-
Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen spinngebundene Mehrkomponentenfilamente
und Vliesbahnen, die aus den Filamenten hergestellt werden. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung das Aufnehmen eines Additivs
in eines der Polymere, das verwendet wird, um Mehrkomponentenfilamente
herzustellen. Das Additiv verbessert die Kräuselung, ermöglicht feinere
Filamente, verbessert die Einheit von ungebundenen Bahnen, die aus
den Filamenten hergestellt werden, verbessert die Bindung der Filamente
und erzeugt Bahnen mit verbesserter Dehnbarkeit und stoffartigen
Eigenschaften. Das Additiv, das in die Filamente aufgenommen wird,
ist ein Butylen-Propylen-Random-Copolymer.
-
Vliesstoffe
werden verwendet, um eine Vielzahl an verschiedenen Produkten herzustellen,
die wünschenswerterweise
bestimmte Grade an Weichheit, Festigkeit, Gleichmäßigkeit,
Flüssigkeitshandhabungseigenschaften,
wie z.B. Absorptionsfähigkeit,
und andere physikalische Eigenschaften aufweisen. Solche Produkte
umfassen Handtücher,
Industriewischtücher,
Inkontinenzprodukte, Filterprodukte, Kleinkinderpflegeprodukte,
wie z.B. Babywindeln, absorbierende Frauenhygieneprodukte und Bekleidungsstücke, wie
z.B. medizinische Kleidung. Diese Produkte werden oft mit mehreren
Lagen von Vliesstoffen hergestellt, um die gewünschte Kombination von Eigenschaften
zu erreichen. Zum Beispiel können
wegwerfbare Babywindeln, die aus Polymervliesstoffen hergestellt
sind, eine weiche und poröse
Einlageschicht umfassen, die an die Haut des Babys angrenzt, eine
undurchlässige
Außenabdeckungslage,
die fest und weich ist, und eine oder mehrere innere Flüssigkeitshandhabungslagen
umfassen, die weich, bauschig und absorbierend sind.
-
Vliesstoffe,
wie die zuvor erwähnten,
werden allgemein durch Schmelzspinnen von thermoplastischen Materialien
hergestellt. Solche Stoffe werden als spinngebundene Materialien
bezeichnet. Spinngebundene Polymervliesbahnen werden typischerweise
aus thermoplastischen Materialien durch Extrudieren des thermoplastischen
Materials durch eine Spinndüse
und Ziehen des extrudierten Materials zu Filamenten mit einem Strom
von Hochgeschwindigkeitsluft hergestellt, um eine unregelmäßige Bahn
auf einer Sammeloberfläche
zu bilden.
-
Spinngebundene
Materialien mit erstrebenswerten Kombinationen aus physikalischen
Eigenschaften, insbesondere Kombinationen aus Weichheit, Festigkeit
und Absorptionsfähigkeit
werden hergestellt, aber es sind Einschränkungen aufgetreten. Zum Beispiel
können
für manche
Anwendungen polymere Materialien, wie z.B. Polypropylen, ein gewünschtes
Maß an
Festigkeit aufweisen, nicht aber ein gewünschtes Maß an Weichheit. Andererseits
weisen Materialien, wie z.B. Polyethylen, in manchen Fällen ein
gewünschtes
Maß an Weichheit
auf, nicht aber ein gewünschtes
Maß an
Festigkeit.
-
Im
Bemühen,
Vliesmaterialien mit gewünschten
Kombinationen aus physikalischen Eigenschaften herzustellen, sind
Polymervliesstoffe aus Mehrkomponenten- oder Bikomponentenfilamenten
und -fasern entwickelt worden. Bikomponenten- oder Mehrkomponenten-Polymerfasern oder
-filamente umfassen zwei oder mehrere polymere Komponenten, die
getrennt bleiben. Wie hier verwendet bedeutet Filamente kontinuierliche Stränge von
Material, und Fasern bedeutet geschnittene oder unterbrochene Stränge mit
einer bestimmten Länge.
Die erste und die folgenden Komponenten von Mehrkomponentenfilamenten
sind im wesentlichen in getrennten Zonen über den Querschnitt der Filamente
angeordnet und erstrecken sich kontinuierlich entlang der Länge der
Filamente. Typischerweise weist eine Komponente andere Eigenschaften
auf als die andere, so dass die Filamente Eigenschaften der zwei
Komponenten aufweisen. Zum Beispiel kann eine Komponente Polypropylen
sein, das verhältnismäßig fest
ist, und die andere Komponente kann Polyethylen sein, das verhältnismäßig weich
ist. Das Endergebnis ist ein fester und dennoch weicher Vliesstoff.
-
EP 0 696 655 A1 offenbart
schmelzklebende Verbundfasern und ein Verfahren zur Herstellung
der Verbundfasern. Die schmelzklebenden Verbundfasern sind Verbundfasern
vom Seite-an-Seite-Typ oder vom Mantel-Kern-Typ.
-
Das
kristalline Polypropylen, das als erste Komponente in den Verbundfasern
verwendet wird, ist ein kristallines Polymer, das polymerisiertes
Propylen als Hauptkomponente enthält (z.B. das 80 bis 100 Gewichtsprozent
der ersten Komponente bildet), und umfasst nicht nur Homopolymere
von Propylen, sondern auch Copolymere von Propylen mit Ethylen,
Buten-1 oder 4-Methylpenten.
-
Das
Polyethylen, das als zweite Komponente in den Verbundfasern von
D1 verwendet wird, ist ein Polymer, wie z.B. ein Mittel- oder Niederdruckpolyethylen,
und Hochdruckpolyethylen, das polymerisiertes Ethylen enthält, und
umfasst nicht nur Homopolymere von Ethylen, sondern auch Copolymere
mit Propylen, Buten-1 oder Vinylazetat (EVA).
-
Der
Schmelzpunkt des Polyethylens ist vorzugsweise um 20 °C oder mehr
niedriger als der Schmelzpunkt des kristallinen Polypropylens als
erste Komponente.
-
Um
das Volumen oder die Fülle
der Bikomponentenvliesbahnen für
eine verbesserte Fluidbewältigungsleistung
oder für
ein verbessertes, "stoffartiges" Gefühl der Bahnen
zu erhöhen,
sind die Bikomponentenfilamente oder -fasern oft gekräuselt. Bikomponentenfilamente
können
entweder mechanisch gekräuselt werden,
oder, wenn die entsprechenden Polymere verwendet werden, natürlich gekräuselt werden.
Wie hier verwendet ist ein natürlich
gekräuseltes
Filament ein Filament, das durch Aktivieren einer latenten Kräuselung, die
in den Filamenten enthalten ist, gekräuselt wird. Zum Beispiel können in
einer Ausführungsform
Filamente natürlich
gekräuselt
werden, indem sie einem Gas, wie z.B. einem erhitzten Gas, ausgesetzt
werden, nachdem sie gezogen worden sind.
-
Im
Allgemeinen ist es weit mehr vorzuziehen, Filamente aufzubauen,
die natürlich
gekräuselt
werden können,
im Gegensatz dazu, dass man die Filamente in einem separaten mechanischen
Verfahren kräuseln muss.
In der Vergangenheit sind allerdings Schwierigkeiten bei der Herstellung
von Filamenten aufgetreten, die sich natürlich in dem Maß kräuseln, wie
es für
die jeweilige Anwendung erforderlich war. Es hat sich auch als sehr
schwierig herausgestellt, natürlich
gekräuselte,
feine Filamente herzustellen, wie z.B. Filamente mit einer linearen
Dichte von weniger als 2 Denier. Genauer gesagt verhindert oder
entfernt die Zugkraft, die verwendet wird, um feine Filamente herzustellen, üblicherweise
jegliche bedeutende latente Kräuselung,
die in den Filamenten enthalten sein kann. Insofern besteht derzeit
ein Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von Mehrkomponentenfilamenten
mit verbesserten natürlichen
Kräuselungseigenschaften.
