DE69526993T2

DE69526993T2 - Punktgebundener Vliesstoff

Info

Publication number: DE69526993T2
Application number: DE69526993T
Authority: DE
Inventors: Ty Jackson Stokes
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1995-02-02
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2015-02-03
Also published as: US5424115A; KR100353588B1; JPH07252760A; DE69526993D1; CA2124238A1; KR950032794A; AU691547B2; CA2124238C; AU1346895A; EP0672775A3; EP0672775B1; EP0672775A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf gebundene Nonwoven- Faserbahnen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf punktförmig gebundene Nonwoven-Bahnen aus Polyolefin/Nylon-Konjugatfasern.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, diskret gebundene Nonwoven- Materialien (Vliesstoffe) durch Warmkalandrieren von Faserbahnen herzustellen, die schmelz-fusionierbare thermoplastische Fasern enthalten. Dieses Warmkalandrieren wird durchgeführt, indem man die Faserbahn durch den Spalt zwischen gegenläufig rotierenden erhitzten Bindungswalzen hindurchführt, von denen eine oder beide erhabene Vorsprünge oder Muster aufweisen können, um geeignete Kombinationen von Temperatur- und Druckeinstellungen zum Schmelz-Fusionieren der Fasern in ausgewählten Regionen der Bahn zu ergeben. Die Festigkeit der gebundenen Materialien (Vliesstoffe) steht in enger Korrelation zu der Temperatur der beheizten Walzen. Im allgemeinen gibt es eine optimale Bindungstemperatur, um bei thermoplastischen Nonwoven-Materialien (Vliesstoffen), eine Zugfestigkeit in Maschinenlaufrichtung (MD) und senkrecht zur Maschinenlaufrichtung (CD) zu erzielen. So wird beispielsweise von Landoll et al. in "Dependence of Thermal Bonded Coverstock Properties on Polypropylene Fiber Characteristics", The Plastics and Rubber Institute, Fourth International Conference on Polypropylene Fibers and Textiles, Universität Nottingham, England, September 1987, angegeben, dass Polypropylen-Vliesstoffe, die bei einer Temperatur unterhalb der Peak-Bindungstemperatur gebunden worden sind, die Neigung haben, sich an den Bindungspunkten zu delaminieren oder zu zerfallen, während die Vliesstoffe, die bei einer Temperatur oberhalb der Peak-Bindungstemperatur gebunden worden sind, die Neigung haben, dass am Rand der Bindungspunkte ein Faserbruch auftritt. Landoll et al. beschreiben ferner, dass bei der Peak-Bindungstemperatur beide Versagens-Modi vorliegen, wobei der Delaminierungsmodus vorherrscht. Im allgemeinen liegt die Peak-Bindungstemperatur in der Nähe des Schmelzpunktes der thermoplastischen Faser, die eine ausreichend hohe Temperatur ist, um die Fasern zum Schmelz-Fusionieren zu bringen, wenn die Bahn schnell durch den Spalt hindurchgeführt wird. Üblicherweise muss die Temperatur der Bindungswalze für Polyolefinfaser-Bahnen mehr als etwa 100C unterhalb des Schmelzpunktes des Faser-Polymers liegen, um in geeigneter Weise gebundene Bahnen zu erhalten. Wenn jedoch die Bahntransportgeschwindigkeit erhöht wird und somit die Verweildauer der Bahn in dem Spalt zwischen den Bindungswalzen abnimmt, nehmen die physikalische Festigkeit, insbesondere die Zugfestigkeit, des resultierenden gebundenen Vliesstoffes ab. Es wird angenommen, dass die Abnahme der Festigkeit durch eine unzureichende Wärmeübertragung von den Bindungswalzen auf die Bahnfasern verursacht wird, was zu einer unzureichenden Schmelz-Fusion zwischen den Fasern an den Bindungspunkten führt. Diese Abnahme der Bindungsfestigkeit kann jedoch teilweise kompensiert werden durch Erhöhung der Temperatur der Bindungswalzen. Dieses Verfahren bringt wiederum eine starke Einschränkung mit sich. Wenn die Bindungstemperatur auf einen Wert oberhalb des Schmelzpunktes des Faserpolymers erhöht wird, beginnt das Polymer an der Bindungswalze, zu haften, wodurch thermisch induzierte Defekte auf der Faserbahn entstehen. Wenn die Temperatur der Bindungswalze bis auf einen Wert erhöht wird, der wesentlich oberhalb des Schmelzpunktes des Faserpolymers liegt, haftet die Bahn an den Bindungswalzen, wodurch das Bindungsverfahren undurchführbar wird. Infolgedessen ist es erforderlich, dass die Temperatur der Bindungswalzen sorgfältig überwacht (gesteuert) werden muss. Diese Notwendigkeit einer geeigneten Kontrolle der Temperatur der Bindungswalze ist insbesondere kritisch für Nonwoven-Faserbahnen, die aus Polymeren hergestellt sind, die einen scharfen Schmelzpunkt haben, wie z. B. lineares Polyethylen mit niedriger Dichte.
Es ist auch bekannt, dass thermoplastische Faserbahnen punktförmig gebunden werden können unter Verwendung von Bindungswalzen, die auf eine Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes des Faserpolymers erhitzt worden sind. Im allgemeinen werden solche Niedertemperatur-Bindungsverfahren angewendet zur Herstellung von weichen und drapierbaren Nonwoven- Materialien. Bei typischen Niedertemperatur-Bindungsverfahren werden gemusterte Bindungswalzen verwendet und ein thermisches Fusionieren der Bahnfasern, die zwischen benachbarten Bindungspunkten angeordnet sind, wird dadurch vermieden, dass die Schmelzfusionsbindungen nur an den erhabenen Punkten der Bindungswalzen, d. h. an den Bindungspunkten, bewirkt wird. So sind beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4 035 219 (Cumbers) ein solches Punkt-Bindungsverfahren und daraus hergestellte Materialien (Vliesstoffe) beschrieben. Wie aus dem relevanten Stand der Technik bekannt und vorstehend angegeben, stehen jedoch die Integrität und die physikalische Festigkeit eines gebundenen Vliesstoffes in enger Korrelation zu der Temperatur der Bindungswalzen, vorausgesetzt, dass die Temperatur der Bindungswalzen nicht so hoch ist, dass das Bindungsverfahren nicht durchführbar ist oder dass die Fasern thermisch abgebaut werden. In entsprechender Weise haben Nonwoven-Materialien (Vliesstoffe), die bei einer Temperatur gebunden worden sind, die signifikant unterhalb des Schmelzpunktes der Fasern liegt, die Neigung, dass sie schwache Bindungspunkte aufweisen, obgleich diese unzureichend gebundenen Gewebe die Neigung haben, eine verbesserte Drapierbarkeit und Weichheit aufzuweisen.
In EP-A-0 105 729 ist ein Nonwoven-Material (Vliesstoff) beschrieben, der mindestens 15% Konjugatfasern umfasst, die eine Komponente mit niedrigem Schmelzpunkt aufweisen und das (der) hergestellt wird durch Pressen der Bahn bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes der Komponente der Konjugatfaser mit dem niedrigen Schmelzpunkt und bei einer Temperatur und einem Druck, die ausreichen, um die Konjugatfasern zu verformen und zu verdichten.
Obgleich punktförmig gebundene Polyolefin-Nonwoven-Materialien des Standes der Technik für viele unterschiedliche Zwecke geeignet sind, erfordern bestimmte Anwendungen für Nonwoven-Materialien die Verwendung von fest gebundenen Nonwoven-Materialien mit hoher Zugfestigkeit, die auch eine weiche Textur und einen weichen Griff aufweisen. Es ist daher wünschenswert, Nonwoven-Materialien (Vliesstoffe) mit einer hohen Zugfestigkeit bereitzustellen, die an den Verbindungspunkten fest gebunden sind, bei denen die Fasern zwischen den Verbindungspunkten jedoch frei von jeder signifikanten Fusion zwischen den Fasern ist. Außerdem ist es höchst wünschenswert, Nonwoven- Bahnen bereitzustellen, die innerhalb eines breiten Bereiches von Bindungstemperaturen punktförmig gebunden werden können.

