzustellen. Dabei ist ein Problem aufgetreten, daß Kleidungsstücke, die teilchenförmiges Material enthalten, typischerweise nicht für eine ausreichende Zeitdauer haltbar sind. Waschen und andere Beanspruchungen können eine Delaminierung der Textilerzeugnis-Schichten, Verlust des teilchenförmigen Materials und eine Verschlechterung des Kleidungsstückes ergeben. Das teilchenförmige Material haftet häufig an den Oberflächen der Teilchen enthaltenden Struktur, die auf verschiedene Textilerzeugnisse zur Bildung des Kleidungsstückes laminiert wird. Die Teilchen beeinträchtigen die Bindung zwischen Textilerzeugnis-Schichten, wenn die Bindung entweder durch Wärme, Druck, Klebstoffe oder einige Kombinationen dieser Verfahren erreicht wird. Die Teilchen unterliegen ebenfalls einem Entfernen durch Abrieb, was die Wirksamkeit des Kleidungsstückes vermindert.
Filter, die teilchenförmiges Material enthalten, werden typischerweise nicht zu Textilerzeugnis-Schichten laminiert, wobei es wünschenswert ist, eine Verminderung des Strömungsflusses von Flüssigkeiten oder Gasen durch das Filter zu vermeiden, um nicht den Druckabfall am Filter zu erhöhen. Zum Beispiel offenbaren Shimomai et al., US Patent Nr. 3 998 988, daß Filter aus fein zerteilten Adsorptionsmittel-Teilchen, wie Aktivkohle, hergestellt werden können, die an einer Zweikomponentenfaser aus einem thermoplastischen Polymer, das aus einer höher schmelzenden Verbindung und einer niedriger schmelzenden Verbindung besteht, haften. Insbesondere wird eine Faser mit einem Polyethylen-Kern und einer Polystyrol- Hülle offenbart. Die Faser wird erhitzt, um die Teilchen an der Oberfläche der Faser zu binden, ohne daß dabei die Fasern im wesentlichen aneinanderhaften. Die Fasern können in Form einer Vliesstoffbahn aus Filamenten oder Stapelfasern vorliegen oder ein gewirktes, gewebtes oder Vliesstoff-Textilerzeugnis sein, das an seiner Oberfläche anhaftendes teilchenförmiges Material aufweist. Das US Patent Nr. 3 998 988 erkennt nicht das Problem der Herstellung von Strukturen, die an ihren Oberflächen anhaftendes, teilchenförmiges Material aufweisen, und schlägt keine Lösung für das Problem vor, daß teilchenförmiges Material an der Oberfläche einer Stoffbahn oder eines Textilerzeugnisses vorliegt.
Es wäre wünschenswert, offene, faserige Strukturen herzustellen, in denen teilchenförmiges Material in der faserigen Struktur zwischen den Oberflächen derselben immobilisiert werden kann und nicht die Bindung an andere faserige Strukturen behindert. Es wäre ebenfalls wünschenswert, eine faserige Struktur herzustellen, die teilchenförmiges Material enthält, das im wesentlichen nicht dem Abrieb oder der Entfernung des teilchenförmigen Materials durch Abrieb unterliegt. Derartige offene, faserige Strukturen könnten für Filter und zum Laminieren zu Textilerzeugnissen für die Herstellung von Kleidungsstücken oder an andere faserige Strukturen brauchbar sein, die nicht auf einfache Weise delaminieren wie bisherige Kleidungsstücke oder andere Strukturen.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die hierin beanspruchte Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer faserigen, adsorptive Teilchen (30) umfassenden Struktur, wobei das Verfahren das Bilden einer faserigen Stoffbahn (24) in der Trockne umfaßt, die thermoplastische Regenerat-Fasern (22) umfaßt und eine obere und eine untere Oberfläche (26, 28) aufweist, gekennzeichnet durch die Stufen:
a) des anschließenden Verteilens und Einfangens adsorptiver Teilchen (30) einer ausreichenden Größe und eines ausreichenden Gewichts in innen lokalisierten Hohlräumen der offenen, faserigen Stoffbahn (24), wobei die Fasern (22) eine Fadenfeinheit pro Filament von 111 bis 16,7 dtex (1 bis 15 Denier pro Filament) haben, gekräuselte Stapel-Compositfasern sind und eine strukturelle Komponente (64) und eine relativ niedriger schmelzende Komponente (62) umfassen, und
b) der anschließenden Anwendung von Wärme, vorzugsweise Infrarotwärme, vor jeglicher Anwendung von Druck, auf die faserige Stoffbahn, um die eingefangenen Teilchen (30) mit den Composit-Fasern (22) in der Schmelze zu verbinden und die Composit-Fasern (22) an den Überkreuzungspunkten thermisch zu verbinden.