Es besteht auch ein Bedarf an Vliesbahnen, die aus solchen Filamenten
hergestellt werden.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung erkennt und richtet sich an die vorhergehenden
Nachteile und andere von Konstruktionen und Verfahren nach dem Stand
der Technik.
-
Dementsprechend
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Vliesstoffe
und Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen.
-
Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Polymervliesstoffe
bereitzustellen, die stark gekräuselte
Filamente und Verfahren zu deren wirtschaftlicher Herstellung umfassen.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein verfahren zum
Steuern der Eigenschaften eines Polymervliesstoffes durch Variieren
des Grades an Kräuselung
von Filamenten und Fasern bereitzustellen, die verwendet werden,
um den Stoff herzustellen.
-
Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes
Verfahren zum natürlichen Kräuseln von
Mehrkomponentenfilamenten bereitzustellen.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum natürlichen
Kräuseln
von Mehrkomponentenfilamenten durch Hinzufügen eines Butylen-Propylen-Copolymers
zu einer der Komponenten der Filamente bereitzustellen.
-
Eine
noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein natürlich gekräuseltes
Filament bereitzustellen, das eine lineare Dichte von weniger als
2 Denier aufweist.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Bikomponentenfilament
bereitzustellen, das aus Polypropylen und Polyethylen hergestellt
wird, wobei ein Additiv zur Kräuselungsverbesserung
zu dem Polyethylen hinzugefügt
worden ist.
-
Eine
noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
natürlichen
Kräuseln
von Mehrkomponentenfilamenten bereitzustellen, die Polypropylen
und Polyethylen enthalten, wobei ein Additiv zur Kräuselungsverbesserung
und ein rückgewonnenes
Polymer zu dem Polyethylen hinzugefügt worden ist.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Additiv zur
Kräuselungsverbesserung
bereitzustellen, das auch die Festigkeit von ungebundenen Bahnen
verbessert, die aus Filamenten hergestellt werden, die das Additiv
enthalten.
-
Diese
und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden erreicht durch
Bereitstellen eines Verfahrens zur Bildung einer Vliesbahn. Das
Verfahren umfasst die Schritte des Schmelzspinnens von Mehrkomponentenfilamenten.
Die Mehrkomponentenfilamente umfassen eine erste polymere Komponente
und eine zweite polymere Komponente. Die erste polymere Komponente
weist eine raschere Erstarrungsrate auf als die zweite polymere
Komponente, um die Filamente mit einer latenten Kräuselung
auszustatten. Die zweite polymere Komponente enthält ein Additiv
zur Kräuselungsverbesserung,
welches ein Butylen-Propylen-Random-Copolymer ist, in einer Menge
bis zu 10 Gewichtsprozent.
-
Nach
dem Schmelzspinnen werden die Mehrkomponentenfilamente gezogen und
natürlich
gekräuselt.
Danach werden die gekräuselten
Mehrkomponentenfilamente zu einer Vliesbahn geformt zur Verwendung
in verschiedenen Anwendungen.
-
Die
zweite polymere Komponente umfasst Polyethylen oder ein Copolymer
aus Ethylen und Propylen. Das Butylen-Propylen-Random-Copolymer wird zur zweiten
polymeren Komponente in einer Menge bis zu 10 Gewichts-% und insbesondere
von 0,5 bis 5 Gewichts-% hinzugefügt. Vorzugsweise ist das Butylen-Propylen-Copolymer
ein Random-Copolymer, das weniger als etwa 20 Gewichts-% Butylen
und insbesondere etwa 14 Gewichts-% Butylen enthält.
-
Die
erste polymere Komponente ist andererseits in einer bevorzugten
Ausführungsform
Polypropylen. Andere Polymere, die verwendet werden können, umfassen
Nylon, Polyester und Copolymere von Polypropylen, wie z.B. ein Propylen-Ethylen-Copolymer.
-
Entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist auch herausgefunden worden, dass
das Butylen-Propylen-Random-Copolymer
auch als Polymer-Kompatibilisator dient. Im Besonderen ist herausgefunden
worden, dass das Copolymer eine bessere homogene Mischung zwischen
verschiedenen Polymeren ermöglicht.
In diesem Zusammenhang kann die erste polymere Komponente entsprechend
der vorliegenden Erfindung auch ein rückgewonnenes Polymer enthalten.
Rückgewonnenes
Polymer stellt, wie hier verwendet, Polymerabfälle dar, die wieder verwertet
und zu den Filamenten hinzugefügt
werden. Zum Beispiel kann das rückgewonnene Polymer
eine Mischung aus Polyethylen, Polypropylen und Copolymere von Propylen
und Ethylen umfassen und kann aus den abgeschnittenen Rändern von
früher
gebildeten Vliesbahnen gewonnen werden. In der Vergangenheit sind
Schwierigkeiten beim Wiederverwerten von rückgewonnenem Polymer, insbesondere
rückgewonnenem
Bikomponenten-Polymer, und bei seiner Aufnahme in Filamente, ohne
die physikalischen Eigenschaften der Filamente nachteilig zu beeinflussen,
aufgetreten.
-
Diese
und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden auch durch
Bereitstellen einer Vliesbahn erreicht, die aus spinngebundenen,
gekräuselten
Mehrkomponentenfilamenten hergestellt ist. Die gekräuselten
Mehrkomponentenfilamente werden aus wenigstens einer ersten polymeren
Komponente und einer zweiten polymeren Komponente hergestellt. Insbesondere
werden die polymeren Komponenten so ausgewählt, dass die erste polymere
Komponente eine raschere Erstarrungsrate aufweist als die zweite
polymere Komponente, um die Filamente mit einer latenten Kräuselung
auszustatten. Entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält die zweite
polymere Komponente ein Additiv zur Kräuselungsverbesserung. Insbesondere ist
das Additiv zur Kräuselungsverbesserung
ein Butylen-Propylen-Random-Copolymer.
-
Zum
Beispiel können
in einer Ausführungsform
die gekräuselten
Filamente Bikomponentenfilamente sein, die eine Polypropylen-Komponente
und eine Polyethylen-Komponente
umfassen. Das Butylen-Propylen-Random-Copolymer kann zur Polyethylen-Komponente
in einer Menge von bis zu etwa 5 Gewichts-% hinzugefügt werden.
Vorzugsweise enthält
das Butylen-Propylen-Random-Copolymer
etwa 14 Gewichts-% Butylen.
-
Durch
die Zugabe des Additivs zur Kräuselungsverbesserung
können
die Mehrkomponentenfilamente ein sehr niedriges Denier aufweisen
und trotzdem natürlich
gekräuselt
werden. Zum Beispiel ist das Denier der Filamente kleiner als 2
und insbesondere kleiner als etwa 1,2.
-
In
diesem Zusammenhang betrifft die vorliegende Erfindung auch ein
natürlich
gekräuseltes
Mehrkomponentenfilament, das wenigstens eine erste polymere Komponente
und eine zweite polymere Komponente umfasst. Die erste Polymere
Komponente kann zum Beispiel Polypropylen sein. Die zweite polymere
Komponente andererseits kann zum Beispiel Polyethylen sein und enthält ein Additiv
zur Kräuselungsverbesserung in
einer Menge von weniger als 10 Gewichts-%, die ausreichend ist,
um den Filamenten zu erlauben, wenigstens 4 Kräuselungen pro cm aufzuweisen
und natürlich
gekräuselt
zu werden bei einem Denier von weniger als 2 und insbesondere weniger
als etwa 1,2.