Zusammenfassung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines punktförmig gebundenen Nonwoven-Materials (Vliesstoffes) aus Konjugatfasern, die ein Polyolefin und ein Polyamid enthalten. Das Verfahren umfasst die Stufen Ablagerung der Konjugatfasern auf einer formgebenden Oberfläche unter Bildung einer Nonwoven-Bahn und Einführen der Bahn in einen Walzenspalt, der zwischen zwei aneinander grenzenden Bindungswalzen vorhanden ist, wobei die Bindungswalzen auf eine Temperatur erhitzt sind, die um mehr als 10ºC unterhalb des Schmelzpunktes der Polyolefin-Komponente liegt, und die Bindungswalzen auf erhöhte (erhabene) Punkte einen Walzenspalt-Druck von etwa 20 685 bis etwa 1 241 100 kPa (3000 - 180 000 psi) ausüben.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine punktförmig gebundene Nonwoven- Konjugatfaser-Bahn, die Bindungspunkte aufweist, die fester sind als die Konjugatfasern der Bahn. Die Bindungspunkte der Nonwoven-Faserbahn werden in einem Walzenspalt zwischen zwei aneinandergrenzenden erhitzten Bindungswalzen gebildet und die Nonwoven-Faserbahn enthält Konjugatfasern, die eine Polyolefin-Komponente und eine Polyamid-Komponente enthalten, wobei die Polymer-Komponenten so angeordnet sind, dass sie im wesentlichen unterschiedliche Abschnitte (Querschnitte) jeder der Konjugatfasern entlang der Länge der Fasern besetzen.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Nonwoven-Faserbahn, die einen breiten Bindungstemperatur-Bereich aufweist. Die Faserbahn, die Konjugatfasern enthält, die eine Polyolefin-Komponente und eine Polyamid-Komponente aufweisen, und die Polymer-Komponenten sind so angeordnet; dass sie im wesentlichen unterschiedliche Abschnitte (Querschnitte) der Konjugatfasern entlang der Länge der Fasern besetzen.
Das erfindungsgemäße punktförmig gebundene Nonwoven-Polyolefin-Material weist eine hohe Zugfestigkeit und dennoch einen guten Griff und eine hohe Weichheit auf, selbst wenn die Materialien bei einer Temperatur gebunden worden sind, die wesentlich niedriger ist als die konventionellen Polyolefin- Gewebe-Bindungstemperaturen. Außerdem weist das Nonwoven-Material (Vliesstoff) einen breiten Bereich von Bindungstemperaturen auf.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung der MD-Zugfestigkeit der erfindungsgemäßen punktförmig gebundenen Materialien und Kontrollmaterialien;
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung der CD-Zugfestigkeit der erfindungsgemäßen punktförmig gebundenen Materialien und Kontrollmaterialien;
Fig. 3 zeigt eine Abtastelektronenmikrofotografie eines defekten (gebrochenen) Abschnitts eines erfindungsgemäßen Nonwoven-Materials;
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht des defekten (gebrochenen) Abschnitts gemäß Fig. 3;
Fig. 5 zeigt eine Abtastelektronenmikrofotografie eines defekten (gebrochenen) Abschnitts eines konventionellen Polypropylen-Nonwoven-Materials; und
Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht des defekten (gebrochenen) Abschnitts gemäß Fig. 5.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nonwoven-Polyolefin-Faserbahn, die einen breiten Bereich von Bindungstemperaturen aufweist und bei einer Temperatur unterhalb der konventionellen Bindungstemperaturen für Polyolefin- Nonwoven-Bahnen fest gebunden werden kann. Die erfindungsgemäßen Nonwoven-Bahnen werden hergestellt aus Konjugatfasern, die eine Polyolefin- Komponente und eine Polyamid-Komponente enthalten. Zweckmäßig enthalten die Konjugatfasern etwa 20 bis etwa 80 Gew.-%, besonders zweckmäßig etwa 30 bis etwa 70 Gew.-%, am zweckmäßigsten etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% einer Polyolefin-Komponente und etwa 80 bis etwa 20 Gew.-%, besonders zweckmäßig etwa 70 bis etwa 30 Gew.-%, am zweckmäßigsten etwa 60 bis etwa 40 Gew.-% einer Polyamid-Komponente.