Die Regeneratfasern können thermoplastische Regeneratfasern umfasssen, die thermisch gebunden werden können, um das teilchenförmige Material in der Stoffbahn-Struktur einzuschließen und an welche das teilchenförmige Material geschmolzen werden kann. Die thermisch gebundene Stoffbahn-Struktur begrenzt im wesentlichen die Wanderung des teilchenförigen Materials in der Struktur oder den Abriebverlust von Teilchen aus der Struktur. Thermoplastische Verbundfasern, in denen eine Komponente einen relativ niedrigeren Schmelzpunkt hat, und die andere Komponente einen realtiv höheren Schmelzpunkt aufweist, können angewendet werden. Die Fasern werden an den Überkreuzungspunkten thermisch gebunden. Die höher schmelzende Komponente verleiht der faserigen Struktur Festigkeit, während das teilchenförmige Material an die niedriger schmelzende Verbindung der Verbundfaser geschmolzen werden kann.
In einer speziellen Ausführungsform umfaßt die hergestellte faserige Struktur Hülle-Kern-Verbundfasern, in welchen die Hülle ein niedriger schmelzendes Nylon und der Kern ein höher schmelzender Polyester ist. Aktivkohle-Teilchen werden in der thermisch gebundenen faserigen Struktur eingebettet, ohne sich wesentlich in die Oberflächen der Struktur zu erstrecken und werden an die Nylonhüllen-Komponente der Hülle-Kern-Verbundfaser geschmolzen. Die Nylon-Hülle bindet die einzelnen Fasern an den Überkreuzungspunkten.
In einer alternativen, speziellen Ausführungsform ist die hergestellte faserige Vliesstoff-Struktur eine Kernstruktur und kann eine oder mehrere Textilerzeugnis-Schichten daran laminiert enthalten. Diese Textilerzeugnis-Schichten können Vliesstoffe, gewebte Textilerzeugnisse oder gewirkte Textilerzeugnisse sein. Der Kern kann auf einer oder auf beiden Seiten teilweise verdichtete Vliesstoffbahnen aus Verbundfasern enthalten, die an den Kern durch Anwendung von Wärme, Druck oder deren Kombination gebunden werden. Diese faserige Struktur ist auch zum Laminieren mit verschiedenen Textilerzeugnis-Komponenten geeignet oder kann als Filter verwendet werden.
In einer noch spezielleren Ausführungsform wird die offene, teilchenförmiges Material enthaltende Stoffbahn auf einer teilweise gebundenen Stoffbahn vor der Dispersion von teilchenförmigem Material in die offene Stoffbahn in der Trockne geformt. Danach wird Wärme angewendet, um das aus Teilchen bestehende Material an die Fasern der offenen Stoffbahn zu schmelzen, um die Stoffbahn thermisch zu binden und die teilweise gebundene Stoffbahn an die offene Stoffbahn zu binden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 stellt eine faserige Struktur dar, die eine offene Stoffbahn aus thermoplastischen Regeneratfasern umfaßt, die darin immobilisiertes, teilchenförmiges Material gemäß der Erfindung aufweist.
Figur 2 stellt die faserige Struktur der Figur 1 dar, die eine daran gebundene, teilweise verdichtete Stoffbahn aus Regeneratfasern aufweist.
Figur 3 stellt die faserige Struktur der Figur 2 dar, an die, gegenüberliegend zur teilweise verdichteten Stoffbahn, eine zusätzliche offene Stoffbahn aus thermoplastischen Regenerat- Verbundf asern mit teilchenförmigem, darin immobilisiertem Material und eine teilweise verdichtete Stoffbahn aus Regeneratfasern gebunden ist.
Figur 4 stellt einen Querschnitt durch eine thermoplastische Regenerat-Verbundfaser dar, wie sie zur Bildung der faserigen Struktur der Erfindung verwendet wird.
Figur 5 stellt ein Teilchen, das in einem Teil einer faserigen Struktur eingebettet ist, und die Schmelzbindung des Teilchens an die einzelnen Fasern dar.
Figur 6 stellt das thermische Binden der faserigen Struktur der vorliegenden Erfindung dar, in die teilchenförmiges Material eingebettet ist.
Figur 7 stellt eine spezielle Ausführungsform zur Herstellung der faserigen Struktur der Figur 1 dar.
Figur 8 stellt eine spezielle Ausführungsform zur Herstellung der faserigen Struktur der Figur 2 dar.
Figur 9 stellt eine spezielle Ausführungsform zur Herstellung der faserigen Struktur der Figur 3 dar.
Entsprechende Bezugszeichen zeigen entsprechende Komponenten in allen unterschiedlichen Ansichten der Zeichnungen an.

Ausfürliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Die Figur 1 zeigt in 20 eine stark vergrößerte Darstellung einer Schnittansicht durch die offene, faserige Struktur, die gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurde. Die faserige Struktur umfaßt eine Mehrzahl von einzelnen, thermoplastischen Regenerat-Verbundfasern 22, deren Struktur und Zusammensetzung nachstehend ausführlicher diskutiert werden, die eine offene Stoffbahn 24 bilden und eine obere Oberfläche 26 und eine untere Oberfläche 28 für die Stoffbahn definieren.
