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Dokumentenidentifikation DE69402561T2 25.09.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0722389
Titel VERBUNDBAHNEN MIT KONTROLLIERTER POROSITÄT AUS KALANDRIERTEN SCHMELZGEBLASENEM VLIES UND SPINNVLIESSTOFF
Anmelder E.I. du Pont de Nemours & Co., Wilmington, Del., US
Erfinder LIM, Hyun, Sung, Chesterfield, VA 23832, US;
SHIN, Hyunkook, Wilmington, DE 19803-1913, US
Vertreter Abitz & Partner, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69402561
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 30.09.1994
EP-Aktenzeichen 949298434
WO-Anmeldetag 30.09.1994
PCT-Aktenzeichen US9410592
WO-Veröffentlichungsnummer 9509728
WO-Veröffentlichungsdatum 13.04.1995
EP-Offenlegungsdatum 24.07.1996
EP date of grant 09.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.09.1997
IPC-Hauptklasse B32B 5/26
IPC-Nebenklasse D04H 13/00   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft kalandrierte Laminate aus Spinnvliesmatten und schmelzgeblasenen Vliesen aus Polypropylen, die starke Opazität mit geringer Luft- und Wasserdurchlässigkeit, jedoch guter Wasserdampfdurchlässigkeit und guten Barrierebildungseigenschaften gegenüber Bakterien in sich vereinen.

Spinnvliesbahnen aus Polyethylen (hergestellt aus flashgesponnenem Polyethylen-Plexifilamentvlies) werden seit einigen Jahren als luftstrombeständige "Hausumhüllung" sowie zu Sterilverpackungszwecken eingesetzt. Die Folie ist bekannt für ihre Festigkeit, Dauerhaftigkeit, Opazität und ihr Vermögen zur Verminderung des Hindurchdringens von Luft, bewahrt jedoch einen hohen Wasserdampfdurchlässigkeitsgrad und bildet des weiteren eine sehr gute Barriere gegenüber Bakterien. Es besteht jedoch Bedarf an einem Hausuxnhüllungsprodukt mit höherer Reißfestigkeit, insbesondere in Gebieten, wo starke Winde auftreten. Gleichzeitig besteht Bedarf an einer sterilen Verpackung für einer höherschmelzendes Material, das eine Sterilisierung durch Dampf aushalten kann. Ein Polyolefinmateterial, das eine ausreichend hohe Schmelztemperatur und sehr gute mechanische Eigenschaften aufweist, ist Polypropylen.

Die Verwendung von Polyethylenfolien als Hausumhüllungen ist bekannt. So wird in dem USA-Patent 4,898,761 an Dunaway et al. (Reemay Inc.) ein barrierebildender Hausumhüllungsstoff offenbart, der undurchlässig für Flüssigkeit und durchlässig für Wasserdampf ist und hergestellt wird durch Aufkaschieren einer undurchlässigen Polymerfohe auf eine Polypropylenbahn, die u.a. zu beziehen ist unter dem Warenzeichen TYPAR VON E.I. du Pont de Nemours and Com pany, und durch Vernadeln der entstandenen Bahn mit Nadeln von feinem Durchmesser, um die Bahn porös zu machen. In dem USA-Patent 4,684,568 an LOU (DuPont) wird ein wasserdampfdurchlässiger, wasserflüssigkeitsundurchlässiger Stoff beschrieben, der hergestellt wird durch Aufbringen eines Überzugs aus Polyethylenfolie auf eine TYPAR -Bahn und anschließendes Kalandrieren. Diese Produkte weisen zwar hinreichende Reißfestigkeit und Festigkeit auf, besitzen jedoch kein gutes Gleichgewicht zwischen der Festigkeit gegen das Hindurchdringen von Luft und dem Wasserdampfdurchlässigkeitsgrad.

In US 4,766,029 an Brock et al. (Kimberley-Clark Corp.) wird eine Hausumhüllung offenbart, die aus einem kalandrierten, Dreischicht-Verbundstoff aus einer Spinnvliesmatte, einem schmelzgeblasenen Vlies und einer Spinnvliesmatte besteht. Die geschmelzgeblasene Schicht besteht aus zwei Komponenten, und zwar aus Polyethylen- und aus Polypropylen-Mikrofasern. Beim Kaschieren schmelzen die Polyethylenfasern, und das Material fließt und verschließt dadurch die Zwischenräume und bindet die Schichten aneinander. Dadurch entsteht ein halbdurchlässiger Verbundstoff. Daß zwei Faserarten in dem schmelzgeblasenen Material vorhanden sein müssen, ist ein offensichtlicher Nachteil.