Erfindungsgemäß werden die Nonwoven-Bahnen bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Polyolefin-Komponente der Konjugatfasern punktförmig gebunden in Kombination mit einem Walzenspalt-Druck an den erhöhten (erhabenen) Punkten der Bindungswalzen von etwa 20 685 bis etwa 1 241 100 kPa ((3000 - 180 000 psi), vorzugsweise von etwa 68 95(1 bis 1 034 250 kPa (10 000-150 000 psi). Zweckmäßig werden die Bahnen punktförmig gebunden mit. Bindungswalzen, die eine Oberflächentemperatur haben, die um etwa 10ºC unterhalb des Schmelzpunkts der Polyolefin-Komponente liegt. Besonders zweckmäßig werden die Bahnen bei einer Temperatur punktförmig gebunden, die um etwa 10 bis etwa 80ºC, vorzugsweise um etwa 15 bis etwa 70ºC, besonders bevorzugt um etwa 20 bis etwa 60ºC, am meisten bevorzugt um etwa 25 bis etwa 50ºC unterhalb des Schmelzpunktes der Polyollefin-Komponente liegen. Die erfindungsgemäßen punktförmig gebundenen Materialien (Vliesstoffe) weisen eine Grap-Zugfestigkeit in der Maschinenlaufrichtung (MD) von mindestens 67 N (15 lbs), zweckmäßig von mindestens etwa 110 N (25 lbs) auf, bestimmt gemäß Federal Standard Methods 191A, Methode 5100.
Es wurde überraschend gefunden, dass die erfindungsgemäßen Faserbahnen in einem breiten Temperaturbereich gebunden werden können und sogar bei einer Temperatur gebunden werden können, die signifikant niedriger ist als der Erweichungspunkt der Polyolefin-Komponente, ohne dass dies in signifikanter Weise auf Kosten der physikalischen Festigkeit des daraus hergestellten Nonwoven-Materials (Vliesstoffes) geht. Außerdem wurde gefunden, dass, anders als bei der Bindungsfestigkeit von konventionellen, punktförmig gebundenen Polyolefinfaser-Bahnen, wie vorstehend erörtert, die Bindungsfestigkeit der erfindungsgemäßen punktförmig gebundenen Bahnen höher ist als diejenige der einzelnen Fasern, welche die Bahnen bilden, d. h. die punktförmig gebundenen Materialien (Vliesstoffe) brechen (versagen) nicht an den Bindungspunkten oder um die Ränder der Bindungspunkte herum, wenn eine Kraft darauf angewendet wird, so lange die angewendete Bindungstemperatur nicht in dem unteren Abschnitt des erfindungsgemäßen Bindungstemperatur-Bereiches liegt. Die erfindungsgemäßen punktförmig gebundenen Nonwoven-Materialien (Vliesstoffe) haben die Neigung, nur dann zu brechen (zu versagen), wenn die darauf einwirkende Kraft hoch genug ist, um die Fasern zu zerbrechen, die zwischen den Bindungspunkten angeordnet und fixiert sind. Die Festigkeit des Nonwoven-Materials ist sehr überraschend, da es aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist, dass Polyolefine und Polyamide im allgemeinen sehr inkompatibel sind, und dass Konjugatfasern, welche die beiden Polymer- Komponenten enthalten, leicht aufgespalten werden. Es ist daher bekannt, dass Konjugatfasern aus einem Polyolefin und einem Polyamid und die daraus hergestellten Materialien (Vliesstoffe) keine hohe physikalische Integrität ergeben. Dieses physikalische Integritäts-Problem bei der Polyolefin/Polyamid- Konjugatfaser ist beispielsweise in dem US-Patent 3 788 940 (Ogata et al.) angesprochen.
Die vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen punktförmig gebundenen Materials (Vliesstoffes) werden vollständig erhalten, wenn die Faserbahn auf intermittierende Weise gebunden wird. Geeignete intermittierend gebundene Materialien (Vliesstoffe) können hergestellt werden, indem man eine Nonwoven-Faserbahn durch den Walzenspalt eines Paares von gegenläufig zueinander rotierenden gemusterten erhitzten Walzen oder einer gemusterten erhitzten Walze, die mit einer gegenläufigen glatten Walze gepaart ist, hindurchführt. Solche intermittierenden Bindungsverfahren sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und beispielsweise in den US-Patenten 3 855 045 (Brock) und 3 855 046 (Hansen et al.) beschrieben. Gemusterte Bindungswalzen, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, weisen eine Vielzahl von erhöhten (erhabenen) Punkten, im allgemeinen ein wiederkehrendes Muster, auf. Das Muster aus den erhöhten (erhabenen) Punkten ist im allgemeinen regelmäßig und es wird so gewählt, dass eine ausreichend große gebundene Gesamtfläche vorliegt zur Herstellung einer gebundenen Bahn mit genügend gebundenen Punkten, um eine ausreichende physikalische Integrität und Zugfestigkeit zu erzielen. Im allgemeinen ist das Muster aus erhöhten (erhabenen) Punkten in den Bindungswalzen, das für die vorliegende Erfindung geeignet ist, so gestaltet, dass die gebundene Gesamtfläche der Bahn etwa 5 bis etwa 50% der gesamten Bahnoberfläche beträgt und dass die Bindungsdichte etwa 50 bis etwa 1500 Verbindungspunkte pro 6,45 cm (1 inch²) beträgt.