Als 30 dargestelltes, teilchenförmiges Material wird durch die Stoffbahn verteilt dargestellt, ohne sich wesentlich in die oberen und die unteren Oberflächen der Stoffbahn zu erstrekken. Die Stoffbahn 24 ist in ausreichendem Maße offen, so daß Teilchen 30 in der Stoffbahn zwischen den Oberflächen 26 und 28 verteilt sind. Die Stoffbahn 24 wird an den Überkreuzungspunkten der einzelnen Fasern 22 thermisch gebunden, wobei die Teilchen derartig eingebettet werden, daß ihre Wanderung aus der Stoffbahn im wesentlichen ausgeschlossen wird (wie es stark vergrößert in Figur 6 dargestellt ist). Die Teilchen 30 werden an die einzelnen Fasern geschmolzen, um die Teilchen zu sichern, ohne dabei die spezifische Oberfläche des Teilchens, das für die Adsorption zur Verfügung steht, zu beeinträchtigen (wie es auch stark vergrößert in der Figur 5 dargestellt ist).
Die offene, faserige Struktur, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, wie in der Figur 1 gezeigt wird, kann in Filtermedien verwendet werden. Wie beschrieben wurde, ist eine der wichtigsten Funktionen der vorliegenden Erfindung die Immobilisierung des funktionellen Teilchenmaterials, d.h. des Kohlenstoffs, in der Struktur. Es kann nicht nur eine Immobilisierung des funktionellen Teilchenmaterials, sondern auch eine Filtration teilchenförmigen Materials erreicht werden, indem man die erhaltene, faserige Struktur in einem Filtermedium verwendet. Insbesondere wurde gefunden, daß Medien, die die erhaltene, faserige Struktur enthalten, welche 10-50 Gew.-% der Faser und 50-90 Gew.-% des teilchenförmigen Materials aufweist, sowohl für die Adsorption als auch die Filtration von teilchenförmigem Material geeignet ist. Vorzugsweise enthält das Medium 20-30 Gew.-% Fasern und 70-80 Gew.-% teilchenförmiges Material. Ein derartiges Filtermedium weist eine Adsorptionswirksamkeit und eine Wirksamkeit zum Entfernen von teilchenförmigem Material auf, die mit normalen Medien zur Teilchenfiltration vergleichbar sind.
Die Figur 2 zeigt in 32 eine stark vergrößerte Darstellung einer Schnittänsicht der faserigen Struktur der Figur 1, die an eine teilweise verdichtete Stoffbahn 34 an der Genzfläche 36 der Oberflächen der Stoffbahnen gebunden ist. Die frühere Oberfläche 28 der Stoffbahn 24 ist nun an die Stoffbahn 34 gebunden. Eine teilweise verdichete Stoffbahn 34 definiert eine untere Oberfläche 38, die der Grenzfläche 36 gegenüberliegt. Die teilweise verdichtete Stoffbahn umfaßt thermoplastische Regenerat-Verbundfasern 40, die gleich den Regeneratfasern 22 sein können oder von denselben verschieden sein können, wie nachstehend weiter erklärt wird. Da die Stoffbahn 34 teilweise verdichtet ist, ist sie jetzt eingeebnet und weist Fasern auf, die über ihre Oberfläche hinausragen, so daß sich die Fasern 22 und 40 bis zu einem Grad vermischen, so daß beim Verbinden durch Anwendung von Wärme oder Druck oder beiden, die Stoffbahnen 24 und 34 eine einheitliche Struktur 32 bilden, die im wesentlichen eine Delaminierung an der Grenzfläche 36 ausschließt.
Die Figur 3 zeigt in 42 eine stark vergrößerte Darstellung einer Schnittansicht der faserigen Struktur der Figur 2, an die an der Grenzfläche 44 eine offene, faserige Stoffbahn 46, die teilchenförmiges Material 48 enthält, gebunden ist. Das faserige Gewebe 46 umfaßt thermoplastische Regenerat-Verbundfasern 50, die den Fasern 22 der Stoffbahn 24 gleich oder von denselben verschieden sein können. Teilchenförmiges Material 48 wird in der Stoffbahn 46 eingebettet und an die einzelnen Fasern 50 auf die gleiche Weise geschmolzen wie bei der Stoffbahn 24. Das teilchenförmige 48 Material kann dem Material 30 der Stoffbahn 24 gleich oder von demselben verschieden sein. In bezug auf die Figur 3 wird ebenfalls eine teilweise verdichtete Stoffbahn 52 an eine Stoffbahn 46 an der Grenzfläche 54 gebunden, die der Grenzfläche 44 gegenüberliegt Die teilweise verdichtete Stoffbahn 52 definiert eine obere Oberfläche 56, die der Grenzfläche 54 gegenüberliegt. Die teilweise verdichtete Stoffbahn umfaßt thermoplastische Regenerat-Verbundfasern 58, die den Regeneratfasern 50, 40 oder 22 gleich oder von denselben verschieden sein können, wie nachstehend weiter erklärt wird. Da die Oberfläche der Stoffbahn 52 teilweise verdichtet ist, ist sie nicht eingeebnet und weist Fasern auf, die über die Oberfläche hinausragen, so daß die Fasern 50 und 58 vermischt werden. Ebenso sind die Fasern 22 und 50 an der Grenzfläche 44 und die Fasern 40 und 22 an der Grenzfläche 36 vermischt. Beim Verbinden der Struktur 42 durch Anwendung von Wärme oder Druck oder beiden, bilden die Stoffbahnen 34, 24, 46 und 52 eine einheitliche Struktur 42, die im wesentlichen eine Delaminierung an den Grenzflächen 36, 44 und 54 ausschließt.
