DE69319306T2 - Feste, unterbrochene Polyethylenfasern - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrififfeste, als Nichtendlosfasern gesponnene Polyethylenfasern, insbesondere feste Nichtendlos-Plexifilamentfilm-Fibrillenstränge, die direkt aus faserbildendem Polyethylen gebildet sind. Solche als Nichtendlosfasern gesponnene Fasern können in einem Flash-Spinnverfahren gebildet werden.
• Wie hierin verwendet, bedeutet "nichtendlos", daß die Stränge eine Länge von nicht mehr als 100 mm aufweisen.
• Wie hierin verwendet, bedeutet "Plexifilamentfilm-Fibrillenstränge aus Polyethylen", daß Stränge, die als dreidimensionales einstückiges Netzwerk aus einer Vielzahl dünner, bandartiger, filmartiger Elemente mit statistischer Länge und mit einer Dicke im Bereich von etwa 1 bis 20 um und einer durchschnittlichen Dicke von weniger als etwa 10 um charakterisiert sind, im allgemeinen koextensiv mit der Längsachse des Stranges ausgerichtet sind. Die Filmfibrillenelemente vereinigen und trennen sich intermittierend in unregelmäßigen Intervallen an verschiedenen Stellen entlang der Länge, Breite und Dicke des Stranges, um das dreidimensionale Netzwerk zu bilden. Derartige Stränge sind bekannt und werden detaillierter von Blades und White, US-A-3.081.519 beschrieben.
• Blades und White beschreiben ein Flash-Spinnverfahren zur Herstellung von Endlos- Plexifilamentfilm-Fibrillensträngen aus faserbildenden Polymeren. Eine Lösung von Polymer in einer Flüssigkeit, die bei oder unter ihrem normalen Siedepunkt ein Nichtlösungsmittel für das Polymer ist, wird bei einer Temperatur oberhalb des normalen Siedepunkts der Flüssigkeit und bei autogenem oder höherem Druck durch eine Spinndüse in ein Medium mit niedrigerer Temperatur und wesentlich niedrigerem Druck extrudiert. Dieses Flash-Spinnen bewirkt, daß die Flüssigkeit verdampft und ein Plexifilamentfilm-Fibrillen-Endlosstrang gebildet wird. Kommerzielle Spinnerei-Erzeugnisse wurden aus Polyethylen-Plexifilamentfilm-Fibrillensträngen hergestellt, die durch Flash- Spinnen unter Verwendung von Trichlorfluormethan als Lösungsmittel erhalten worden waren, dieser halogenierte Kohlenwasserstoff wurde jedoch mit dem Ozonloch in Zusammenhang gebracht.
• Es ist bekannt, daß die Spinndüse und der Tunnel, die beim Flash-Spinnen einer Polymerlösung verwendet werden, im Hinblick auf die Eigenschaifen flash-gesponnener Endlosfasern, z.B. Zugfestigkeit und Bruchdehnung, wichtig sind. Beispielsweise erörtert die US-A-4.352.650 die Optimierung des Tunnels zur Erhöhung der Faser-Zugfestigkeit flash-gesponnener Endlosfasern, z.B. von 3,7 auf 4,6 cN/dtex (4,2 bis 5,2 g/Den). Im allgemeinen kann die Faser-Zugfestigkeit um nicht weniger als das 1,3- bis 1,7fache erhöht werden, indem am Ausgang zur Spinndüse ein Tunnel verwendet wird. Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung diskreter Fasern bekannt, beispielsweise wie in der gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten, parallelen Patentanmeldung Nr. EP-A-0,597.658 erörtert.
• Die US-A-6.043.108 offenbart das Flash-Spinnen eines Gemisches aus organischem Lösungsmittel, Polyethylen und einem Nichtlösungsmittel oder einer Spinnhilfe, insbesondere Wasser oder einem Alkohol, oder Gemischen davon, bei dem die Wassermenge unterhalb der Sättigungsgrenze von Wasser im organischen Lösungsmittel liegt, um als Endlosfasern gesponnene Fasern herzustellen. Ein Verfahren zur Herstellung einer Polyolefinpulpe, bei dem Stränge gebildet und zerkleinert werden, wird in der US-A- 5.093.060 geoffenbart. Während es jedoch möglich ist, Endlosfilamente unter Anwendung eines Flash-Spinnverfahrens herzustellen und die Endlosfilamente anschließend auf mechanischem Weg zu zerkleinern, um Nichtendlosfilamente zu bilden, hat ein solches mechanisches Zerkleinern die Tendenz, die Enden der zerkleinerten Filamente dadurch zu verschmelzen, selbst wenn das Zerkleinern unter Wasser durchgeführt wird. Verschmolzene Enden machen es schwierig oder unmöglich, das resultierende Fasergewebe zu öffnen und setzen auch die Faserausrichtung und -festigkeit herab. Aus diesen Gründen werden Verfahren bevorzugt, bei denen Nichtendlosfasern hergestellt werden, ohne daß die Verwendung mechanischer Zerkleinerungsmittel erforderlich ist.