Konjugatfasern, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen Spunbond-Fasern und Stapelfasern. Geeignete Konfigurationen für die erfindungsgemäßen Konjugatfasern sind konventionelle Konjugaffaser-Konfigurationen, z. B. Hüllen-Kern-, beispielsweise konzentrische Hüllen-Kern- und exzentrische Hüllen-Kern- und Insel-im-Meer-Konjugatfaser-Konfigurationen, die mindestens zwei unterschiedliche Abschnitte aufweisen, die durch unterschiedliche Polymere entlang der Länge der Fasern besetzt sind. Unter diesen Konfigurationen besonders zweckmäßig sind die Hüllen-Kern-Konfigurationen. Geeignete Konjugatfasern sind solche, in denen die Hülle oder "das Meer" der Fasern aus einem Polyolefin besteht und der Kern oder "die Insel" aus einem Polyamid besteht.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Spunbond-Fasern" sind Fasern zu verstehen, die durch Extrudieren von geschmolzenen thermoplastischen Polymeren als Filamente oder Fasern aus einer Vielzahl von relativ feiner, in der Regel kreisförmigen Kapillaren einer Spinndüse und anschließendes schnelles Ausziehen der extrudierten Filamente mittels eines eduktiven oder anderen allgemein bekannten Ausziehmechanismus, der den Filamenten eine molekulare Orientierung und physikalische Festigkeit verleiht, hergestellt worden sind. Die ausgezogenen Fasern werden dann auf einer formgebenden Oberfläche auf sehr willkürliche Weise abgelagert unter Bildung einer Nonwoven-Bahn, die im wesentlichen eine gleichförmige Dichte aufweist. Konventionelle Spunbond- Verfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, sind beispielsweise beschrieben in den US-Patenten 4 340 563 (Appel et al.) und 3 692 E318 (Dorschner et al.). Konjugat-Spunbond-Fasern und daraus hergestellte Bahnen können durch Anwendung konventioneller Spunbond-Verfahren hergestellt werden, indem man die konventionelle Monokomponenten-Spinndüsen- Anordnung durch eine Bikomponenten-Spinndüsen-Anordnung ersetzt, wie sie beispielsweise in dem US-Patent 3 730 662 (Nunning) beschrieben ist. Geeignete Stapelfasern können hergestellt werden durch Anwendung irgendeines bekannten Bikomponenten-Stapelfaser-Herstellungsverfahrens. Geeignete Verfahren zur Herstellung von Konjugat-Stapelfasern sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Kurz zusammengefasst umfasst ein typisches Stapelfaser-Herstellungsverfahren die Stufen Bildung von Strängen aus kontinuierlichen Fasern, die unter Anwendung irgendeines allgemein bekannten Stapelfaser-Spinnverfahrens, beidem eine Konjugatfaser-Spinndüsen-Anordnung verwendet wird, gesponnen werden, Ausziehen der Stränge, um den Strängen physikalische Festigkeit zu verleihen, und Zerschneiden der ausgezogenen Stränge auf Stapelfaserlänge. Anschließend werden die Stapelfasern auf einer formgebenden Oberfläche unter Anwendung eines konventionellen Cardierverfahrens, beispielsweise eines Wolle- oder Baumwolle-Cardierverfahrens oder eines Luftablagerungs-Verfahrens, abgelagert unter Bildung einer Nonwoven- Bahn.
Zu Polyolefinen, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, gehören Polyethylen, z. B. Polyethylen mit hoher Dichte, Polyethylen mit mittlerer Dichte, Polyethylen mit niedriger Dichte und lineares Polyethylen mit niedriger Dichte; Polypropylen, z. B. isotaktisches Polypropylen und ataktisches Polypropylen; Polybutylen, z. B. Poly(1-buten) und Poly(2-buten); Polypenten, z. B. F'oly(2- penten) und Poly(4-methyl-1-penten); Polyvinylacetat; Polyvinylchlorid; Polystyrol und Copolymere davon, z. B. Ethylen/Propylen-Copolymer; sowie Mischungen davon. Unter diesen besonders zweckmäßige Polyolefine sind Polypropylen, Polyethylen, Polybutylen, Polypenten, Polyvinylacetat und Copolymere und Mischungen davon. Die zweckmäßigsten Polyolefine für die vorliegende Erfindung sind Polypropylen und Polyethylen, insbesondere isotaktisches Polypropylen, Polyethylen mit hoher Dichte und lineares Polyethylen mit niedriger Dichte. Außerdem kann die Polyolefin-Komponente ferner geringere Mengen an Kompatibilisierungsmitteln, Mitteln zur Verbesserung der Abnutzungsbeständigkeit, Mittel zur Induktion der Kräuselung und dgl. enthalten. Zu erläuternden Beispielen für solche Agentien gehören Acryl-Polymere, z. B. Ethylen/Alkylacrylat-Copolymere; Polyvinylacetat; Ethylen-Vinylacetat; Polyvinylalkohol; Ethylen-Vinylalkohol und dgl.