-
Andere
Aufgaben, Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend genauer besprochen.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Eine
volle und ermächtigende
Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Form, ist
für einen Durchschnittsfachmann
genauer im Rest der Beschreibung angeführt mit Bezugnahme auf die
beigefügten
Figuren, wobei
-
1 eine schematische Zeichnung
einer Fertigungsstrasse zur Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
-
2A eine schematische Zeichnung
ist, die einen Querschnitt eines Filamentes darstellt, das gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit den polymeren Komponenten A und B
in einer Seite-an-Seite-Anordnung
hergestellt worden ist; und
-
2B eine schematische Zeichnung
ist, die den Querschnitt eines Filamentes darstellt, das gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit den polymeren Komponenten A und B
in einer exzentrischen Mantel/Kern-Anordnung hergestellt worden
ist.
-
Eine
wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung
und den Zeichnungen soll die selben oder analoge Teile oder Elemente
der Erfindung repräsentieren.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Es
versteht sich für
den Durchschnittsfachmann von selbst, dass die vorliegende Besprechung
nur eine Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen ist und es nicht
beabsichtigt ist, dass sie die weiteren Aspekte der vorliegenden
Erfindung einschränkt,
wobei die weiteren Aspekte in der beispielhaften Konstruktion ausgeführt sind.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Mehrkomponentenfilamente
und spinngebundene Bahnen, die aus den Filamenten hergestellt werden.
Insbesondere werden die Filamente zum Beispiel zu einer spiralförmigen Anordnung
natürlich
gekräuselt.
Das Kräuseln
der Filamente erhöht
das Volumen, die Weichheit und die Drapierfähigkeit. Die Vliesbahnen weisen
auch verbesserte Fluidbewältigungseigenschaften
auf und weisen ein verbessertes stoffartiges Aussehen und Gefühl auf.
-
Mehrkomponentenfilamente
zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung enthalten wenigstens
zwei polymere Komponenten. Die polymeren Komponenten können zum
Beispiel in einer Seite-an-Seite-Anordnung oder in einer exzentrischen
Mantel-Kern-Anordnung sein. Die polymeren Komponenten werden aus
halbkristallinen und kristallinen thermoplastischen Polymeren ausgewählt, die
voneinander unterschiedliche Erstarrungsraten aufweisen, damit die
Filamente einer natürlichen
Kräuselung
unterliegen. Insbesondere weist eine der polymeren Komponenten eine
raschere Erstarrungsrate auf als die andere polymere Komponente.
-
Wie
hier verwendet bezieht sich die Erstarrungsrate eines Polymers auf
die Geschwindigkeit, mit der ein erweichtes oder geschmolzenes Polymer
erhärtet
und eine fixe Struktur bildet. Es wird angenommen, dass die Erstarrungsrate
eines Polymers von verschiedenen Parametern beeinflusst wird, einschließlich Schmelztemperatur
und Kristallisationsrate des Polymers.
-
Zum
Beispiel weist ein rasch erstarrendes Polymer typischerweise einen
Schmelzpunkt auf, der etwa 10 °C
oder höher,
insbesondere etwa 20 °C
oder höher
und am meisten erwünscht
etwa 30 °C
oder höher
als bei einem Polymer ist, das eine langsamere Erstarrungsrate aufweist.
Es versteht sich allerdings von selbst, dass beide polymeren Komponenten ähnliche
Schmelzpunkte aufweisen können,
wenn ihre Kristallisationsrate messbar unterschiedlich ist.
-
Es
ist zwar nicht bekannt, wird aber angenommen, dass die latente Kräuselungsfähigkeit
von Mehrkomponentenfilamenten auf Grund der Unterschiede in den
Schrumpfeigenschaften zwischen den polymeren Komponenten in den
Filamenten erzeugt wird. Des Weiteren wird davon ausgegangen, dass
der Hauptgrund für
den Schrumpfunterschied zwischen polymeren Komponenten die unvollständige Kristallisation
des langsamer erstarrenden Polymers während des Faserherstellungsverfahrens
ist. Wenn zum Beispiel während
der Bildung der Filamente das rasch erstarrende Polymer erstarrt
ist, dann ist das langsam erstarrende Polymer teilweise erstarrt
und zieht sich nicht weiter messbar; es erfährt somit keine weitere signifikante
Ausrichtungskraft. Beim Fehlen einer Ausrichtungskraft kristallisiert
das langsam erstarrte Polymer nicht signifikant weiter, während es
gekühlt
wird und erstarrt. Dementsprechend besitzen die entstehenden Filamente
eine latente Kräuselungsfähigkeit
und eine solche latente Kräuselungsfähigkeit
kann aktiviert werden, indem die Filamente einem Verfahren unterzogen
werden, das eine ausreichende molekulare Bewegung der Polymermoleküle des langsam
erstarrenden Polymers erlaubt, um eine weitere Kristallisation und
Schrumpfung zu ermöglichen.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft das Hinzufügen eines Additivs zur Kräuselungsverbesserung
zur polymeren Komponente, die die langsamere Erstarrungsrate aufweist,
um die Erstarrungsrate des Polymers weiter zu verlangsamen. Auf
diese Weise wird der Unterschied zwischen den Erstarrungsraten beider
polymeren Komponenten noch größer, wodurch
Mehrkomponentenfilamente erzeugt werden, die eine verbesserte latente Kräuselungsfähigkeit
aufweisen. Im Besonderen ist das Additiv zur Kräuselungsverbesserung der vorliegenden
Erfindung ein Random-Butylen-Propylen-Copolymer.
-
Neben
der Schaffung von Mehrkomponentenfilamenten, die eine größere natürliche Kräuselung
aufweisen, ist herausgefunden worden, dass das Additiv zur Kräuselungsverbesserung
der vorliegenden Erfindung viele andere nützliche Auswirkungen und Vorteile
bereitstellt. Weil zum Beispiel die Filamente der vorliegenden Erfindung
einen größeren Grad
an Kräuselung
aufweisen, weisen Stoffe und Bahnen, die aus den Filamenten hergestellt
werden, ein höheres
Volumen und eine geringere Dichte auf. Da es möglich ist, Bahnen mit geringerer
Dichte herzustellen, wird weniger Material gebraucht, um Bahnen
mit einer bestimmten Dicke herzustellen, und die Bahnen sind daher
weniger teuer herzustellen. Außer
dass sie eine geringere Dichte aufweisen, ist herausgefunden worden,
dass die Bahnen stoffartiger sind, einen weicheren Griff aufweisen,
mehr Dehnbarkeit haben, eine bessere Rückbildung aufweisen und eine
bessere Abriebfestigkeit haben.
-
Wider
Erwarten ist auch als besonderer Vorteil herausgefunden worden,
dass das Additiv zur Kräuselungsverbesserung
der vorliegenden Erfindung weiter die Festigkeit und Einheit von
ungebundenen Bahnen, die aus den Filamenten hergestellt werden,
verbessert. Zum Beispiel ist herausgefunden worden, dass durch Hinzufügen von
nur 1 Gewichts-% des Additivs die ungebundene Festigkeit der Bahn
mehr als verdoppelt werden kann. Da eine größere Einheit der ungebundenen
Bahn erreicht wird, können
die Bahnen der vorliegenden Erfindung mit größeren Geschwindigkeiten verarbeitet
werden. In der Vergangenheit mussten ungebundene spinngebundene
Bahnen vorgebunden oder komprimiert werden, damit sie mit höheren Geschwindigkeiten laufen
konnten. Solche Schritte sind nicht nötig, wenn die Bahnen, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden, verarbeitet werden.