• Obwohl eine Vielzahl diskreter Fasern hergestellt wurde, sind weiterhin diskrete Fasern mit verbesserten Eigenschaften erforderlich. Es wurden nun verbesserte als Nichtendlosfasern gesponnene Plexifilamentfilm-Fibrillenstränge, insbesondere feine, feste, ausgerichtete Nichtendlos-Fibrillen, sowie Poylethylenpulpe entdeckt.
• Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung feine, feste, als Nichtendlosfasern gesponnene Fasern bereit, die aus Polyethylen gebildet sind, wobei die Fasern eine Länge von 1 bis 25 mm, einen Faserdurchmesser von weniger als 30 um und eine Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts von mehr als 29,4 N/15 mm (3 kg/15 mm) aufweisen.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Fasern gemäß vorliegender Erfindung ist die Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts größer als 58,8 N/15 mm (6 kg/15 mm).
• Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Polyethylenpulpe breit, die aus als Nichtendlosfasern gesponnenen Fasern besteht, die eine Oberfläche von über 4 m²/g, eine Pulmac-Abweichung von weniger als 3%, eine Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts von zumindest 29,4 N/15 mm (3 kg/15 mm) aufweisen, wobei die Fasern der Pulpe eine Kajaani-Grobfasrigkeit von weniger als 0,30 mg/m aufweisen.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Pulpe gemäß vorliegender Erfindung weist die Pulpe eine Pulmac-Abweichung von weniger als 2% auf.
• In einer weiteren Ausführungsform ist die Faserlänge in der Pulpe geringer als etwa 2 mm, wobei die durchschnittliche Länge im Bereich von 0,80 bis 1,20 mm liegt.
• In einer weiteren Ausführungsform haben die Fasern eine solche Feinheit, daß sie eine Kajaani-Grobfasrigkeit von weniger als 0,20 mg/m aufweisen.
• In wieder einer anderen Ausführungsform hat die Pulpe eine Oberfläche im Bereich von 6 bis 8 m²/g.
• Bei Ausführungsformen der Fasern und der Pulpe hat das Polyethylen einen Schmelzindex von weniger als 15 dg/min, insbesondere weniger als 7 dg/min und insbesondere weniger als 2 dg/min.
• Die Messungen der Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts und der Oberfläche werden nachstehend beschrieben.
• Die Faser in Form von Plexifilamentfilm-Fibrillen liegt in nichtendloser Form vor. Die durchschnittliche Länge der Fasern liegt im Bereich von 1 bis 25 mm. Die Fasern gemäß vorliegender Erfindung weisen eine Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts von mehr als 29,4 N/15 mm (3 kg/15 mm) und insbesondere mehr als 58,8 N/15 mm (6 kg/15 mm) auf.
• Der Durchmesser der Faser ist geringer als 30 um und mehr bevorzugt geringer als 20 um. Die Fasern werden als "gesponnene" Fasern bezeichnet, die "freie" Enden aufweisen, im Gegensatz zu den verschmolzenen Enden, die häufig aus dem mechanischen Zerschneiden von Polyethylenfasern, insbesondere in kommerziellen Raten, resultieren. Die gesponnenen Fasern sind dadurch gekennzeichnet, daß keine geschmolzenen Enden vorliegen. Diese Freiheit der Fasern trägt zu einer verbesserten Verarbeitung der Fasern bei, die üblicherweise einen Schritt des Öffnens der Fasern oder Trennens von Faserbündeln in einzelne Fasern umfaßt.
• Bei den Fasern gemäß vorliegender Erfindung handelt es sich im Vergleich zu den Fasern, die in den obengenannten Verfahren von Blades und White und Samuels hergestellt werden, um kurze Fasern.