Zu Polyamiden, auch als "Nylons" bekannt, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, gehören diejenigen, die erhalten werden können durch Polymerisation eines Diamins mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen zwischen den Amin-Endgruppen mit einer Dicarbonsäure, oder alternativ solche, die erhalten werden durch Polymerisation einer Monoaminocarbonsäure oder eines inneren Lactams derselben mit einem Diamin und einer Dicarbonsäure. Weitere geeignete Polyamide können stammen aus der Kondensation einer Monoaminocarbonsäure oder eines inneren Lactams derselben mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen zwischen den Amino- und Carbonsäuregruppen, sowie auf andere Weise.
Zu geeigneten Diaminen gehören diejenigen der Formel
H&sub2;N(CH&sub2;)nNH&sub2;
worin n vorzugsweise eine Zahl von 1 bis 16 ist, und diese umfassen Verbindungen wie Trimethylendiamin, Tetramethylendiamin, Pentamethylendiamin, Hexamethylendiamin, Octamethylendiamin, Decamethylendiamin, Dodecamethylendiamin und Hexadecamethylendiamin; aromatische Diamine, z. B. p- Phenylendiamin, m-Xylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylether, 4,4'- Diaminodiphenylsulfon, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, alkylierte Diamine, z. B. 2,2-Dimethylpentamethylendiamin, 2,2,4-Trimethylhexamethylendiamin und 2,4,4-Trimethylpentamethylendiamin sowie cycloaliphatische Diamine, z. B. Diaminodicyclohexylmethan und andere Verbindungen.
Bei den Dicarbonsäuren, die für die Herstellung der Polyamide verwendbar sind, handelt es sich vorzugsweise um solche, die durch die allgemeine Formel dargestellt werden
HOOC-Z-COOH
worin Z steht für einen divalenten aliphatischen Rest, der mindestens 2 Kohlenstoffatome enthält, wie z. B. Adipinsäure, Sebacinsäure, Octadecandisäure, Pimelinsäure, Suberinsäure, Azelainsäure, Undecandisäure und Glutarsäure oder ein divalenter aromatischer Rest wie Isophthalsäure und Terephthalsäure.
Zu erläuternden Beispielen für geeignete Polyamide gehören Polypropiolactam (Nylon 3), Polypyrrolidon (Nylon 4), Polycaprolactam (Nylon 6), Polyheptolactam (Nylon 7), Polycaprylactam (Nylon 8), Polynonanolactam (Nylon 9), Poly- undecanolactam (Nylon 11), Polydodecanolactam (Nylon 12), Poly(tetramethylendiamin-co-adipinsäure) (Nylon 4,6), Poly(tetramethylendiamin-co-isophthalsäure) (Nylon 4,1), Polyhexamethylendiaminadipamid (Nylon 6, 6), Polyhexamethylenazelainamid (Nylon 6,9), Polyhexamethylensebacamid (Nylon 6,10), Polyhexamethylenisophthalamid (Nylon 6,1), Polyhexamethylenterephthalamid (Nylon 6,T), Polymetaxylenadipamid (Nylon MXD:6), Poly(hexamethylendiamin-co-dodecandisäure) (Nylon 6,12), Poly(decamethylendiamin-co-sebacinsäure) (Nylon 10,10), Poly(dodecanmethylendiamin-co-dodecandisäure) (Nylon 12, 12), Poly(bis[4-aminocyclohexyl]methan-co-dodecandisäure) (PACM-12), sowie Copolymere der oben genannten Polyamide. Diese Polyamid-Copolymeren umfassen beispielhaft, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Caprolactam-hexamethylenadipamid (Nylon 6/6, 6), Hexamethylenadipamidcaprolactam (Nylon 6, 6/6) sowie andere Polyamid-Copolymere, die hier nicht einzeln aufgezählt werden. Es können auch Mischungen von zwei oder mehr Polyamiden verwendet werden. Polyamide, die für die erfindungsgemäße Verwendung besonders geeignet sind, sind Polycaprolactam (Nylon 6), Polyhexamethylenadipamid (Nylon 6/6) und Copolymere und Mischungen davon. Außerdem für die vorliegende Erfindung geeignet sind hydrophile Polyamid- Copolymere, z. B. Caprolactam und Alkylenoxid; z. B. Ethylenoxid; Copolymere und Hexamethylenadipamid und Alkylenoxid-Copolymere.
Zweckmäßig werden die Polyolefin- und Polyamid-Komponenten so ausgewählt, dass sie ähnliche Schmelzviskositäten aufweisen, um das Faserspinn- Verfahren zu vereinfachen, da im allgemeinen Polymere mit ähnlichen Schmelzviskositäten mit konventionellen Spinndüsen-Anordnungen leichter gesponnen werden können.
Die erfindungsgemäße Nonwoven-Bahn kann außerdem andere Fasern enthalten, z. B. Monokomponenten-Fasern, Naturfasern, wasserlösliche Fasern, Bulking-Fasern, Füllstoff-Fasern und dgl. Außerdem können die Konjugaffasern konventionelle Zusätze und Modifizierungsmittel, die für Olefinpolymere geeignet sind, enthalten, z. B. Netzmittel, Antistatikmittel, Füllstoffe, Pigmente, UV- Stabilisatoren, wasserabweisend machende Agentien und dgl. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher erläutert, die Erfindung ist jedoch keineswegs darauf beschränkt.