-
Neben
der höheren
Festigkeit weisen spinngebundene Bahnen, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt werden, auch stark verringerte Bahnhandhabungsprobleme
auf, wenn sie mit höheren
Geschwindigkeiten verarbeitet werden. Zum Beispiel wird das Auftreten
von Augenbrauen, Umklappungen und Streckstrichen deutlich verringert,
wenn das Additiv zur Kräuselungsverbesserung
in den Filamenten vorliegt. Insbesondere weisen Bahnen, die Filamente
enthalten, die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt worden sind, eine geringere Tendenz auf von
der Bahn abzustehen, sie weisen stattdessen eine größere Tendenz auf,
sich auf die Bahnoberfläche
zu legen. Als solche treten die Filamente weniger leicht durch die
mit Öffnungen
versehene Oberfläche,
auf der die Bahn gebildet wird, wodurch es leichter wird, die Bahn
von der Oberfläche
zu entfernen.
-
Ein
anderer unerwarteter Vorteil bei der Verwendung des Additivs zur
Kräuselungsverbesserung
der vorliegenden Erfindung ist, dass das Additiv auch als Polymerkompatibilisator
dient. Mit anderen Worten ermöglicht
das Additiv das homogene Mischen von verschiedenen Polymeren. Daher
kann die polymere Komponente, die das Additiv enthält, eine
Mischung von Polymeren enthalten, wenn gewünscht. Zum Beispiel kann in
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die polymere Komponente, die das Additiv
der vorliegenden Erfindung enthält,
auch rückgewonnenes
Polymer enthalten, wie z.B. Polymerabfälle, die von den Abschnitten
von früher
gebildeten spinngebundenen Bahnen und insbesondere Bikomponentenbahnen
gewonnen worden sind.
-
Ein
weiterer Vorteil des Additivs zur Kräuselungsverbesserung der vorliegenden
Erfindung ist, dass das Additiv die Bildung von sehr feinen Mehrkomponentenfilamenten
mit einer verhältnismäßig hohen
natürlichen
Kräuselung
ermöglicht.
In der Vergangenheit war es sehr schwierig, feine Filamente zum
Beispiel mit weniger als 2 Denier herzustellen, die eine verhältnismäßig hohe
natürliche
Kräuselung
aufwiesen. In der Vergangenheit verhinderte oder entfernte die Zugkraft,
die verwendet wurde, um feine Fasern herzustellen, üblicherweise
jede bedeutende latente Kräuselung,
die in den Filamenten vorlag.
-
Filamente,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden, andererseits können mehr als 4 Kräuselungen
pro cm (10 Kräuselungen
pro Inch) bei weniger als 2 Denier und sogar weniger als 1,2 Denier aufweisen.
-
Neben
den oben angeführten
Vorteilen ist auch herausgefunden worden, dass das Additiv zur Kräuselungsverbesserung
der vorliegenden Erfindung die thermische Bindung zwischen den Filamenten
verbessert. Insbesondere weist das Additiv zur Kräuselungsverbesserung
einen breiten Schmelzpunktbereich und eine verhältnismäßig niedrige Schmelztemperatur,
die die Bindung erleichtert, auf.
-
Die
Bahnen und Stoffe der vorliegenden Erfindung sind besonders nützlich zur
Herstellung von verschiedenen Produkten, einschließlich Flüssigkeits-
und Gasfilter, Hygieneartikel und Bekleidungsmaterialien. Hygieneartikel
umfassen Kleinkinderhygieneprodukte, wie z.B. wegwerfbare Babywindeln,
Kinderhygieneprodukte, wie z.B. Höschen zur Sauberkeitserziehung,
und Erwachsenenhygieneprodukte, wie z.B. Inkontinenzprodukte und
Frauenhygieneprodukte. Geeignete Bekleidungsstücke umfassen medizinische Bekleidung,
Arbeitskleidung und ähnliches.
-
Wie
oben beschrieben umfasst der Stoff der vorliegenden Erfindung kontinuierliche
Mehrkomponenten-Polymerfilamente,
die wenigstens eine erste und eine zweite polymere Komponente umfassen.
Eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Polymerstoff, der kontinuierliche
Bikomponentenfilamente einschließt, die eine erste polymere
Komponente A und eine zweite polymere Komponente B umfassen. Die
Bikomponentenfilamente weisen einen Querschnitt, eine Länge und
eine periphere Oberfläche
auf. Die erste und zweite Komponente A und B sind in im Wesentlichen
getrennten Zonen über
den Querschnitt der Bikomponentenfilamente angeordnet und erstrecken
sich kontinuierlich entlang der Länge der Bikomponentenfilamente.
Die zweite Komponente B stellt wenigstens einen Abschnitt der peripheren
Oberfläche
der Bikomponentenfilamente kontinuierlich entlang der Länge der
Bikomponentenfilamente dar.
-
Die
erste und zweite Komponente A und B sind entweder in einer Seite-an-Seite-Anordnung,
wie in 2A gezeigt, oder
in einer exzentrischen Mantel/Kern-Anordnung, wie in 2B gezeigt, angeordnet,
so dass die entstehenden Filamente eine natürliche spiralförmige Kräuselung
aufweisen. Die polymere Komponente A ist der Kern des Filamentes
und die polymere Komponente B ist der Mantel in der Mantel/Kern-Anordnung.
Verfahren zum Extrudieren von Mehrkomponenten-Polymerfilamenten
zu solchen Anordnungen sind Durchschnittsfachleuten gut bekannt.
-
Eine
große
Zahl an verschiedenen Polymeren ist geeignet, um die vorliegende
Erfindung umzusetzen, einschließlich
Polyolefine (wie z.B. Polyethylen und Polypropylen), Polyester,
Polyamide und ähnliches.
Die polymere Komponente A und die polymere Komponente B müssen so
ausgewählt
werden, dass das entstehende Bikomponentenfilament in der Lage ist,
eine natürliche
spiralförmige
Kräuselung
zu entwickeln. Die polymere Komponente A weist eine raschere Erstarrungsrate
auf als die polymere Komponente B. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform
die polymere Komponente A eine höhere Schmelztemperatur
aufweisen als die polymere Komponente B.
-
Vorzugsweise
umfasst die polymere Komponente A Polypropylen oder ein Random-Copolymer
von Propylen und Ethylen. Außer
dass sie Polypropylen enthält,
kann die polymere Komponente A auch ein Nylon oder ein Polyester
sein.
-
Die
polymere Komponente B andererseits umfasst Polyethylen oder ein
Random-Copolymer von Propylen und Ethylen. Bevorzugte Polyethylene
umfassen lineares Polyethylen niedriger Dichte und Polyethylen hoher
Dichte.
-
Geeignete
Materialien zur Herstellung der Mehrkomponentenfilamente der vorliegenden
Erfindung umfassen PD-3445 Polypropylen, erhältlich von Exxon, Houston,
Tex., Random-Copolymer von Propylen und Ethylen, erhältlich von
Exxon, ASPUN 6811A und 2553 lineares Polyethylen niedriger Dichte,
erhältlich
von Dow Chemical Company, Midland, Mich., 25355 und 12350 Polyethylen
hoher Dichte, erhältlich
von Dow Chemical Company.