• Die Fasern gemäß vorliegender Erfindung können in einem Flash-Spinnverfahren hergestellt werden, für das in der obengenannten parallelen Europapatentanmeldung spezielle Beispiele beschrieben werden. In einer solchen Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens wird Polyolefin in einem organischen Lösungsmittel gelöst. Das Polyolefin kann in Form von Pellets oder Pulver oder in anderen nach dem Stand der Technik bekannten Formen vorliegen, nachdem es zuvor aus Monomeren polymerisiert wurde. Alternativ dazu ist das Polyolefin bereits in einem organischen Lösungsmittel gelöst, z.B. ist es eine Lösung von Polymer in organischem Lösungsmittel aus einem Verfahren zur Polymerisation von Monomeren.
• Das gemäß vorliegender Erfindung verwendete Polyethylen kann ein hochmolekulares Homopolymer von Ethylen oder ein Copolymer von Ethylen mit zumindest einem C&sub1;-C&sub1;&sub0;-kohlenwasserstoff-α-Olefin, z.B. Buten-1, Hexen-1 und/oder Octen-1, sein. Im Handel ist eine große Vielzahl solcher Polymere, einschließlich verschiedener Arten des/der verwendeten Monomers/Monomere, verschiedener Mol eku largewichte, Molekulargewichtsverteilungen und anderer Eigenschaften erhältlich. In bevorzugten Ausführungsformen, bei denen das Polyethylen ein Homopolymer von Ethylen oder ein Copolymer von Ethylen mit zumindest einem C&sub4;-C&sub1;&sub0;-Kohlenwasserstoff-α-Olefin ist, liegt die Dichte im Bereich von 0,930 bis 0,965 g/cm³, insbesondere im Bereich von 0,940 bis 0,960 g/cm³. Der Schmelzindex des Polyolefins ist vorzugsweise niedriger als 15 dg/min, d.h. liegt im Bereich vom sogenannten "Nichtfließen", z.B. weniger als etwa 0,01 dg/min, bis 15 dg/min, insbesondere im Bereich von 0,50 bis 7,0 dg/min; der Schmelzindex wird nach dem Verfahren gemäß ASTM D-1238 (Punkt E) gemessen.
• Im Verfahren kann eine Vielzahl organischer Lösungsmittel eingesetzt werden, beispielsweise Pentan, Hexan, Cyclohexan, Heptan, Octan, Methylcyclohexan und hydriertes Naphtha, sowie verwandte Koh lenwasserstoff-Lösungsm ittel und Gemische von Lösungsmitteln.
• Da Polyethylen kann Additive, z.B. Antioxidantien, UV-Stabilisatoren, Netzmittel, Tenside und andere Additive, enthalten, deren Verwendung bei Polyolefinen bekannt ist, mit der Maßgabe, daß die Additive fähig sind, durch die beim Verfahren verwendete Öffnung zu gelangen und das Verfahren nicht auf andere Weise negativ beeinflussen.
• Die Lösung von Polyethylen in organischem Lösungsmittel weist erhöhte Temperatur und erhöhten Druck auf, wobei die Lösung einen Druck aufweist, der zumindest der autogene Druck ist, und eine Temperatur, die ausreicht, um das Polyolefin in Lösung zu halten. In bevorzugten Ausführungsformen enthält die Lösung auch ein Nichtlösungsmittel, z.B. Wasser, als Spinnhilfe, wie im obengenannten Patent von Samuels beschrieben. Die Spinnhilfe kann Netzmittel, Tenside oder dergleichen enthalten. Die/der eingesetzte Temperatur und Druck und die Zusammensetzung der Lösung, insbesondere der Prozentsatz an Polymer in der Lösung, beeinflussen die Eigenschaften der beim Spinnen erhaltenen Film-Fibrillenstränge und folglich das Faser-Material, das im Verfahren in der Folge gebildet wird. Beispielsweise können die Temperatur, der Druck und die Lösungszusammensetzung so gewählt werden, daß stark ausgerichtete Fasern erhalten werden, wobei solche Fasern bevorzugt werden.
• Die Lösung wird durch einen Zufuhrabschnitt einer Spinndüsenmündung zugeführt, um Plexifilamentfilm-Fibrillenstränge zu bilden, wobei die Stränge gebildet werden, während die Polymerlösung aus der Spinndüsenmündung austritt. Ein Gemisch aus Dampf und Wasser wird mit der aus der der Spinndüsenmündung austretenden Lösung im wesentlichen gleichzeitig mit dem Austritt der Lösung aus der Spinndüsenmündung in Kontakt gebracht. Das Gemisch aus Dampf und Wasser kann dem Tunnel als Strom zugeführt werden, oder vorzugsweise wird ein Strom aus heißem Wasser unter hohem Druck durch eine Öffnung in den Tunnel eingespritzt, wo das Gemisch aus Dampf und Wasser gebildet wird. Die Temperatur und der Druck des Dampfes werden so gewählt, daß das erforderliche Verhältnis zwischen Dampf und Wasser im Tunnel erzeugt wird.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Gewichtsverhältnis zwischen Dampf und Wasser im Bereich von 20:80 bis 80:20, insbesondere im Bereich von 35:65 bis 65:35. Die Temperatur des inerten Fluids liegt 2 bis 40 ºC niedriger als der Schmelzpunkt des Polymers.