Beispiele

Beispiele 1 bis 3 (Bsp. 1 - Bsp. 3)

Es wurden drei Gruppen von punktförmig gebundenen Nonwoven-Bahnen mit einem Flächengewicht von etwa 0,0034 g/cm² (1 ounce/yd² (osy)) hergestellt aus Polypropylen (Hülle)/Nylon 6 (Kern)-Bikomponenten-Spunbond-Fasern mit unterschiedlichen Polymer-Gewichtsverhältnissen, wie in der Tabelle 1 angegeben. Bei dem verwendeten Polypropylen handelte es sich um Exxon PD 3445 und bei dem verwendeten Nylon 6 handelte es sich um Custom Resin 401-D, das eine Schwefelsäure-Viskosität von 2, 2 aufwies. Das Polypropylen wurde mit 2 Gew.-% eines TiO&sub2;-Konzentrats, das 50 Gew.-% TiO&sub2; und 50 Gew.-% Polypropylen enthielt, gemischt und die Mischung wurde in einen ersten Einzelschnecken-Extruder eingeführt. Das Nylon 6 wurde mit 2 Gew.-% eines TiO&sub2;-Konzentrats, das 25 Gew.-% TiO&sub2; und 75 Gew.-% Nylon 6 enthielt, gemischt und die Mischung wurde in einen zweiten Einzelschnecken-Extruder eingeführt. Die extrudierten Polymeren wurden unter Verwendung einer Bikomponenten-Spinndüse, die einen Spinnloch-Durchmesser von 0,6 mm und ein LID-Verhältnis von 4 : 1 aufwies, zu runden Bikomponenten-Fasern versponnen. Die Schmelztemperaturen der Polymeren, die der Spinndüse zugeführt wurden, wurden bei 229ºC (445ºF) gehalten und die Spinnloch-Durchsatz- Geschwindigkeit betrug 0,7 g/Loch/min. Die aus der Spinndüse austretenden Bikomponenten-Fasern wurden mittels eines Luftstroms mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 8361 cm³/s pro cm (45 SCFM/inch) Spinndüsenbreite mit einer Temperatur von 18ºC (65ºF) abgeschreckt. Die Abschreckungs-Luft wurde in einem Abstand von etwa 12,7 cm (5 inches) unterhalb der Spinndüse auftreffen gelassen und die abgeschreckten Fasern wurden in einer Ansaug- Einheit des Typs, wie er in dem US-Patent 3 802 817 (Matsuki et al.) beschrieben ist, ausgezogen. Die abgeschreckten Fasern wurden mit Umgebungsluft in der Ansaug-Einheit ausgezogen, um Fasern von 2,5 Denier zu erhalten. Dann wurde die ausgezogenen Fasern auf einer perforierten formgebenden Oberfläche abgelagert unter Unterstützung durch einen Vakuumstrom zur Bildung einer nicht-gebundenen Faserbahn.
Die nicht-gebundene Faserbahn wurde bei verschiedenen Bindungstemperaturen gebunden, indem man die Bahn durch den Walzenspalt hindurchführte, der zwischen zwei Bindungswalzen gebildet wurde, einer glatten Walze und einer gemusterten Walze, die mit einer Ölheizungs-Kontrolle mit einstellbarer Temperatur ausgestattet waren. Die gemusterte Walze wies eine Dichte der Bindungspunkte von 310 in regelmäßigem Abstand voneinander angeordneten Punkten pro 6,45 cm² (1 inch²) auf und die gesamte Oberflächengröße der erhabenen Punkte bedeckte etwa 15% der Walzen-Oberfläche. Mit den beiden Bindungswalzen wurde ein Walzenspalt-Druck von etwa 15,5 kg/cm (87 lbs/linear inch) ausgeübt. Die resultierende gebundene Bahn wurde in bezug auf ihre Grab-Zugfestigkeit nach den Federal Standard Methods 191A, Methode 5100, getestet. Die Bindungstemperaturen und die Ergebnisse in bezug auf die Grab-Zugfestigkeit sind in der Tabelle 1 angegeben und die Werte für die MD- Zugfestigkeit sind in der Fig. 1 graphisch dargestellt und die Werte für die CD- Zugfestigkeit sind in der Fig. 2 graphisch dargestellt.