Wenn man sich nun für eine ausführlichere Diskussion der thermoplastischen Regenerat-Verbundfasern, die in den Figuren 1 bis 3 dargestellt sind, der Figur 4 zuwendet, so ist dieselbe eine Darstellung eines Querschnitts durch eine thermoplastische Regenerat-Verbundfaser 60. Die Faser 60 ist beispielhaft für die vielen Typen von Regenerat-Verbundfasern, die in den Stoffbahnen 52, 46, 24 und 34 der Figuren 1, 2 und 3 verwendet werden können, und kann die Fasern 22, 40, 50 und 58 umfassen. Die Regenerat-Verbundfaser 60 wird als eine konzentrische Hülle-Kern-Faser dargestellt, in der die Hülle und der Kern jeweils etwa 50% der Querschnittsfläche der Faser umfassen. Die Faser hat eine niedriger schmelzende Hülle 62 und einen höher schmelzenden Kern 64. Die Hülle sollte einen Schmelzpunkt haben, der wenigstens etwa 20 ºC unter dem Schmelzpunkt des Kerns liegt und sollte etwa die Hälfte des Querschnitts der Faser ausmachen, um eine starke thermische Bindung der faserigen Struktur und des teilchenförmigen Materials an die einzelnen Fasern zu ergeben, ohne die Integrität des Kerns zu beeinträchtigen. Der Kern verleiht der offenen faserigen Struktur Festigkeit und Integrität. Es wird angenommen, daß ein Flächenbereich der Faser, der von der Hülle eingenommen wird, 40% bis 60% beträgt. Zum Beispiel kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Hülle ein Nylon umfassen, das einen Schmelzpunkt von 175 ºC bis 185 ºC hat. Der Kern kann einen Polyester umfassen, der einen Schmelzpunkt von 240 ºC bis 256 ºC hat.
Konzentrische Hülle-Kern-Fasern sind ein Beispiel der thermoplastischen Regenerat-Verbundfasern, die in der Praxis der hierin beanspruchten Erfindung verwendet werden können. Geeignete Fasern schließen auch exzentrische Hülle-Kern-Fasern ein, in denen das Zentrum des Kerns nicht mit dem Zentrum der Faser zusammenfällt, und Seite-an-Seite-Fasern, in denen zwei Komponenten, eine höher schmelzende und eine niedriger schmelzende, gleichzeitig durch eine einzelne Öffnung extrudiert werden, um eine Faser mit zwei Hälften zu bilden. Verbundfasern dieses Typs werden auch Zweikomponenten-Fasern oder heterophile Fasern genannt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, umfassen alle faserigen Strukturen der Erfindung thermoplastische Regenerat-Verbundfasern, die eine niedriger schmelzende Komponente für das thermische Binden der Struktur und zum Schmelzen der Teilchen an die einzelnen Fasern aufweisen. Der Fachmann wird erkennen, daß es eine große Vielfalt von Verbundfasern gibt, die eine höher schmelzende Komponente und eine niedriger schmelzende Komponente aufweisen, die für die Praxis der Erfindung geeignet sind, und daß eine Nylon-Hüllen- und eine Polyester- Kern-Faser jeweils nur eine aus der großen Menge an erhältlichen Fasern ist.
Die Verbundfasern sind vorteilhafterweise gekräuselte Stapelfasern. Die Verbundfasern sollten in einer Menge vorliegen, die ausreichend ist, um eine geeignete Bindung an die einzelnen Teilchen zu gewährleisten und eine Struktur zu bilden, die thermisch gebunden werden kann, um die Teilchen einzubetten. Zusätzlich dazu können die Stoffbahnen zusammen mit den Regenerat-Verbundfasern Regenerat-Nichtverbundfasern, Filamente oder Stapelfasern oder andere Substanzen wie Celluloseacetat-Fibrillen einschließen. Die faserige Struktur der Erfindung kann 10 Gew.-% bis 80 Gew.-% Nicht-Verbundfasern umfassen.