-
Wenn
Polypropylen Komponente A ist und Polyethylen Komponente B ist,
können
die Bikomponentenfilamente etwa 20 bis etwa 80 Gewichts-% Polypropylen
und etwa 20 bis etwa 80 % Polyethylen umfassen. Mehr bevorzugt umfassen
die Filamente etwa 40 bis etwa 60 Gewichts-% Polypropylen und etwa
40 bis etwa 60 Gewichtsprozent Polyethylen.
-
Wie
oben beschrieben ist das Additiv zur Kräuselungsverbesserung der vorliegenden
Erfindung ein Random-Copolymer von Butylen und Propylen und wird
zur polymeren Komponente B hinzugefügt, die vorzugsweise Polyethylen
ist. Das Butylen-Propylen-Random-Copolymer enthält vorzugsweise 5 bis 20 Gewichts-%
Butylen. Zum Beispiel ist ein im Handel erhältliches Produkt, das als Additiv
zur Kräuselungsverbesserung
verwendet werden kann, Produkt Nr. DS4D05, das von der Union Carbide
Corporation, Danbury; Connecticut, vermarktet wird. Produkt Nr.
DS4D05 ist ein Butylen-Propylen-Random-Copolymer, das 14 Gewichts-% Butylen
und 86 Gewichts-% Propylen enthält.
Vorzugsweise ist das Butylen-Propylen-Copolymer ein filmartiges Polymer mit
einer MFR (melt flow rate – Schmelzfließrate) von
etwa 3,0 bis etwa 15,0 und insbesondere einer MFR von etwa 5 bis
etwa 6,5.
-
Um
das Additiv zur Kräuselungsverbesserung
mit der polymeren Komponente B in einer Ausführungsform zu kombinieren,
können
die Polymere während
der Bildung der Mehrkomponentenfilamente trocken gemischt und miteinander
extrudiert werden. In einer alternativen Ausführungsform können das
Additiv zur Kräuselungsverbesserung
und die polymere Komponente B, die zum Beispiel Polyethylen sein
kann, schmelzvermischt werden, bevor sie zu den Filamenten der vorliegenden
Erfindung geformt werden.
-
Das
Additiv zur Kräuselungsverbesserung
wird zur polymeren Komponente B in einer Menge von weniger als 10
Gewichts-% hinzugefügt.
Wenn die polymere Komponente B Polyethylen enthält, wird das Additiv zur Kräuselungsverbesserung
vorzugsweise in einer Menge von 0,5 bis 5 Gewichts-% hinzugefügt, bezogen auf
das Gesamtgewicht der polymeren Komponente B. Wenn zu viel des Butylen-Propylen-Random-Copolymers
zur polymeren Komponente hinzugefügt wird, können die entstehenden Filamente
zu stark gelockt werden und die Bildung einer Vliesbahn negativ
beeinflussen.
-
Es
wird davon ausgegangen, dass das Butylen-Propylen-Random-Copolymer,
wenn es zu einem Polymer wie z.B. Polyethylen hinzugefügt wird,
die Erstarrungsrate und die Kristallisationsrate des Polymers verlangsamt.
Auf diese Weise wird ein größerer Unterschied
in den Erstarrungsraten zwischen den verschiedenen polymeren Komponenten,
die verwendet werden, um die Filamente herzustellen, erzeugt, wodurch
die latente Kräuselungsfähigkeit
der Filamente erhöht
wird.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden neben dem Hinzufügen des Additivs
zur Kräuselungsverbesserung
zur polymeren Komponente B auch rückgewonnene und wiederverwertete
Polymere zu der polymeren Komponente hinzugefügt. Wie oben beschrieben ist
herausgefunden worden, dass das Additiv zur Kräuselungsverbesserung der vorliegenden
Erfindung auch ein homogenes Mischen zwischen Polymeren ermöglicht.
Insbesondere ist herausgefunden worden, dass das Butylen-Propylen-Random-Copolymer
das Mischen zwischen Polyethylen und einem rückgewonnenen Polymer, das eine
Mischung aus Polyethylen und Polypropylen enthält, ermöglicht. In dieser Ausführungsform
kann das rückgewonnene Polymer
zur polymeren Komponente in einer Menge bis zu etwa 20 Gewichts-%
hinzugefügt
werden kann. Vorzugsweise wird das rückgewonnene Polymer aus Abfällen und
Abschnitten von früher
gebildeten Vliesbahnen gewonnen. Durch die Möglichkeit, solche Polymere
wieder zu verwerten, wird nicht nur die Menge an Materialien, die
erforderlich sind, um die Vliesbahnen der vorliegenden Erfindung
herzustellen, verringert, sondern auch die Menge an Abfall, die
produziert wird, wird eingeschränkt.
-
Ein
Verfahren zur Herstellung von Mehrkomponentenfilamenten und Vliesbahnen
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nun genauer mit Bezugnahme auf 1 besprochen. Das folgende Verfahren
ist ähnlich
dem Verfahren, das in US-Patentschrift Nr. 5,382,400 an Pike et
al. beschrieben ist.
-
Bei
Betrachtung von 1 ist
eine Fertigungsstraße 10 zur
Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung offenbart. Die Fertigungsstraße 10 ist angeordnet,
um kontinuierliche Bikomponentenfilamente herzustellen, aber es
versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung auch Vliesstoffe
umfasst, die mit Mehrkomponentenfilamenten mit mehr als zwei Komponenten
hergestellt werden. Zum Beispiel kann der Stoff der vorliegenden
Erfindung mit Filamenten hergestellt werden, die drei oder vier Komponenten
aufweisen.
-
Die
Fertigungsstraße 10 umfasst
ein Paar Extruder 12a und 12b zum getrennten Extrudieren
einer polymeren Komponente A und einer polymeren Komponente B. Die
polymere Komponente A wird in den entsprechenden Extruder 12a aus
einem ersten Kastenspeiser 14a zugeführt, und die polymere Komponente
B wird in den entsprechenden Extruder 12b aus einem zweiten
Trichter 14b zugeführt.
Die polymeren Komponenten A und B werden aus den Extrudern 12a und 12b durch
den entsprechenden Polymerkanal 16a und 16b zu einer
Spinndüse 18 geführt.
-
Spinndüsen zum
Extrudieren von Bikomponentenfilamenten sind Durchschnittsfachleuten
gut bekannt und werden daher hier nicht näher beschrieben. Allgemein
beschrieben umfasst die Spinndüse 18 ein
Gehäuse,
das ein Spinnpack enthält,
das mehrere Platten umfasst, die übereinander mit einem Muster
von Öffnungen gestapelt
angeordnet sind, um Fließwege
zum getrennten Führen
der polymeren Komponenten A und B durch die Spinndüse zu erzeugen.
Die Spinndüse 18 weist Öffnungen
in einer oder mehreren Reihen angeordnet auf. Die Spinndüsenöffnungen
bilden einen sich nach unten erstreckenden Vorhang von Filamenten,
wenn die Polymere durch die Spinndüse extrudiert werden. Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung kann die Spinndüse 18 so angeordnet
werden, dass sie Seite-an-Seite- oder exzentrische Mantel/Kern-Bikomponentenfilamente bildet,
die in 2A und 2B dargestellt sind.
-
Die
Fertigungsstraße 10 umfasst
auch ein Quenchgebläse 20,
das angrenzend an den Vorhang von Filamenten angeordnet ist, die
sich von der Spinndüse 18 erstrecken.
Luft aus dem Quenchluftgebläse 20 quencht
die Filamente, die sich von der Spinndüse 18 erstrecken.