• Es versteht sich, daß die Oberflächen der verwendeten Rohre, Gefäße und dergleichen frei von Vorsprüngen oder anderen Hindernissen sein sollten, die den Durchtritt der Fllmfibrillen oder des Fasermatenals verhindern oder verzögern könnten.
• Die Fasern können in eine Polyethylenpulpe umgewandelt werden, die eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten bietet. Beispielsweise kann die Pulpe als Teil von Gemischen mit Zellulose beispielsweise zur Verwendung für Windeln, Wegwerftücher, Damenhygieneprodukten und Inkontinenzprodukten, als Füllstoffe beispielsweise in Polymeren, Zement und dergleichen, als Thixotropiermittel in Farben und als synthetisches Papier verwendet werden. Bei manchen Endanwendungen können Fasern, insbesondere längere Fasern mit einer Länge im Bereich von etwa 5 bis 25 mm, ohne Raffination verwendet werden, um Bahn- bzw. Folienstrukturen herzustellen, die unter Einsatz von Luif- oder Naß-Fol ienziehverfah ren hergestellt werden.
• Pulpe kann erhalten werden, indem die Fasern einem Raffinationsverfahren zugeführt werden, bei dem die Länge der Fasern auf weniger als 2 mm reduziert wird, wobei die durchschnittliche Länge im Bereich von 0,80 bisl,20 mm liegt, und die Faserstruktur geöffnet wird. Die Fasern werden dem Refiner in Form einer Aufschlämmung, beispielsweise mit etwa 2 Gew.-%, zugeführt, wobei Polyvinylalkohol als Tensid zugegeben wird; auch andere Tenside können in Kombination mit oder anstelle von Polyvinylalkohol verwendet werden. Die Fasern müssen eine Länge von nicht mehr als etwa 10 mm aufweisen, wobei die durchschnittliche Länge etwa 6 mm beträgt, um eine akzeptable Aufschlämmung herzustellen. Das Raffinationsverfahren kann in einem Refiner vom Pulpen- und Papiertyp durchgeführt werden. Geeignete Refiner sind Einscheiben-, Doppelstrom- und Kegelrefiner.
• Synthetische Pulpe besteht aus synthetischen Fasern mit sehr geringer Länge. Wie hierin verwendet, weisen die Fasern in der Pulpe vorzugsweise eine Länge von weniger als 2 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,8 bis 1,2 mm, und eine durchschnittliche Länge von 1 mm auf. Außerdem weisen die Fasern in der Pulpe eine Oberfläche von mehr als 4 m²/g, insbesondere mehr als 6 m²/g und speziell im Bereich von 6 bis 8 m²/g, auf. Pulpenfasern haben eine Nullabstandsfestigkeit eines Handbiattes von zumindest 29,4 N/15 mm (3 kg/15 mm), insbesondere zumindest 49 N/15 mm (5 kg/15 mm). Bei der Verwendung weist die Pulpe vorzugsweise einen geringen Prozentsatz an langen Fasern und einen geringen Prozentsatz an Agglomeraten auf. Lange Fasern werden nach Clark- Siebnummer 14 gemessen, und akzeptable Werte liegen unter 12%, insbesondere unter 7%. Agglomerate werden nach Pulmac-Abweichung gemessen, und akzeptable Werte liegen unter 3%, insbesondere unter 2%. Die Fein heit der Fasern kann charakterisiert werden, indem ein Grobfasrigkeitstest, nämlich der Kajaani-Test verwendet wird. Wie hierin verwendet, haben "feine Fasern" eine Grobfasrigkeit von weniger als 0,3 mg/m, vorzugsweise weniger als 0,2 mg/m.
• In den Beispielen werden die folgenden Testverfahren eingesetzt:
• Die Nullabstandsfestigkeit eines Handblattes ist eine Messung der Faserfestigkeit und wird unter Einsatz der Vorschrift gemäß TAPPI T205 auf einem Pulmac-Troubleshooter unter Einsatz des vom Hersteller vorgeschlagenen Verfahrens erhalten. Handblätter mit einem Basisgewicht von 60 g/m² werden in einer Handblattform hergestellt, indem eine Aufschlämmung von Fasern in Wasser gebildet wird und die Fasern dann unter Vakuum auf einem Sieb abgelagert werden. Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts ist die Kraif, die erforderlich ist, um einen Streifen mit den Abmessungen 2,54 cm × 10 cm unter Einsatz einer Backen breite von 15 mm und eines Backenabstands von 0 mm zu zerreißen. Die Ergebnisse werden in N/15 mm (kg/15 mm) ausgedrückt.