Kontrolle 1 (C)

Eine Monokomponenten-Polypropylenfaser-Bahn wurde hergestellt und gebunden durch Anwendung der Verfahrensmaßnahme des Beispiels 1 unter Verwendung von Exxon PD 3445-Polypropylen, jedoch mit der Ausnahme, dass die Spinndüse durch eine Homopolymer-Spinndüse ersetzt wurde, die einen Spinnloch-Durchmesser von 0,6 mm und ein L/D-Verhältnis von 4 : 1 aufwies und dass kein zweiter Extruder verwendet wurde. Die Bindungstemperaturen und die Grab-Zugfestigkeits-Ergebnisse sind in der Tabelle 1 und in den Fig. 1 und 2 dargestellt.

Beispiel 4 (Bsp. 4)

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch ein lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE) anstelle von Polypropylen verwendet wurde und eine Bindungswalze mit einem anderen Muster verwendet wurde. Bei der Bindungsmusterwalze waren etwa 25% der gesamten Oberflächengröße von den erhabenen Muster-Bindungspunkten bedeckt und die Bindungspunkt-Dichte betrug 31 (200) regelmäßig im Abstand voneinander angeordnete Punkte pro cm² (inch²). Bei dem verwendeten LLDPE handelte es sich um Aspun 6811A, erhältlich von der Firma Dow Chemical. Die Bindungstemperaturen und die Grab- Zugfestigkeits-Ergebnisse sind in der Tabelle 1 und in den Fig. 1 und 2 dargestellt Tabelle 1
Wie aus den Beispielen ersichtlich, weisen die punktförmig gebundenen erfindungsgemäßen Materialien (Vliesstoffe) eine hohe Zugfestigkeit auf selbst bei den niedrigen Bindungstemperaturen, bei denen konventionelle Monokomponenten-Fasermaterialien keine Bindungen zwischen den Fasern mit einer entsprechenden Festigkeit bilden. Außerdem zeigen die Festigkeits-Ergebnisse der Beispiel 2 und 3, dass die verbesserte Festigkeit der erfindungsgemäßen Materialien (Vliesstoffe) nicht erklärt werden kann durch die Festigkeit der Nylon-Komponente, da Beispiel 2, bei dem eine größere Menge Nylon 6 verwendet wurde, keine signifikant höhere Zugfestigkeit aufwies als Beispiel 3. Wie weiter unten näher erläutert, wird angenommen, dass der größte Teil der Festigkeit der Materialien (Vliesstoffe) sich aus der Bindungsfestigkeit zwischen den Fasern ableitet.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Abtastelektronenmikrofotografie eines gebrochenen (defekten) Abschnitts der Testprobe des Beispiels 1, die bei 138ºC (280ºF) gebunden wurde. Die Fig. 3 zeigt, dass die Bindungspunkte weitgehend intakt sind selbst an dem Abschnitt des Bruches und dass der Bruch (Defekt) das Ergebnis eines Faserbruches zwischen den Bindungspunkten ist. Die Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht des gebrochenen (defekten) Abschnitts, der eindeutig zeigt, dass der Bruch weder die vorstehend beschriebenen konventionellen Bruchmodi, d. h. den Delaminierungs-Bruchmodus, noch den Bruchmodus am Rand des Bindungspunktes betrifft. Die Fig. 5 und 6 stellen Abtastelektronenmikrofotografien eines gebrochenen (defekten) Abschnitts einer Testprobe der Kontrolle 1 dar, die bei 138ºC (280ºF) gebunden wurde. Die Fig. 5 zeigt, dass die Bindungspunkte unter der angelegten Spannung einfach zerfielen und verschwanden. Die Fig. 6, die eine vergrößerte Ansicht des Abschnittes darstellt, zeigt eindeutig den konventionellen Delaminierungsbruch der Bindungspunkte. Ein Vergleich zwischen den beiden Beispiel-Proben und nähere Untersuchungen in bezug auf den Bruchabschnitt zeigen, dass der Bruch des punktförmig gebundenen erfindungsgemäßen Polypropylen/Nylon- Bikomponenten-Materials aus dem Bruch der Fasern zwischen den Bindungspunkten resultierte und die Bindungspunkte überhaupt nicht betraf. Überraschenderweise sind, anders als bei den konventionellen Bindungspunkten von Nonwoven-Olefin-Materialien, die Bindungspunkte der erfindungsgemäßen Materialien signifikant fester als die Festigkeit der Komponentenfasern.

Beispiele 5 bis 7 (Bsp. 5-7)

Für das Beispiel 5 wurden Stränge aus den nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellten und für die Testproben verwendeten Bikomponentenfasern gesammelt, nachdem die Fasern auf dem formgebenden Band abgelagert worden waren. Für die Beispiele 6 und 7 wurden die Stränge für die Bikomponenten-Konjugatfasern nach den in Beispiel 1 angegebenen Verfahrensmaßnahmen hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, dass die Fasern eine Seite-an- Seite-Konjugatfaser-Konfiguration aufwiesen. Die Fasern wurden getestet in bezug auf ihre Einzelfaser-Zähigkeit und ihr Dehnungs-Verhalten entsprechend dem ASTM D 3822-Testverfahren, jedoch mit der Ausnahme, dass die angewendete Dehnungsrate 30,5 cm (12 inches) pro min betrug.