In dem USA-Patent 4,900,619 an Ostrowski et al. (James River Corp.) wird ein lichtdurchlässiger Faservliesverbundstoff aus thermoplastischen schmelzgeblasenen Vliesen und Spinnvliesmatten beschrieben, die aufeinanderkaschiert werden durch Heißkalandrieren in einem Walzenspalt, der von einer glatten, aufgeheizten Stahlwalze und einer durch eine äußere Infrarotguelle erhitzten, elasti schen Walze gebildet wird, wobei jede Walze eine Temperatur von etwa 116 - 160ºC besitzt. Das thermoplastische Material in jeder Schicht ist typischerweise Polypropylen.

Der Begriff "lichtdurchlässig" soll "das Hindurchtreten von Licht zulassend" bedeuten. Der Grad der Lichtdurchlässigkeit kann z.B. durch eine Messung der Opazität festgestellt werden (TAPPI- Testverfahren T 425 om-86 "Opazität von Papier"). Gemäß diesem Test weist das handelsübliche Produkt der James River Corp. eine Opazität von weniger als 50 % auf. Möglicherweise entsteht diese geringe Opazität dadurch, daß die Bahnen zwischen zwei aufgeheizten Kalan derwalzen aufeinanderkaschiert werden und eine Folienbahn bilden. Gewöhnlich zeigt Lichtdurchlässigkeit an, daß ständige Veränderungen von bestimmten physikalischen Eigenschaften der Fasern oder von deren Verteilung in der Bahn vor sich gehen, was zu geringerer mechanischer Stabilität oder Zugfestigkeit führen kann. Des weiteren wird aus Gründen der Ästhetik eine Hausumhüllung bevorzugt, die opak ist und nicht lichtdurchlässig Selbst wenn die Hausumhüllung schließlich durch eine Außenverkleidung verdeckt wird, erscheint ein im Bau befindliches Haus, das mit einer Hausumhüllung umkleidet ist, durch die hindurch alle Stifte und Verbindungsstellen zu sehen sind, als unansehnlich.

In der Internationalen Anmeldung WO 87/05952 der Kimberley- Clark Corp. wird das Tränken von Spinnvliesfilamenten mit einem Fluorkohlenstoff vor dem Kalandrieren offenbart. Das Produkt ist eine Faservlies-Verbundstoffbahn aus einem Spinnvlies, einem schmelzgeblasenen Vlies und einem Spinnvlies für Wegwerfkleider stücke. Der Zweck des Kalandrierens ist es, die Beständigkeit der Oberfläche des kaschierten Kleiderstücks gegen "Fussel- und Flusenbildung" zu verbessern und dabei die Porosität, die Weichheit und die Falleigenschaften aufrechtzuerhalten. Ohne Tränkung mit Fluorkohlenstoff büßen die Kleiderstücke beim Kalandrieren ihre Porosi tät ein. Der Kalander besteht aus einer glatten Stahlwalze, die auf die Schmelztemperatur der in der Schicht mit dieser in Kontakt stehenden Fasern aufgeheizt wird (z. B. 167ºC bei Polypropylen) und einer nicht aufgeheizten Walze, die aus solchen Materialien wie Kunststoff, Baumwolle oder Papier hergestellt werden kann.