Die Verbundfasern, die für die Praxis der vorliegenden Erfindung in Erwägung gezogen werden, umfassen Strukturfasern mit 1,1 bis 16,7 dTex pro Filament (1 bis 15 Denier pro Filament), um eine ausreichende Struktur zum Einbetten von teilchenförmigem Material und zum Binden an dieselben bereitzustellen. Eine Textilerzeugnis-Struktur, die derartige Strukturfasern einschließt, kann auch Mikrodenier-Fasern mit 0,11 bis 1,1 dTex pro Filament (0,1 bis 1 Denier pro Filament) einschließen, um einem Bekleidungsstück Weichheit und Komfort zu verleihen. Diese Mikrodenier-Fasern können Verbund- oder Nichtverbund- Regeneratfasern oder eine Mischung derselben sein. Faser- Strukturen, die als Filter verwendet werden sollen, sollten zusätzlich zu den Strukturfasern mit 1,1 bis 16,7 dTex pro Filament (1 bis 15 Denier pro Filament) Strukturfasern mit 6,7 bis 11 000 dTex pro Filament (6 bis 10 000 Denier pro Filament) einschließen, um eine Steifigkeit zu gewährleisten, insbesondere wenn ein großes Teilchen verwendet wird. Strukturfasern mit 6,7 bis 11 000 dTex pro Filament (6 bis 10 000 Denier pro Filament) zum Stützen von relativ großem teilchenförmigem Material können aus Verbundfasern, Nicht-Verbundfasern und deren Mischungen ausgewählt werden. Diese für Filter verwendeten Faserstrukturen können zu Dicken von 1,3 bis 5,1 cm (1/2 bis 2 inch) oder mehr aufgebaut werden.
Wenn wir uns nun der Diskussion des Einbettens des teilchenförmigen Materials in der faserigen Struktur und des Schmelzens des teilchenförmigen Materials an die einzelnen Fasern zuwenden, so stellt Figur 5 ein einzelnes Teilchen dar, das in einer Mehrzahl von Fasern 60 eingebettet ist. Die Fasern 60 werden an das Teilchen 30 an verschiedenen Punkten 66 geschmolzen. Das Schmelzen des Teilchens an die Faser ist dahingehend lokalisiert, daß die niedrig schmelzende Komponente einer Verbundfaser keinen Film über dem Teilchen bildet oder auf andere Weise die spezifische Oberfläche des Teilchens reduziert, das für den Kontakt mit einem Flüssigkeits- oder Gasstrom, der sich durch die faserige Struktur bewegt, zur Verfügung steht.
Das teilchenförmige Material 30 kann aus einer großen Vielfalt von Substanzen ausgewählt werden, die über eine gewisse Funktion verfügen, die wünschenswerterweise in die faserige Struktur eingebaut wird. Eine der gebräuchlichsten ist Aktivkohle- Adsorbens. Aktivkohle-Körnchen können an die einzelnen Fasern der faserigen Struktur der Erfindung geschmolzen werden, indem man die Teilchen über den Schmelzpunkt der niedrig schmelzenden Komponente der thermoplastischen Verbundfaser erwärmt, nachdem die Teilchen darin dispergiert worden sind. Aktivkohlekörnchen und andere anorganische Oxide und Hydrate haben wesentlich niedrigere spezifische Wärmen als Polymere und erwärmen sich somit schneller und ergeben eine lokalisierte Fließfähigkeit der niedrig schmelzenden Polymer-Komponente. Es wird ein "Schweißpunkt" mit einer dünnen, gesteuerten Haftmittelschicht, bereitgestellt durch das niedrig schmelzende Polymer, erzeugt, der den Verlust von spezifischer Oberfläche des Teilchens minimiert.
Andere Typen des teilchenförmigen Materials umfassen Siliciumdioxid, Zeolith, Molekularsieb, Ton, Aluminiumoxid, Ionenaustauschharz, organischen Metallkatalysator, Metalloxid, Biozid, Fungizid und Viruzid. Zum Beispiel kann ein teilchenförmiges Fungizid in eine Filterstruktur eingebaut werden, wie für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, um Schimmel und Schimmelgerüche aus der zirkulierenden Luft zu entfernen. Biozide und Viruzide können in chemische Schutztextilien zum Schutz gegen biologische Kampfstoffe eingebaut werden. Die Teilchengrößen können von einer geringen Größe von 1 µm für Biozide und Fungizide für Kleidungsstücke und einige Filter bis zu 3 bis 5 mm für andere Filter reichen und variieren in der Form von kugelförmigen Perlen bis zu Zylindern einer Länge von bis zu 6 mm. Typischerweise weisen Aktivkohle-Kügelchen eine Größe von etwa 400 µm auf. Die obige Aufzählung soll charaktenstisch sein für die große Vielfalt von erhältlichen, funktionellen, teilchenförmigen Materialien und nicht eine Beschränkung der Substanzen darstellen, die zur Verwendung in der Praxis der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
Wenn wir uns nun einer Diskussion über die thermisch gebundene, faserige Struktur der Erfindung zum Einbetten des teilchenförmigen Materials in der Struktur der Stoffbahn zuwenden, so stellt die Figur 6 die thermisch gebundene Stoffbahn der vorliegenden Erfindung dar, und sie zeigt in stark vergrößerter Form einen Teil der Regenerat-Verbundfaser 60, welche an den Überkreuzungspunkten 68 gebunden wird. Diese durch die Verbundfasern bereitgestellten Bindungen 68 sind im allgemeinen stärker als die Verbundfasern selbst. Wie aus der Figur 6 ersichtlich ist, bildet die thermisch gebundene Stoffbahn eine käfigartige Struktur, in welche teilchenförmiges Material eingebettet und im wesentlichen am Wandern in der Stoffbahn gehindert werden kann. Das teilchenförmige Material wird in der Struktur der Stoffbahn dispergiert&sub1; und anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung, um die Stoffbahn thermisch zu binden.