Kontrollen 2 bis 3 (C2-C3)

Stränge von Monokomponenten-Polypropylenfasern wurden aus der Nonwoven-Bildungsstufe der Kontrolle 1 gesammelt. Die Fasern wurden unter Anwendung der in Beispiel 5 angegeben Verfahrensmaßnahmen getestet. Tabelle 2
Die Ergebnisse der Tabelle 2 zeigen, dass die Festigkeit der erfindungsgemäßen Materialien (Vliesstoffe) nicht auf die Festigkeit der einzelnen Fasern zurückzuführen ist, da die Nylon enthaltenden Konjugatfasern selbst nicht fester sind, sondern sogar schwächer sind als Monokomponenten-Polypropylenfasern.
Das erfindungsgemäße, punktförmig gebundene Nonwoven-Material (Vliesstoff), das aus Konjugaffasern mit einer Polyolefin-Komponente und einer Nylon-Komponente hergestellt ist, weist eine überraschend hohe Festigkeit der Bindung zwischen den Fasern auch dann auf, wenn das Material bei einer Temperatur gebunden worden ist, die wesentlich niedriger ist als die konventionellen Olefin-Nonwoven-Bahn-Bindungstemperaturen. Außerdem weisen die gebundenen Materialien (Vliesstoffe) eine hohe Zugfestigkeit auf, die nicht auf die Festigkeit der einzelnen Fasern zurückzuführen ist, sondern auf die Festigkeit der Bindungspunkte zurückzuführen ist. Das efindungsgemäße Material (Vliesstoff) kann ferner in einem breiten Bereich von unterschiedlichen Bindungstemperaturen gebunden werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines punktförmig gebundenen Nonwoven- Gewebes aus Konjugatfasern mit festen Bindungspunkten, wobei die genannten Konjugatfasern ein Polyolefin und ein Polyamid umfassen, wobei das Verfahren umfasst:

a) die Ablagerung der genannten Konjugatfasern auf einer formgebenden Oberfläche unter Bildung einer Nonwoven-Bahn und

b) das Einführen der genannten Bahn in einen Walzenspalt, der von zwei aneinandergrenzenden Bindungswalzen gebildet wird, die auf eine Temperatur erhitzt sind, die um mehr als 10ºC unterhalb des Schmelzpunkts des genannten Polyolefins liegt, und die an erhöhten Punkten einen Walzenspalt-Druck zwischen etwa 20685 und etwa 1241100 kPa (3000 - 180000 psi) ausüben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das genannte punktförmig gebundene Gewebe eine Grab-Reissfestigkeit in Maschinenlaufrichtung von mindestens 67 N(15 lbs) aufweist, bestimmt nach Federal Standard Methods 191A, Methode 5100.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das genannte punktförmig gebundene Gewebe eine Grab-Reissfestigkeit in Maschinenlaufrichtung von mindestens 110 N (25 lbs) aufweist, bestimmt nach Federal Standard Methods 191A, Methode 5100.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die genannten Konjugatfasern eine Konfiguration, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus Hüllen/Kern- und Insel-im-Meer-Konfigurationen, aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die genannten Bindungswalzen auf eine Temperatur erhitzt werden, die zwischen etwa 20 und etwa 600C unterhalb des Schmelzpunktes des genannten Polyolefins liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin das genannte Polyolefin ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polypenten, Polyvinylacetat und Copolymeren und Mischungen davon.

7. Verfahren nach Anspruch 1, worin das genannte Polyamid ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Polycaprolactam, Polyhexamethylendiaminadipamid, Copolymeren von Caprolactam und Hexamethylendiaminadipamid, Copolymeren von Caprolactam oder Hexamethylendiaminadipamid und Ethylenoxid und Mischungen davon.

8. Punktförmig gebundenes Nonwoven-Gewebe aus Konjugatfasern, das feste Bindungspunkte aufweist, wobei das genannte Gewebe in der Maschinenlaufrichtung eine Grab-Reissfestigkeit von mindestens 67 N(15 lbs), bestimmt nach Federal Standard Methods 191A, Methode 5100, aufweist und die genannten Konjugatfasern ein Polyolefin und ein Polyamid umfassen, das erhältlich ist nach einem Verfahren nach Anspruch 1.

9. Punktförmig gebundenes Nonwoven-Gewebe nach Anspruch 8, worin die Polymer-Komponenten so angeordnet sind, dass sie im wesentlichen unterschiedliche Abschnitte jeder der Konjugatfasern entlang der Länge der genannten Fasern besetzen.

10. Punktförmig gebundenes Nonwoven-Gewebe nach Anspruch 8, worin die genannten Konjugatfasern eine Konfiguration, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus Hüllen/Kern- und Insel-im-Meer-Konfigurationen, aufweisen.

11. Punktförmig gebundene Nonwoven-Bahn nach Anspruch 8, worin die genannten Konjugatfasern eine Hüllen/Kern-Konfiguration aufweisen.

12. Punktförmig gebundene Nonwoven-Bahn nach Anspruch 8, worin die genannten Bindungswalzen auf eine Temperatur erhitzt sind, die zwischen etwa 20 und etwa 60ºC unterhalb des Schmelzpunktes des genannten Polyolefins liegt.

13. Punktförmig gebundene Nonwoven-Bahn nach Anspruch 8, worin das genannte Polyolefin ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Polypenten, Polyvinylacetat und Copolymeren und Mischungen davon.

14. Punktförmig gebundene Nonwoven-Bahn nach Anspruch 8, worin das genannte Polyamid ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Polycaprolactam, Polyhexamethylendiaminadipamid, Copolymeren von Caprolactam und Hexamethylendiaminadipamid, Copolymeren von Caprolactam oder Hexamethylendiaminadipamid und Ethylenoxid und Mischungen davon.