Es besteht Bedarf an einer festen, opaken Bahn mit gutem Wasserdampfdurchlässigkeitsgrad, geringer Luftdurchlässigkeit, keiner Wasserflüssigkeitsdurchlässigkeit und guten Barrierebildungseigenschaften gegenüber Bakterien.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr eine hochfeste, reißfeste, kalandrierte Verbundstoffbahn mit einer Opazität von mindestens 75 % gemäß Bestimmung durch den TAPPI-Test T-519 om-86, einer geringen Luftdurchlässigkeit von 5 - 75 Sekunden, ausgedrückt als Gurley-Hill-Porosität, vorzugsweise einem hohen Wasserdampfdurchlässigkeitsgrad von mindestens 500 g/m² innerhalb von 24 Stunden gemäß dem ASTM-Standard E96, Methode B, einer geringen Wasserflüssigkeitsdurchlässigkeit, ausgedrückt durch einen hydrostatischen Druck von mindestens 0,75 m gemäß dem AATCC-Standard 127- 1985, und Barrierebildungseigenschaften gegenüber Bakterien, die sehr viel besser sind als die von medizinischem Papier, das zum sterilen Verpacken verwendet wird, wobei die Bahn ein Vlies aus schmelzgeblasenem Polypropylenfasern und eine Matte aus Polypropylen-Spinnvliesfasern umfaßt, die auf mindestens eine Seite derselben aufkaschiert ist, wobei die schmelzgeblasenen Fasern einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 - 10 µm besitzen, das Vlies aus schmelzgeblasenen Fasern selbst ein durchschnittliches Gewicht von 17 - 40,7 g/m² aufweist und die Fasern der Spinnvliesmatte einen durchschnittlichen Durchmesser von mindestens 20 µm besitzen und die Spinnvliesmatte selbst ein durchschnittliches Gewicht von 17 - 100 g/m² aufweist.

Ebenso wird ein Verfahren zur Herstellung der obigen Verbundstoffbahn geschaffen, bei dem eine Anordnung, bestehend aus einem Vlies aus schmelzgeblasenen Polypropylenfasern und mindestens einer Spinnvliesmatte, kalandriert wird in einem Kalander, bestehend aus einer glatten, auf eine Temperatur von 140 - 170ºC aufgeheizten Metallwalze, die gegen eine nicht aufgeheizte, elastische

Walze bei einer Belastung von 1,75 x 10&supmin;&sup5; - 3,5 x 10&supmin;&sup5; N/m am Walzenspalt läuft;

unter der Voraussetzung, daß bei der Herstellung einer zweischichtigen Verbundstoffbahn nur das Vlies aus schmelzgeblasenen Fasern in direktem Kontakt mit der aufgeheizten Metallwalze steht und bei der Herstellung einer dreischichtigen Verbundstoffbahn die in Kontakt mit der aufgeheizten Metallwalze stehende Spinnvliesmatte aus Filamenten mit einem dtex-Wert pro Filament (DTPF) von weniger als 6 besteht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung, die das Verfahren zur Kalandrierung einer zwei schichtigen Verbundstoffbahn darstellt.

Fig. 2 ist eine schematische Zeichnung, die das Verfahren zur Kalandrierung einer dreischichtigen Verbundstoffbahn darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Sowohl die schmelzgeblasene Polypropylenfaser als auch diespinngebundene Polypropylen-Faser sind wohlbekannt und im Handel erhältlich. Schmelzgeblasene Polyethylenfasern können hergestellt werden durch Extrudieren des polymeren Materials zu feinen Strömen und Verstrecken dieser Ströme zu Fasern mit kleinem Durchmesser durch Einwirkenlassen von mit hoher Geschwindigkeit strömender, erhitzter Luft, wie beschrieben ist in dem USA-Patent 3,978,185 (an Buntin et al.). Diese Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 1 - 10 µm werden in Form eines Vlieses auf einem laufenden Band zusammengeführt. Das Vlies kann entweder elektrostatisch aufgeladen oder nicht aufgeladen sein. Das Aufladungsverfahren ist beschrieben in dem USA-Patent 4,904,174 (an Moosmayer et al.). Polypropylen, das sich zur Herstellung von schmelzgeblasenen Fasern eignet, weist einen ziemlich hohen Schmelzfließgrad von 200-800 dg/min auf.

Spinngebundene Polypropylen-Fasern können mit jedem herkömmlichen Verfahren hergestellt werden, zum Beispiel durch Schmelzspinnen des Polymers in einer allgemein bekannten Weise, z.B. in der in den USA-Patenten 3,821,062 an Henderson; 3,563,838 an Edwards und 3,338,992 an Kinney beschriebenen. Die Spinnvliesfasern sind lang und besitzen einen durchschnittlichen Durchmesser von mindestens um. Wird eine zweischichtige Verbundstoffbahn hergestellt, wird vorzugsweise eine Spinnvliesmatte verwendet, in der die Fasern einen DTPF-Wert von etwa 10 oder mehr aufweisen. Das zur Herstellung dieses Spinnvliesfilaments verwendete Polypropylenharz weist einen Schmelzfließgrad von etwa 3,5 - 4,6 dg/min auf. Das zur Herstellung von Typar verwendete Polypropylenharz weist eine Schmelzfließgrad von 4,2 dg/min auf, und die Fasern weisen einen DTPF-Wert von mehr als 9 auf.