Die Quenchluft kann von einer Seite des Filamentvorhangs, wie in 1 gezeigt, oder von beiden
Seiten des Filamentvorhangs gerichtet werden.
-
Eine
Faserzieheinheit oder Saugvorrichtung 22 ist unterhalb
der Spinndüse 18 angeordnet
und empfängt
die gequenchten Filamente. Faserzieheinheiten oder Saugvorrichtungen
zur Verwendung beim Schmelzspinnen von Polymeren sind gut bekannt,
wie oben besprochen. Geeignete Faserzieheinheiten zur Verwendung
im Verfahren der vorliegenden Erfindung umfassen eine lineare Fasersaugvorrichtung
von dem Typ wie in US-Patentschrift Nr. 3,802,817 gezeigt, und Saugstrahlapparate
von dem Typ, wie in US-Patentschrift Nr. 3,692,618 und 3,423,266
gezeigt.
-
Allgemein
beschrieben umfasst die Faserzieheinheit 22 einen länglichen
vertikalen Durchgang, durch den die Filamente durch Ansaugen von
Luft, die von den Seiten des Durchganges eintritt und durch den
Durchgang nach unten strömt,
gezogen. Eine Heizvorrichtung oder ein Gebläse 24 führt Ansaugluft
zur Faserzieheinheit 22 zu. Die Ansaugluft zieht die Filamente
und Umgebungsluft durch die Faserzieheinheit.
-
Eine
endlose, mit Öffnungen
versehene Formoberfläche 26 ist
unterhalb der Faserzieheinheit 22 angeordnet und empfängt die
kontinuierlichen Filamente von der Auslassöffnung der Faserzieheinheit.
Die Formoberfläche 26 läuft um Führungswalzen 28.
Ein Vakuum 30, das unterhalb der Formoberfläche 26 angeordnet ist,
wo die Filamente abgelegt werden, zieht die Filamente gegen die
Formoberfläche.
-
Die
Fertigungsstraße 10 umfasst
des Weiteren eine Bindevorrichtung, wie z.B. thermische Punktbindewalzen 34 (gestrichelt
gezeigt) oder eine Durchluftbindevorrichtung 36. Thermische
Punktbindevorrichtungen und Durchluftbindevorrichtungen sind Fachleuten
gut bekannt und werden hier nicht genauer offenbart. Allgemein beschrieben
umfasst die Durchluftbindevorrichtung 36 eine perforierte
Walze 38, die die Bahn empfängt, und eine Haube 40,
die die perforierte Walze umgibt. Schließlich umfasst die Fertigungsstraße 10 eine Wickelrolle 42 zum
Aufnehmen des fertigen Stoffes.
-
Um
die Fertigungsstraße 10 zu
betreiben, werden die Trichter 14a und 14b mit
den entsprechenden polymeren Komponenten A und B gefüllt. Die
polymeren Komponenten A und B werden geschmolzen und von den entsprechenden
Extrudern 12a und 12b durch die Polymerkanäle 16a und 16b und
die Spinndüse 18 extrudiert.
Obwohl die Temperaturen der geschmolzenen Polymere in Abhängigkeit
von den verwendeten Polymeren variieren, liegen die bevorzugten
Temperaturen der Polymere beim Extrudieren, wenn Polypropylen und Polyethylen
jeweils als Komponente A und B verwendet werden, im Bereich von
etwa 188 ° bis
etwa 277 °C (370 ° bis etwa
530 °F)
und vorzugsweise im Bereich von 204 bis etwa 232 °C (400 ° bis etwa
450 °F).
-
Wenn
die extrudierten Filamente sich unter der Spinndüse 18 erstrecken,
quencht ein Luftstrom aus dem Quenchgebläse 20 wenigstens teilweise
die Filamente, um eine latente spiralförmige Kräuselung in den Filamenten zu
entwickeln. Die Quenchluft strömt
vorzugsweise in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur
Länge der
Filamente ist, bei einer Temperatur von etwa 7 ° bis etwa 32 °C (45 ° bis etwa
90 °F) und mit
einer Geschwindigkeit von etwa 30 bis etwa 120 Meter pro Minute
(100 bis etwa 400 Fuß pro
Minute).
-
Nach
dem Quenchen werden die Filamente in den vertikalen Durchgang der
Faserzieheinheit 22 durch einen Strom aus Gas, wie z.B.
Luft, von der Heizvorrichtung oder dem Gebläse 24 durch die Faserzieheinheit
gezogen. Die Faserzieheinheit ist vorzugsweise 76,2 bis 152,4 cm
(30 bis 60 Inch) unterhalb der Unterseite der Spinndüse 18 angeordnet.
Die Temperatur der Luft, die von der Heizvorrichtung oder dem Gebläse 24 zugeführt wird,
ist ausreichend, um die latente Kräuselung zu aktivieren. Die
Temperatur, die erforderlich ist, um die latente Kräuselung
der Filamente zu aktivieren, liegt im Bereich von etwa 16 °C (60 °F) bis zu
einer maximalen Temperatur nahe dem Schmelzpunkt der Komponente
mit dem niedrigeren Schmelzpunkt, die die zweite Komponente B ist.
-
Die
tatsächliche
Temperatur der Luft, die durch die Heizvorrichtung oder das Gebläse 24 zugeführt wird,
hängt im
Allgemeinen von der linearen Dichte der Filamente ab, die hergestellt
werden. Zum Beispiel ist herausgefunden worden, dass bei einem Denier
von mehr als 2 keine Wärme
bei der Faserzieheinheit 22 erforderlich ist, um die Filamente
natürlich
zu kräuseln,
was ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist. In der
Vergangenheit musste Luft, die zur Faserzieheinheit 22 zugeführt wurde,
typischerweise erhitzt werden. Feinere Filamente als etwa 2 Denier,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden, müssen
allerdings im Allgemeinen mit erhitzter Luft in Berührung kommen,
um die natürliche
Kräuselung
einzuleiten.
-
Die
Temperatur der Luft von der Heizvorrichtung 24 kann variiert
werden, um verschiedene Kräuselungsgrade
zu erreichen. Im Allgemeinen erzeugt eine höhere Lufttemperatur eine größere Zahl
an Kräuselungen.
Die Möglichkeit,
den Grad der Kräuselung
der Filamente zu steuern, ist besonders vorteilhaft, da ermöglicht wird,
die entstehende Dichte, Porengrößenverteilung
und den Fall des Stoffes zu verändern
durch einfaches Einstellen der Temperatur der Luft in der Faserzieheinheit.
-
Die
gekräuselten
Filamente werden durch die Auslassöffnung der Faserzieheinheit 22 auf
die laufende Formoberfläche 26 abgelegt.
Das Vakuum 20 zieht die Filamente gegen die Formoberfläche 26,
um eine ungebundene Vliesbahn aus kontinuierlichen Filamenten zu
bilden. In der Vergangenheit wurde die Bahn dann typischerweise
leicht durch eine Kompressionswalze komprimiert und dann durch Walzen 34 thermisch
punktgebunden oder in der Durchluftbindevorrichtung 36 durchluftgebunden.
Wie oben beschrieben wurde allerdings herausgefunden, dass Vliesbahnen,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden, eine erhöhte Festigkeit und Einheit
aufweisen, wenn sie das Additiv zur Kräuselungsverbesserung enthalten.