• Die Oberfläche ist ein Maß für den Grad an Feinheit und Fibrillierung des Produkts und wird nach dem Ströh lei n-Stickstoffadsorptionsverfahren gemessen. Stickstoff wird bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff an die Fasern adsorbiert. Die adsorbierte Menge wird anhand der Druckdifferenz zwischen Probe und Bezugskolben gemessen. Wegen der geringen Größe der Stickstoffmoleküle können geringe Oberflächen-Unterschiede ermittelt werden. Tatsächlich handelt es sich bei dem Verfahren um eine Einpunkt-Messung unter Anwendung des Prinzips des BET-Stickstoffadsorption von S. Brunauer, P.H. Emmett und E. Teller, J. Amer. Chem. Soc. 60, 309-319 (1938). Die Ergebnisse werden in m²/g angegeben.
• Die lineare Schrumpfung wird durch Eintauchen von Faserbündeln in Ethylenglykol bei 155 ºC für 5 s gemessen und als das Verhältnis zwischen der ursprünglichen Länge und der geschrumpften Länge ausgedrückt. Die lineare Schrumpfung ist ein Hinweis auf die Ausrichtung, die den Fasern während des Spinnverfahrens verliehen wird.
• Durchschnittliche Faserlänge und Grobfasrigkeit wurden unter Verwendung einer Kajaani-Vorrichtung gemessen, wobei eine stark verdünnte Aufschlämmung von Fasern in destilliertem Wasser unter Vakuum durch eine kleine Öffnung gezogen wird. Die Länge und die Größe der Fasern wird von einem Diodenarraydetektor detektiert, während die Fasern durch die Öffnung hindurchtreten. Es wird eine Verteilung der Faserlängen und -größen erhalten. Für unraffinierte Proben, bei denen die Faserlänge größer als 2 mm ist, wird eine stark verdünnte Aufschlämmung mit 0,0078 g Fasern in Wasser hergestellt, auf einem Sieb abgelagert und dann zu einer Kunststoffplatte mit den Abmessungen 12,7 × 12,7 cm gepreßt; dann wird mit freiem Auge die Längenverteilung und durchschnittliche Länge der Probe ermittelt.
• Ein Clark-Klassierer wird verwendet, um den Anteil an langen Fasern (größtenteils länger als 2 mm) in einer Probe zu messen; Proben, die noch nicht vollständig raffiniert wurden, haben inakzeptabel hohe Clark-Werte, z.B. über 12%. Die eingesetzte Vorschrift entspricht TAPPI T233 os und TAPPI T261 pm. Fasern werden in Wasser dispergiert und dann durch eine Reihe von Sieben mit unterschiedlicher Maschengröße zirkuliert. Bei raffinierten Fasern wird nur die auf dem 14 Mesh-Sieb (1,19 mm große Öffnungen) gesammelte Menge angegeben.
• Die Pulmac-Abweichung ist schließlich ein Maß für die Agglomeration, bei der eine Aufschlämmung mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit durch eine Schlitzöffnung geleitet wird, die eine Breite von 0,1 mm oder 0,15 mm aufweist. Die Fasern oder Agglomerate, die nach zwei Durchgängen noch nicht durch den Schlitz hindurchgegangen sind, werden als Abweichungen angesehen.
• Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht.
BEISPIEL 1
• Fasermaterial wurde unter Verwendung einer Vorrichtung im halbindustriellen Maßstab hergestellt, die mit einer Spinndüse und einer Düse ausgestattet war, die einen Ventun- Kanal aufweist, wobei ein solcher Kanal in Fig. 1 der obengenannten EP-A-0.597.658 gezeigt wird. Die der Spinndüse zugeführte Polymerlösung war eine Lösung von Ethylen/Buten-1-Copolymer in Cyclohexan, die 7 Gew.-% Wasser als Spinnhilfe enthielt. Wasser wurde mit hoher Temperatur und hohem Druck in die Zone unmittelbar angrenzend an die Spinndüse eingebracht, sodaß das Gemisch aus Dampf und Wasser mit den aus der Spinndüse austretenden Fasern in Kontakt kam.