Die Schmelzvliesschicht in den Verbundstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung sorgt für mechanische Festigkeit und Stabilität, während die schmelzgeblasene Schicht die gewünschte Mikroporosität und die Barrierebildungseigenschaften herstellt. Die Verbundstoffbahnen gemäß der vorliegenden Erfindung können entweder einfache Schichtstoffe sein, bestehend aus einer Schicht eines schmelzgeblasenen Vlieses, das auf eine Schicht einer Spinnvliesmatte aufkaschiert ist, oder können in Form eines dreischichtigen Sandwichs vorhanden sein, in der das schmelzgeblasene Vlies den Kern bildet, während die Spinnvliesmatte die Außenschichten bildet.

Durch Kalandrieren wird die Porosität der Vlieses vermindert und werden diesem seine gewünschten Barrierebildungseigenschaften verliehen. Dieser Arbeitsgang kann in einer Standardanlage ausgeführt werden, umfassend eine aufgeheizte Metallwalze, gewöhnlich aus Stahl, und eine nicht aufgeheizte, elastische Walze, die aus jedem geeigneten Material bestehen kann, wie zum Beispiel aus dicht gepackter Baumwolle oder Wolle oder aus Polyamid. The Shore-Härte D des elastischen Materials beträgt 75 - 85. Die Härte der nicht erhitzten, elastischen Walze bestimmt den "Fußabdruck", d.h. den im Moment kalandrierten Bereich. Wird die Härte geringer, wird der Kontaktbereich größer, und der Druck nimmt ab, und wird die Härte größer, wird der Kontaktbereich kleiner, und der Druck steigt an. Es wird ein Gleichgewicht zwischen Druck und Temperatur angestrebt, um die gewünschten Kalandrierbedingungen zur Regulierung der Porosität der entstandenen Verbundstoffbahn herzustellen. Durch Kalandrieren mit nur einer aufgeheizten Walze wird die Opazität größer. Wenn dagegen beide Walzen aufgeheizt werden, ist die entstandene Bahn lichtdurchlässig und mehr folien- oder papierartig, und das ist unerwünscht. Eine lichtdurchlässige, papierartige Bahn weist oft geringere Zugfestigkeit, jedoch auch insbesondere geringere Reißfestigkeit auf. Das kann zurückzuführen sein auf einen sehr stark verminderten Anteil an einzelnen Fasern und einen starken Verlust an Faserorientierung.

Die bevorzugte Temperatur der aufgeheizten Walze gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt 140 - 155ºC. Der Grad der Porosität der Bahn hängt unter anderem ab von der Belastung am Walzenspalt, die das Verhältnis der in dem Walzenspalt des Kalanders auf die Bahn aufgebrachten Kraft zu der Breite der Bahn ist, und je höher die Belastung am Walzenspalt ist, desto geringer ist die Porosität. Die Belastung am Walzenspalt sollte etwa 1,75 x 10&supmin;&sup5; - 3,5 x 10&supmin;&sup5; N/m betragen.

Bei der Herstellung einer zweischichtigen Verbundstoffbahn be rührt das Vlies aus schmelzgeblasenen Polypropylenfasern direkt die aufgeheizte Metallwalze. Dadurch kann bei einer Temperatur gearbeitet werden, die niedriger ist als der Schmelzpunkt von Polypropylen, obwohl grundsätzlich jede Temperatur bis etwa 170ºC angewandt werden kann.

Bei der Herstellung eines dreischichtigen Verbundstoffs ist es entscheidend für den Erfolg dieses Verfahrens, daß eine Spinnvliesmatte mit einem niedrigen DTPF-Wert auf der in direktem Kontakt mit der aufgeheizten Metallwalze stehenden Seite benutzt wird. Das ermöglicht eine gute Wärmeübertragung zu dem schmelzgeblasenen Vlies und durch dieses hindurch und führt zu einer guten Bindung zwischen allen drei Schichten. Die in Kontakt mit der nicht aufgeheizten, elastischen Walze stehende Spinnvliesfolie ist gewöhnlich ebenfalls ein Material mit einem niedrigen DTPF-Wert.