Insofern ist sehr wenig Vorbindung durch eine Kompressionswalze
oder irgendeine andere Art von Vorbindestation in der Fertigungsstraße 10 nötig, bevor
die Bahnen zu einer Bindestation geführt werden. Des Weiteren können auf
Grund der erhöhten
Festigkeit von nicht gebundenen Bahnen, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt werden, die Durchsatzgeschwindigkeiten erhöht werden.
Zum Beispiel können
Durchsatzgeschwindigkeiten im Bereich von etwa 46 Metern pro Minute
(150 Fuß pro
Minute) bis etwa 153 Meter pro Minute (500 Fuß pro Minute) liegen.
-
In
der Durchluftbindevorrichtung 36, wie in 1 gezeigt, wird Luft mit einer Temperatur über der Schmelztemperatur
von Komponente B und unter der Schmelztemperatur von Komponente
A von der Haube 40 durch die Bahn geleitet und in die perforierte
Walze 38. Die heiße
Luft schmilzt die polymere Komponente B mit dem niedrigeren Schmelzpunkt
und bildet dadurch Bindungen zwischen den Bikomponentenfilamenten, um
die Bahn zu vereinheitlichen. Wenn Polypropylen und Polyethylen
als polymere Komponente A und B verwendet werden, weist die Luft,
die durch die Durchluftbindevorrichtung strömt, vorzugsweise eine Temperatur im
Bereich von etwa 110 ° bis
etwa 138 °C
(230 ° bis
etwa 280 °F)
und eine Geschwindigkeit von etwa 30 bis etwa 150 Meter pro Minute
(100 bis etwa 500 Fuß pro
Minute) auf. Die Verweilzeit der Bahn in der Durchluftbindevorrichtung
ist vorzugsweise weniger als etwa 6 Sekunden. Es versteht sich allerdings
von selbst, dass die Parameter der Durchluftbindevorrichtung von
Faktoren abhängt,
wie z.B. Art der verwendeten Polymere und Dicke der Bahn.
-
Schließlich wird
die fertige Bahn auf die Wickelrolle 42 gewickelt und ist
fertig für
eine weitere Behandlung oder Verwendung. Wenn er verwendet wird,
um flüssigkeitsabsorbierende
Artikel herzustellen, kann der Stoff der vorliegenden Erfindung
mit herkömmlichen
Oberflächenbehandlungen
behandelt werden oder herkömmliche
Polymerzusatzstoffe enthalten, um die Benetzbarkeit des Stoffes
zu verbessern. Zum Beispiel kann der Stoff der vorliegenden Erfindung
mit Polyalkylenoxid-modifizierten Siloxanen und Silanen, wie z.B.
Polyalkylenoxid-modifiziertem Polydimethylen-Siloxan behandelt werden,
wie in US-Patentschrift Nr. 5,057,361 offenbart. Ein solche Oberflächenbehandlung
verbessert die Benetzbarkeit des Stoffes.
-
Wenn
er durchluftgebunden wird, weist der Stoff der vorliegenden Erfindung
charakteristischerweise eine verhältnismäßig hohe Voluminosität auf. Die
spiralförmige
Kräuselung
der Filamente erzeugt eine offene Bahnstruktur mit wesentlichen
Hohlraumabschnitten zwischen Filamenten, und die Filamente werden
an Berührungspunkten
gebunden. Die durchluftgebundene Bahn der vorliegenden Erfindung
weist typischerweise eine Dichte von etwa 0,015 g/cm3 bis
etwa 0,040 g/cm3 und ein Flächengewicht
von etwa 8,5 bis etwa 169,6 g·m–2 (0,25
bis etwa 5 Unzen pro Quadratyard) und mehr bevorzugt von etwa 33,9
bis etwa 118,7 g·m–2 (1,0 bis
etwa 3,5 Unzen pro Quadratyard) auf.
-
Die
lineare Dichte der Filamente liegt im Allgemeinen im Bereich von
weniger als 1,0 bis etwa 8 Denier. Wie oben besprochen ermöglicht das
Additiv zur Kräuselungsverbesserung
der vorliegenden Erfindung die Herstellung von stark gekräuselten,
feinen Filamenten. In der Vergangenheit waren natürlich gekräuselte,
feine Filamente schwer oder unmöglich
herzustellen. Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
Filamente mit einer natürlichen
Kräuselung
von wenigstens etwa 4 Kräuselungen
pro cm (10 Kräuselungen
pro Inch) mit einer linearen Dichte von weniger als 2 Denier und
insbesondere weniger als etwa 1,2 Denier hergestellt werden. Für die meisten
Vliesbahnen ist es vorzuziehen, dass die Filamente etwa 4 Kräuselungen
pro cm (10 Kräuselungen
pro Inch) bis etwa 10 Kräuselungen
pro cm (25 Kräuselungen
pro Inch) aufweisen. Ein besonderer Vorteil ist, dass Filamente
mit einer natürlichen
Kräuselung
im oben angeführten
Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung
mit einer niedrigeren linearen Dichte hergestellt werden, als es
in der Vergangenheit möglich
war.
-
Thermisches
Punktbinden kann gemäß US-Patentschrift
3,855,046 durchgeführt
werden. Wenn er thermisch punktgebunden wird, weist der Stoff der
vorliegenden Erfindung eine stoffartigere Erscheinung auf und ist
zum Beispiel als äußere Abdeckung
für Hygieneartikel
oder als Bekleidungsmaterial verwendbar.
-
Obwohl
die Verfahren zur Bindung, die in 1 gezeigt
sind, thermisches Punktbinden und Durchluftbinden sind, versteht
es sich von selbst, dass der Stoff der vorliegenden Erfindung durch
andere Mittel gebunden werden kann, wie z.B. Ofenbindung, Ultraschallbindung,
hydraulische Verschlingung oder Kombinationen davon. Solche Bindungstechniken
sind Durchschnittsfachleuten gut bekannt und werden hier nicht näher besprochen.
-
Obwohl
das bevorzugte Verfahren zur Durchführung der vorliegenden Erfindung
das In-Berührung-Bringen
der Mehrkomponentenfilamente mit Ansaugluft umfasst, schließt die vorliegende
Erfindung andere Verfahren zum Aktivieren der latenten spiralförmigen Kräuselung
der kontinuierlichen Filamente ein, bevor die Filamente zu einer
Bahn geformt werden. Zum Beispiel können die Mehrkomponentenfilamente
nach dem Quenchen mit Luft in Berührung gebracht werden, aber
oberhalb des Saugapparates. Außerdem
können die
Mehrkomponentenfilamente zwischen dem Saugapparat und der Bahnformoberfläche mit
Luft in Berührung
gebracht werden. Außerdem
können
die Filamente auch einer elektromagnetischen Energie, wie z.B. Mikrowellen
oder Infrarotstrahlung, ausgesetzt werden.
-
Nach
der Herstellung können
die Vliesbahnen der vorliegenden Erfindung in vielen unterschiedlichen und
verschiedenen Anwendungen verwendet werden. Zum Beispiel können die
Bahnen in Filterprodukten, in flüssigkeitsabsorbierenden
Produkten, in Hygieneartikeln, in Bekleidungsstücken und in verschiedenen anderen
Produkten verwendet werden.
-
Die
vorliegende Erfindung ist mit Bezugnahme auf die folgenden Beispiele
besser zu verstehen.
-
Beispiel Nr. 1
-
Das
folgende Beispiel wurde durchgeführt,
um die Unterschiede zwischen Filamenten und Vliesbahnen, die mit
dem Additiv zur Kräuselungsverbesserung
der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, und Filamenten und
Vliesbahnen zu vergleichen, die ohne das Additiv zur Kräuselungsverbesserung
erzeugt worden sind.