• Im Spinnbehälter lag das Produkt in Form einer Aufschlämmung von Fasern in Wasser mit einer Konsistenz von 0,5 Gew.-% vor. Die Faseraufschlämmung wurde unter Verwendung eines wasserbetriebenen Venturis über ein großes glattes Rohr zu einem Behälter befördert, wo überhitzter Dampf eingespritzt wurde, um verbleibende Cyclohexanspuren abzudampfen. Die von Lösungsmittel freie Aufschlämmung wurde unter Verwendung eines wasserbetriebenen Venturis über ein großes glattes Rohr zu einer Bandfilterpresse weiterbefördert, wo Wasser entfernt wurde. Das Produkt wurde in Form eines losen Filterkuchens mit einem Feststoffgehalt von etwa 50 % gesammelt.
• Weiteres Details über das verwendete Polymer und die Bedingungen beim Flash-Spinnverfahren sind in Tabelle 1 angeführt. Tabelle 1
• Anmerkung: Lösungsfluß = Polymer plus Lösungsmittel
• * es wird angenommen, daß der Druck im Tunnel 104 KPa und die Temperatur 100 ºC beträgt
• In diesem Beispiel wurden Polymer mit niedrigem Schmelzindex, d.h. hohem Molekulargewicht, zu Nichtendlosfasern gesponnen. Die Fasern waren alle stark ausgerichtet, wobei die lineare Schrumpfung etwas über 10 ausmachte. Die Faserlänge lag bei den Versuchen 1 und 2, bei denen der Schmelzindex 0,28 bzw. 0,33 dg/min betrug, im Bereich von 18-25 mm,. Bei Versuch 3 jedoch, bei dem der Polymer-Schmelzindex höher war, nämlich 0,43 dg/min, was die Faserlänge kürzer, im allgemeinen unter 10 mm.
• Die stärkste Auswirkung der Erhöhung der Polymerdichte war eine Zunahme der Faserfestigkeit, wie durch die Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts gemessen. Die Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts betrug 61,7 N/15 mm (6,3 kg/15 mm) bei einer Polymerdichte von 0,937 g/cm³ (Versuch 1), 79,4 N/15 mm (8,1 kg/15 mm) bei einer Polymerdichte von 0,942 g/cm³ (Versuch 2) und 81,9 N/15 mm (9,0 kg/15 mm) bei einer Polymerdichte von 0,958 g/cm³ (Versuch 3).
• Die Fasern dieses Beispiels waren fest und Nichtendlos-Fasern mit Kombinationen der hierin beschriebenen einzigartigen Eigenschaften.
BEISPIEL II
• Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde unter Verwendung von Polymeren mit unterschiedlichem Schmelzindex wiederholt. Polymere mit Schmelzindices im Bereich von 0,79 bis 7,6 dg/min wurden zu Fasern gesponnen.
• Weitere Ergebnisse sind in Tabelle II angeführt. TABELLE II
• Anmerkung: Lösungsfluß = Polymer plus Lösungsmittel
• * es wird angenommen, daß der Druck im Tunnel 104 KPa und die Temperatur 100 ºC beträgt
• Der Polymer-Schmelzindex (oder das Polymer-Molekulargewicht) hatte sowohl auf die Faserlänge als auch die Faserfestigkeit Auswirkungen. Alle Fasern waren und fest und Nichtendlos-Fasern mit der hierin beschriebenen einzigartigen Kombination von Eigenschaffen.
• Beim Polymer mit dem niedrigsten Schmelzindex (0,79 dg/min in Versuch 4) lagen die Längen der einzelnen Fasern im Bereich von 2 bis 8 mm. Im Gegensatz dazu lagen die Längen der einzelnen Fasern beim Polymer mit dem höchsten Schmelzindex (7,6 dg/min, in Versuch 8) im Bereich von 1 bis 3 mm. Fasern mit den in diesem Beispiel angegebenen Längen sind kurz genug, um in einer Aufschlämmung in einem Behälter mit gutem Rührwerk, vorzugsweise einem Pulper, dispergiert und auf Pulpenlänge raffiniert zu werden. Im Gegensatz dazu hatten einige der in Beispiel 1 erhaltenen Fasern eine Länge von bis zu 25 mm, wo normalerweise zu erwarten wäre, daß das bei einem Pulpenbi Idungs- und Raffinationsverfahren zu Verwicklungsproblemen führt.
• Polymere mit niedrigerem Schmelzindex (höherem Molekulargewicht) ergaben Fasern mit höherer Festigkeit, wie durch die Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts gemessen, als Fasern mit höherem Schmelzindex. Das Polymer mit einem Schmelzindex von 0,79 dg/min hatte eine Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts von 83,3 N/15 mm (8,5 kg/15 mm) (Versuch 4). während das Polymer mit einem Schmelzindex von 7,6 dg/min eine Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts von weniger als der Hälife dieses Werts hatte (Versuch 8). In Versuch 3 aus Beispiel 1 hatte das Polymer die gleiche Dichte und einen Schmelzindex von 0,42 dg/min; die Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts betrug 89,8 N/15 mm (9,0 kg/15 mm).