Wenn wir uns nun einer Diskussion über die verschiedenen Verfahren, durch welche die faserigen Strukturen der Erfindung hergestellt werden können, zuwenden, so stellt die Figur 7 in stark schematisierter Form die Bildung einer faserigen Struktur 20 - wie in Figur 1 dargestellt - aus einer Einzelstoffbahn von Fasern 24 dar, die darin teilchenförmiges Material 30 dispergiert enthält. Insbesondere kardiert eine Kardierungsmaschine 70 thermoplastische Verbundstapelfasern 22, wie die in Figur 4 gezeigte Faser 60, die eine niedriger schmelzende Nylon-Hülle und einen höher schmelzenden Polyester-Kern aufweist, und bildet eine Stoffbahn 24 auf einem sich endlos bewegenden Band 72. Zum Kardieren werden die Fasern typischerweise gekräuselt. Das teilchenförmige Material 30, wie Aktivkohlekörnchen, wird von einer Schüttelvorrichtung 74 aus, die der Kardierungsmaschine benachbart ist, aufgetragen. Die Stoffbahn wird bis zu einem gewissen Grad geöffnet, und die Körnchen weisen eine ausreichende Größe und ein ausreichendes Gewicht auf, um eher im Inneren der Stoffbahn eingebettet zu werden, als auf der Oberseite der Stoffbahn zu verbleiben. Wärme, vorzugsweise Infrarot-Wärme, kann von einer Heizquelle 76 aufgebracht werden, um die Hülle zu schmelzen und ein Anhaften der Kohleteilchen an der Stoffbahn und eine Immobilisierung derselben in der Stoffbahn zu verursachen. Die Wärme von der Heizquelle 76 dient auch zum thermischen Binden der Faserstruktur, um die Teilchen in der Stoffbahn einzubetten, wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt wird. Falls es erwünscht ist, kann die faserige Struktur 24 durch Aufbringen von Druck weiterhin gebunden werden, indem man die Struktur 24 durch einen Kalanderspalt (nicht gezeigt) hindurchlaufen läßt.
Teilchenförmiges Material kann von einem oder mehreren Streubeschichtern, Rasterwalzen oder Sieb-Fördersystemen aufgebracht werden. Es kann eine geneigte Rampe verwendet werden, um die Teilchen zu zerstreuen und die Teilchen im Netz der Stoffbahn einzufangen. Die Teilchenkonzentration kann durch Einstellung des Rampenwinkels gesteuert werden. Das teilchenförmige Material kann erwärmt oder kalt sein. Das teilchenförmige Material kann einer oder mehreren Schichten zugegeben werden, um die Gleichmäßigkeit zu verbessern, die Bett-Tiefe zu erhöhen oder zwei Schichten teilchenförmigen Materials bereitzustellen, die jeweils eine unterschiedliche Funktion durchführen. Die Verteilung des teilchenförmigen Materials in der Stoffbahn hängt zu einem gewissen Maße von dem Titer der verwendeten Fasern und der Größe und Dichte des ausgewählten, teilchenförmigen Materials ab.
Die Figur 8 zeigt in stark schematisierter Form die Bildung einer Textilerzeugnisstruktur 32, wie sie in der Figur 2 gezeigt wird. Die Kardierungsmaschine 78 bildet eine offene Stoffbahn 34 aus thermoplastischen Verbundfasern 40, wie Hülle-Kern-Stapelfasern 60, die auf einem sich endlos bewegenden Band 72 abgeschieden werden. Die Stoffbahn 34 wird unter leichtem Druck mit einer Kalanderwalze 80 in Kontakt gebracht, um die Stoffbahn 34 teilweise zu verdichten Die Stoffbahn 34 sollte nur bis zu dem Maße verdichtet werden, daß noch zahlreiche Einzelfasern verbleiben, die aus den Oberflächen derselben herausragen, um sich mit den Fasern der Stoffbahn 24 zu vermischen.