-
Zwei
spinngebundene Bikomponentenstoffe wurden im Allgemeinen gemäß dem Verfahren
hergestellt, das in US-Patentschrift
5,382,400 (Pike, et al.) offenbart ist. In beiden Stoffen wiesen
die Filamente einen runden Querschnitt auf, wobei die zwei Komponenten
in einer Seite-an-Seite-Konfiguration angeordnet waren. Eine Seite
der Filamente wurde hauptsächlich
aus Polypropylen (Exxon 34455) hergestellt, während die andere Seite hauptsächlich aus
Polyethylen (Dow 61800) hergestellt wurde. In beiden Stoffen enthielt
die Polypropylenseite (PP) ein Additiv, das aus 50 % Polypropylen
und 50 % TiO2 zusammengesetzt war, in einer
Menge von 2 Gewichts-%.
-
Im
ersten Stoff (Stoff A) enthielt die Polyethylenseite (PE) gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Randomcopolymer von 14 % Butylen und 86 % Propylen
(Union Carbide DS4D05). Die Polyethylenseite des anderen Stoffes
(Stoff B) andererseits war 100 % Polyethylen.
-
Beide
Stoffe wurden mit einem gesamten Polymerdurchsatz von 0,35 ghm Polymer
pro Loch bei einer Lochdichte von 19 Löchern pro cm (48 Löchern pro
Inch) Breite hergestellt und wurden bei einer Lufttemperatur von
129 °C (265 °F) durchluftgebunden.
Stoff A wurde mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von 13,4 Metern pro
Minute (44 Fuß pro
Minute) hergestellt, während
Stoff B mit 11,3 Metern pro Minute (37 Fuß pro Minute) hergestellt wurde.
Die Durchsatzgeschwindigkeit wurde verwendet, um das Flächengewicht
zu steuern, alle anderen Verfahrensbedingungen blieben die selben.
Beide Stoffe wiesen ein Flächengewicht
von 88,2 g·m–2 (2,6
Unzen pro Quadratyard (osy)) auf.
-
Die
Stoffe wurden auf Spitzenreißlast,
Spitzenverformung und Spitzenenergie (3" Streifen) sowohl in Maschinenrichtung
(MD) als auch in Maschinenquerrichtung (CD) gemäß ASTM D-5035-90 getestet,
sowie auf Dicke unter einer Last von 344,7 N·m–2 (0,05
psi) mit einem Dicketester vom Typ Starret. Die Stoffdichte wurde
aus Flächengewicht
und Dicke berechnet. Die Faserkräuselung
wurde auf einer subjektiven Skala von 1 bis 5 mit 1 = keine Kräuselung
und 5 = sehr starke Kräuselung
bewertet. Die lineare Faserdichte wurde aus dem Durchmesser der
Filamente (im Mikroskop gemessen) und der Dichte des Polymers berechnet.
Die Festigkeit der ungebundenen Bahn wurde bestimmt, indem eine
Länge von
Stoff, der noch nicht die Bindevorrichtung erreicht hatte, genommen
wurde und vorsichtig auf den Boden gelegt wurde. Der Stoff wurde
dann langsam und vorsichtig an einem Ende hochgehoben, bis die Reißfestigkeit
versagte. Die Länge
des Stoffes, die am Punkt des Versagens der Reißfestigkeit gehoben wurde,
wurde als Reißlänge der
ungebundenen Bahn aufgezeichnet.
-
Die
Testergebnisse sind in der folgenden Tabelle gezeigt.
-
Eigenschaften
von Stoff A & B
-
Die
Ergebnisse zeigen, dass Stoff A im Verhältnis zu Stoff B aus Filamenten
mit einer größeren Kräuselung
zusammengesetzt ist und eine größere Dicke
(und daher eine niedrigere Dichte) aufweist. Stoff A weist des Weiteren
eine viel größere Festigkeit
der ungebundenen Bahn auf. Obwohl die Spitzenreißlasten von Stoff B etwa zweimal
so hoch sind wie jene von Stoff A, sind die Spitzenverformungswerte
von Stoff A um etwa den selben Faktor größer als jene von Stoff B. Die
Spitzenenergien der Stoffe, insbesondere in Maschinenrichtung, sind ähnlich.
-
Als
besonders bedeutsam wird angemerkt, dass die lineare Dichte von
beiden Sätzen
an Filamenten sehr niedrig war, bei etwa 1,3 Denier. Es zeigt sich,
dass die Filamente, die mit dem Additiv zur Kräuselungsverbesserung der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurden, eine hohe natürliche Kräuselung aufwiesen, während die
Filamente, die nicht das Additiv enthielten, keine bedeutende Kräuselung
erfuhren. Wie oben beschrieben, war es in der Vergangenheit sehr
schwierig, ein natürlich
gekräuseltes
Filament bei niedrigen linearen Dichten herzustellen.
-
Beispiel Nr. 2
-
Das
folgende Beispiel wurde durchgeführt,
um die Fähigkeit
des Additivs der vorliegenden Erfindung zu zeigen, die Mischung
zwischen verschiedenen polymeren Materialien zu erleichtern.
-
Polyethylen/Polypropylen-Bikomponentenfilamente
wurden hergestellt und zu einer spinngebundenen Vliesbahn geformt,
im Allgemeinen entsprechend dem Verfahren, das in Beispiel 1 beschrieben
und in US-Patentschrift 5,382,400 an Pike, et al. offenbart ist.
Die Polyethylenseite der Bikomponentenfilamente enthielt 20 Gewichts-%
rückgewonnenes
Polymer. Insbesondere war das rückgewonnene
Polymer eine Mischung aus Polypropylen und Polyethylen, das von
den Abschnitten einer früher
gebildeten Vliesbahn gewonnen wurde.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung enthielt die Polyethylenkomponente auch 5 Gewichts-% des
Butylen/Propylen-Random-Copolymers, das in Beispiel 1 angeführt ist.
-
Es
wurde beobachtet, dass durch Hinzufügen des Butylen/Propylen-Copolymers
der vorliegenden Erfindung das rückgewonnene
Polymer sich leicht mit der Polyethylenkomponente mischte und ein
polymeres Material hergestellt wurde, das zu Filamenten gesponnen
werden konnte, die ihrerseits natürlich gekräuselt werden konnten. Des weiteren
wurde herausgefunden, dass Filamente mit einer sehr niedrigen Dichte
hergestellt werden konnten. Zum Beispiel wurden bei einem Polymerdurchsatz
von 0,4 ghm und einem Faserziehdruck von 51 kPa (7,4 psi) Filamente
mit einer linearen Dichte von 1,18 Denier hergestellt.
-
In
der Vergangenheit sind Versuche unternommen worden, Bikomponentenfilamente
herzustellen, die rückgewonnenes
Polymer enthielten. Ohne das Hinzufügen des Additivs der vorliegenden
Erfindung allerdings war es nicht möglich, die Polymermischung
zu Filamenten zu spinnen.
-
Diese
und andere Modifikationen und Variationen an der vorliegenden Erfindung
können
von Durchschnittsfachleuten vorgenommen werden, ohne vom Geist und
Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der insbesondere
in den beigefügten
Ansprüchen
festgelegt ist. Außerdem versteht
es sich von selbst, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen
sowohl zur Gänze
als auch zum Teil untereinander ausgetauscht werden können. Außerdem werden
Durchschnittsfachleute anerkennen, dass die vorhergehende Beschreibung
nur als Beispiel dient und nicht die Erfindung einschränken soll,
die nachfolgend in den beigefügten
Ansprüchen
weiter beschrieben wird.