BEISPIEL III
• Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei die erhaltenen Fasern bis auf Pulpen länge, d.h. etwa 1 mm, raffiniert wurden.
• Das Raffinieren wurde durchgeführt, indem die Fasern zuerst mit einer Faserkonsistenz von 1,5 bis 2% in einem Rührbehälter in Wasser dispergiert wurden. Ein Tensid (Polyvinylalkohol, 2 Gew.-% Fasern) wurde verwendet, um die Fasern besser benetzbar zu machen. Es wurden zwei verschiedene Einscheibenrefiner verwendet, mit einem Plattendurchmesser von 30 cm in Versuch 9 und 10 und einem Plattendurchmesser von machen. Es wurden zwei verschiedene Einscheibenrefiner verwendet, mit einem Plattendurchmesser von 30 cm in Versuch 9 und 10 und einem Plattendurchmesser von 1 m in Versuch 11. Die Plattenspalteinstellung lag zwischen 0,05 und 0,15 mm, wobei am kleineren Refiner die größeren Spalteinstellungen eingesetzt wurden. Die Proben wurden raffiniert, bis die durchschnittliche Faserlänge 1 mm betrug.
• Weitere Details und die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle III angeführt. TABELLE III
• Anmerkung: Lösungsfluß = Polymer plus Lösungsmittel
• * es wird angenommen, daß der Druck im Tunnel 104 KPa und die Temperatur 100 ºC beträgt
• Bei diesem Beispiel werden die Eigenschaften raffinierter Fasern (Pulpe) mit den unraffinierten Fasern verglichen. Es ist zu erwarten, daß die meisten Anwendungen der Fasern in Form von Pulpe erfolgen. Außerdem können bestimmte Fasereigenschaffen an unraffinierten Fasern nicht gemessen werden.
• Die Faserproben wurden durch Spinnen von Polymeren mit hoher Dichte mit unterschiedlichen Schmelzindices erhalten, d.h. von 0,78 bis 7,5 dg/min. Bei Versuch 9, bei dem der Schmelzindex 0,78 dg/min betrug, lag die Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts bei unraffinierten Fasern bei 73,5 N/15 mm (7,5 kg/15 mm), und die Länge der einzelnen Fasern lag im Bereich von 6 bis 12 mm. Bei Versuch 11, bei dem der Schmelzindex 7,5 dg/min betrug, betrug die Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts 35,3 N/15 mm (3,6 kg/15 mm), und die Länge der einzelnen Fasern lag im Bereich zwischen 1 und 3 mm.
• Die Fasern wurden auf eine durchschnittliche Länge von 1 mm, d.h. 0,97 mm bei Versuch 9, 1,02 mm bei Versuch 10 und 0,98 mm bei Versuch 11, raffiniert. Der Pulmac-Abweichungstest, der lange Fasern und Agglomerate mißt, lieferte Ergebnisse von weniger als 2% für die Fasern aller drei Versuche. Der Clark 14-Siebnummer-Test, der den Anteil an langen Fasern mißt, ergab bei allen drei Durchgängen ebenfalls weniger als 2 %.
• Die Faserfestigkeit, wie durch den Test der Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts gemessen, war bei den raffinierten Fasern geringer als bei den unraffinierten Fasern.
• Beim Polymer mit niedrigerem Schmelzindex von Versuch 9 nahm die Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts von 73,5 N/15 mm (7,5 kg/15 mm) vordem Raffinieren auf 55,9 N/15 mm (5,7 kg/15 mm) nach dem Raffinieren ab. Bei Versuch 11 war die Abnahme von 35,3 auf 30,4 N/15 mm (3,6 auf 3,1 kg/15 mm). Dennoch war die Faserfestigkeit noch akzeptabel.
• Die Fasergröße und die Oberfläche werden typischerweise nur an raffinierten Fasern gemessen, weil das Raffinieren die Faserstruktur öffnet. Die durchschnittliche Faser- Grobfasrigkeit, wie nach dem Kajaani-Verfahren gemessen, nahm mit steigendem Schmelzindex zu, d.h. von 0,171 mg/m in Versuch 9 auf 0,260 in Versuch 11. Das zeigt, daß mit Polymeren mit niedrigerem Schmelzindex feinere, stärker ausgerichtete Fasern erhalten werden können. Die durch Stickstoffadsorption gemessene Oberfläche lag bei allen drei Versuchen zwischen 6 und 7 m²/g.