Eine andere Kardierungsmaschine 70 scheidet eine offene Stoffbahn 24 aus thermoplastischen Verbundfasern 22 auf einer teilweise verdichteten Stoffbahn 34 ab. Die Fasern 22 können den Fasern 40 in der teilweise verdichteten Stoffbahn gleich oder von denselben verschieden sein, und die Fasern der zwei Stoffbahnen vermischen sich im wesentlichen an der Grenzfläche 36 der Stoffbahnen. Die Fasern 22 können, wie in Figur 4 gezeigt wird, Hülle-Kern-Stapel sein. Teilchenformiges Material wird auf die gleiche Weise, wie in Figur 7 gezeigt wird, aufgetragen. Wärme, vorzugsweise Infrarot-Wärme, wird, wie in Figur 7 gezeigt wird, aufgebracht. Die angewendete Wärme bindet ebenfalls die vermischten Fasern 40 der teilweise gebundenen Stoffbahn 34 an die Fasern 22 der offenen Stoffbahn 24, so daß die Stoffbahnen eine einheitliche Struktur 32 bilden und eine Delaminierung an der Grenzfläche der zwei Stoffbahnen im wesentlichen ausgeschlossen ist. Falls es erwünscht ist, kann die faserige Struktur 32 durch Anwendung von Druck weiterhin gebunden werden, indem man die Struktur durch einen Kalanderspalt (nicht gezeigt) durchlaufen läßt.
Die Figur 9 stellt in stark schematisierter Form die Herstellung einer faserigen Struktur 42, ähnlich der in Figur 3 erläuterten, dar. Die Bildung der Stoffbahnen 34 und die Abscheidung der Stoffbahn 24 auf derselben mit teilchenförmigem Material ist die gleiche wie in der Figur 8. Vor dem thermischen Binden der Struktur legt jedoch eine andere Kardierungsmaschine 82 eine kardierte Stoffbahn aus Verbundfasern 46 auf der offenen Stoffbahn 24 ab. Die Stoffbahn 46 kann die gleichen Fasern wie die Stoffbahnen 24 oder 34 oder von denselben verschiedene umfassen. Zum Beispiel kann die Stoffbahn 46 Hülle-Kern-Fasern 60 umfassen, die eine niedriger schmelzenden Nylon-Hülle und einen höher schmelzenden Polyester-Kern als die in Figur 4 dargestellten aufweisen.
Teilchenförmiges Material 48 wird in der Stoffbahn 46 mittels einer Schüttelvorrichtung 84 verteilt. Falls es erwünscht ist, kann das teilchenförmige Material 48 das gleiche sein wie das teilchenförmige Material 30 der Stoffbahn 24, um mehr spezifische Oberfläche des teilchenförmigen Materials und eine größere Tiefe des teilchenförmigen Materials in der Struktur bereitzustellen. In der Praxis der Erfindung wird ebenfalls in Betracht gezogen, daß unterschiedliches teilchenförmiges Material in die Stoffbahnen eingebaut werden kann, um eine multifunktionelle, faserige Struktur bereitzustellen. Zum Beispiel kann teil chenförmiges Material 30 Aktivkohlekörnchen für die selektive Adsorption von Gasen umfassen. Das teilchenförmige Material 48 kann ein Biozid umfassen. Zusammengenommen stellen diese Komponenten in der Struktur 42 ein Schutztextilmaterial bereit, das für die Verwendung zum Schutz von militärischem Personal vor Giftgas und bakteriologischen Kampfmitteln geeignet sein kann.
Wie auch in der Figur 9 gezeigt wird, kann eine vierte Schicht 52 auf der Struktur 42 aufgebracht werden. Es wird gezeigt, wie die Schicht 52 von einer Walze 86 auf die Oberfläche der Stoffbahn 46 aufgebracht wird. Die Schicht 52 kann eine teilweise verdichtete Faser-Stoffbahn oder ein Textilerzeugnis aus thermoplastischen Regenerat-Verbundfasern umfassen. Es sollte bemerkt werden, daß das Aufwickeln einer teilweise verdichteten Stoffbahn auf eine Spule eine weitere Verdichtung der Stoffbahn zur Folge hat. Auf die Gesamtstruktur 42 wird Wärme, insbesondere Infrarotwärme, durch eine Heizquelle 88 einwirken gelassen, um die Schicht 52 an die Struktur zu binden. Schließlich kann, falls es erwünscht ist, die Gesamtstruktur 42 durch einen Kalanderspalt 90 geführt werden, um die Struktur noch stärker zu binden.
Die Stoffbahn für die erfindungsgemäße Textilerzeugnis-Struktur wird unter Verwendung von Kardierungsmaschinen - wie vorstehend gezeigt wurde -, oder Luftblasen von Stapelfasern, oder Spinnbonden von Endlosfilamenten in der Trockne geformt. In jedem der vorstehend erwähnten Verfahren kann eine Unterschicht oder eine Oberschicht aus einer kardierten Stoffbahn, einer vorgeformten Faser-Stoffbahn, einem Textilerzeugnis oder einer Membran aufgetragen werden.