Claims (19)

1. Feine, feste, als Nichtendlosfasern gesponnene Fasern, die aus Polyethylen gebildet sind, wobei die Fasern eine Länge von 1-25 mm, einen Faserdurchmesser von weniger als 30 um und - nach der Vorschrift gemäß TAPPI 205 om bestimmt - eine Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts von mehr als 29,4 N/15 mm (3 kg/15 mm) aufweisen.

2. Fasern nach Anspruch 1, bei denen die Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts- nach der Vorschrift gemäß TAPPI 205 om bestimmt - größer als 58,8 N/15 mm (6 kg/15 mm) ist.

3. Fasern nach Anspruch 1 oder 2, bei denen das Polyethylen einen Schmelzindex von weniger alsl 5 dg/min aufweist.

4. Fasern nach Anspruch 3, bei denen der Schmelzindex des Polyethylens niedriger als 7 dg/min ist.

5. Fasern nach Anspruch 3, bei denen der Schmelzindex des Polyethylens niedriger als 2 dg/min ist.

6. Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei denen das Polyethylen ein hochmolekulares Homopolymer von Ethylen oder ein Copolymer von Ethylen mit zumindest einem C&sub4;-C&sub1;&sub0;-Kohlenwasserstoff-α-Oiefin ist.

7. Fasern nach Anspruch 6, bei denen das Polyethylen ein Copolymer ist und das α-Oiefin aus Buten-1, Hexen-1 und Octen-1 sowie Gemischen davon angewählt ist.

8. Fasern nach Anspruch 6, bei denen die Dichte des Polyethylens im Bereich von 0,930 bis 0,965 g/cm³ liegt.

9. Fasern nach Anspruch 8, bei denen der Schmelzindex des Polyolefins niedriger als 15 dg/min ist.

10. Aus den Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gebildete Polyethylenpulpe, wobei die Fasern in der Pulpe eine Oberfläche von mehr als 4 m²/g, eine Pulmac- Abweichung von weniger als 3%, eine Nullabstandsfestigkeit eines Handblatts, nach der Vorschrift gemäß TAPPI 205 om bestimmt, von zumindest 29,4 N/15 mm (3 kg/15 mm) aufweisen, und wobei die Fasern der Pulpe eine Kajaani-Grobfasrigkeit von weniger als 0,30 mg/m aufweisen.

11. Polyethylenpulpe nach Anspruch 10, bei dem die Pulmac-Abweichung geringer als 2% ist.

12. Polyethylenpulpe nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Faserlänge geringer als 2 mm ist, wobei die durchschnittliche Länge im Bereich von 0,80-1,20 mm liegt.

13. Polyethylenpulpe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der der Pulpe eine Oberfläche im Bereich von 6-8 m²/g aufweist.

14. Polyethylenpulpe nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der die Fasern eine solche Feinheit aufweisen, daß die Fasern eine Kajaani-Grobfasrigkeit von weniger als 0,20 mg/m aufweisen.

15. Aus der Pulpe nach einem der Ansprüche 10 bis 14 gebildetes Bahn-bzw. Blattmaterial aus Polyethylen.

16. Aus festen, unterbrochenen Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gebildetes Bahn-bzw. Blattmaterial aus Polyethylen.

17. Bahn- bzw. Blattmaterial nach Anspruch 16, bei der die Fasern Längen im Bereich von 5 bis 25 mm aufweisen.

18. Bahn- bzw. Blattmaterial nach Anspruch 16 oder 17, das ein nach einem Lufttransportverfahren gelegtes Material ist.

19. Bahn- bzw. Blattmaterial nach Anspruch 16 oder 17, das ein nach einem Naßverfahren gelegtes Material ist.