Ungeachtet der obigen Beschreibung wird auch beschrieben, daß die faserige Struktur - wie beschrieben - in der Technologie adsoptiver Medien verwendet werden kann. Falls es verwendet wird, kann das Medium verschiedenartige Formen annehmen, die eine gefaltete Form, Rohrform, Taschenform (wie in Taschenfiltern), Deckenform, Walzenform, Beutelform zum Bedecken von Wandbelägen und in Rohrleitungen und Rohrleitungsauskleidungen, und die Rohrleitungsform selbst einschließen. Das Medium kann allein oder in Kombination mit anderen Textilerzeugnissen, Filtermedien, Folien, Kunststoffen und Membranen verwendet werden. Für die faserige Struktur bestehen zahlreiche Endanwendungen in der Technologie der Filtermedien. Derartige Anwendungen umfassen Passagier-Innenräume, und zwar eine Verwendung in Kabinenluftfiltern, die für Züge, Untergrundbahnen, Busse, Flugzeuge, Bauf ahrzeuge, landwirtschaftliche Fahrzeuge, Unterseeboote, Mülldeponie-Gerätschaften und die Müll/Schutz-Kontrolle geeignet sind. Andere Verwendungen bestehen für Erwärmungs-, Ventilations- und Klimatisierungs- Anwendungen in häuslichen Luftreinigern, für saubere Räume, die Pharma-Verarbeitung, die Nahrungsmittel -Verarbeitung, für Warteräume für Raucher und für Leichenhallen. Das Medium kann auch in Gerätschaften verwendet werden, wie Büroausrüstung, Schatullenauskleidungen, Bandagen und Schutzumhüllungen. Zahlreiche militärische, zivile Verteidigungs- und polizeiliche Anwendungen bestehen für chemische und unterirdische Bunker. Umweltanwendungen umfassen die Problemlösung der Emissionssteuerung, der Reinigung von chemischem Abfall, von wiederaufgearbeiteten Lösungsmitteln, der Verbrennung, von Abwasseranlagen und von Sterilisationsgerätschaften. Das Medium kann auch bei der Flüssigkeitsfiltration, wie bei hochreinem Wasser, und der Farbstoff- und Nebenprodukt-Entfernung bei derartigen Arbeitsweisen, wie der Herstellung von Whisky und Weinessig, verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer faserigen, adsorptive Teilchen (30) umfassenden Struktur, wobei das Verfahren das Bilden einer faserigen Stoffbahn (24) in der Trockne umfaßt, die thermoplastische Regenerat-Fasern (22) umfaßt und eine obere und eine untere Oberfläche (26, 28) aufweist, gekennzeichnet durch die Stufen:

a) des anschließenden Verteilens und Einfangens adsorptiver Teilchen (30) einer ausreichenden Größe und eines ausreichenden Gewichts in innen lokalisierten Hohlräumen der offenen, faserigen Stoffbahn (24), wobei die Fasern (22) eine Fadenfeinheit pro Filament von 1,1 bis 16,7 dtex (1 bis 15 Denier pro Filament) haben, gekräuselte Stapel-Compositfasern sind und eine strukturelle Komponente (64) und eine relativ niedriger schmelzende Komponente (62) umfassen, und

b) der anschließenden Anwendung von Wärme, vorzugsweise Infrarotwärme, vor jeglicher Anwendung von Druck, auf die faserige Stoffbahn, um die eingefangenen Teilchen (30) mit den Composit-Fasern (22) in der Schmelze zu verbinden, und die Composit-Fasern (22) an den Überkreuzungspunkten thermisch zu verbinden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die offene, faserige Stoffbahn (24) auf einer teilweise gebundenen, faserigen Stoffbahn (34) aus Composit-Regeneratfasern (40) in der Trockne gebildet wird, und eine Oberfläche (28) der faserigen Stoffbahn (24) mit der teilweise gebundenen Stoffbahn (34) durch die Stufe der Anwendung von Wärme verbunden wird.

3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es vor der Stufe der Anwendung von Wärme weiterhin das Bilden einer zweiten faserigen, Composit- Fasern umfassenden Stoffbahn (46) in der Trockne auf einer Oberfläche (20) der faserigen Stoffbahn (24) umfaßt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es vor der Stufe der Anwendung von Wärme weiterhin das Dispergieren eines funktionellen teilchenförmigen Materials (48) in der zweiten faserigen Stoffbahn (46) umfaßt.

5. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es nach der Erwärmungsstufe weiterhin das Aufbringen einer faserigen Schicht (52) von einer Walze (86) auf die zweite faserige Stoffbahn (46) umfaßt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es danach weiterhin das Durchführen einer zusätzlichen Stufe der Anwendung von Wärme, vorzugsweise Infrarotwärme, umfaßt, um die faserige Schicht (52) mit der zweiten faserigen Stoffbahn (46) zu verbinden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilden in der Trockne Kardieren, Spinnbonden oder Vliesblasen, vorzugsweise Kardieren ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin das Verbinden eines Textilerzeugnisses, das aus der aus gewebten Textilerzeugnissen, gewirkten Textilerzeugnissen und Vliesstoffen bestehenden Gruppe ausgewählt ist, mit der faserigen Stoffbahn (24) umfaßt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das funktionelle teilchenförmige Material (48) eine andere funktionelle Aktivität als die Teilchen (30) hat oder adsorptiv ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die adsorptiven Teilchen Aktivkohleteilchen sind.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die adsorptiven Teilchen (30) eine geringere spezifische Wärme als die niedrig schmelzende Faser-Komponente haben, und in der Stufe der Anwendung von Wärme Infrarot-Wärme verwendet wird.