In jedem Falle kann bei der Herstellung eines zweischichtigen Verbundstoffs oder eines dreischichtigen Verbundstoffs das Haftver mögen der nicht in Kontakt mit der aufgeheizten Metallwalze stehenden Spinnvliesmatte weiter verbessert werden, indem die Folie vor dem Kalandrierschritt vorgeheizt wird, indem diese zum Beispiel mit einer anderen Metallwalze in Kontakt gebracht wird, die auf eine Temperatur von etwa 20ºC unter der Betriebstemperatur der Kalan derwalze aus Metall aufgeheizt wurde.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer zweischichtigen Verbundstoffbahn, worin 10 die Komponente aus der Spinnvliesmatte ist und 20 die Komponente aus dem schmelzgeblasenen Vlies ist, 1 die aufgeheizte Metallwalze ist und 2 die nicht aufgeheizte, elastische Walze ist. Die Pfeile zeigen die Laufrichtung der Komponenten und der Verbundstoffbahn sowie die Umdrehungsrichtung der Walzen an.

Fig. 2 veranschaulicht schematisch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer dreischichtigen Verbundstoffbahn, worin 30 und 40 die Komponenten aus der Spinnvliesmatte sind und 50 die Komponente aus dem schmelzgeblasenen Vlies ist, 3 die aufgeheizte Metallwalze ist und 4 die nicht aufgeheizte, elastische Walze ist. Die Pfeile zeigen die Laufrichtung der Komponenten und des Verbundstoffs sowie die Umdrehungsrichtung der Walzen an.

Zum Gebrauch als Hausumhüllung sollte die Verbundstoffbahn unter Standardtemperatur und -druckbedingungen eine Gurley-Hill-Porosität von 30 - 75 Sekunden aufweisen. Ihr Wasserdampfdurchlässigkeitsgrad sollte wünschenswerterweise mindestens 500 g/m² innerhalb 24 Stunden oder mehr betragen. Die Wasserflüssigkeitsdurchlässigkeit sollte gering sein. Diese Eigenschaft wird normalerweise bewertet durch Messung des hydrostatischen Drucks unter Standardbedingungen. Der hydrostatische Druck sollte vorzugsweise mindestens 0,9 m betragen. Die Zugfestigkeit sollte mindestens 3000 N pro Meter Breite betragen.

Zum Gebrauch beim sterilen Verpacken sollte die Gurley-Hill- Porosität der Verbundstoffbahn 5 - 50 Sekunden betragen. Die Verbundstoffbahn sollte unter standardisierten Testbedingungen (die unten beschrieben werden) wünschenwerterweise eine wirksame Barriere bilden, so daß mindestens 60 % der Testproben kein Vorhandensein von Bakterien zeigen. Die Zugfestigkeit sollte mindestens 1000 N pro Meter Breite betragen.

Materialien mit einer Gurley-Hill-Porosität von etwa 5-75 Sekunden wurden in der Vergangenheit manchmal zum Mikrofiltern von Flüssigkeiten benutzt. Siehe zum Beispiel Lim et al., TYVEK for Microfiltration Media, Fluid/Particle Separation Journal, Bd. 2, Nr. 1, März 1989. Mikrofilterelemente können auch aus den Verbundstoffbahnen gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.

Diese Erfindung wird nunmehr veranschaulicht durch die folgenden Beispiele für bestimmte repräsentative Ausführungsformen derselben. Alle Gewichts- und Maßeinheiten, die ursprünglich nicht in 81-Einheiten angegeben waren, wurden in SI-Einheiten umgerechnet. Einige dieser Zahlen wurden gerundet.

TESTS

Die gemäß ASTM-Standards ausgeführten Tests sind mit ihrer ASTM-Nummer bezeichnet. Andere Tests sind gemäß ihrer unten genannten Referenzen in der Literatur bezeichnet, wobei bei Eignung zusätzliche Erläuterungen gegeben werden.

Zugfestigkeit - ASTM D1682-64

Dehnung - ASTM D1682-64

Elmendorf-Durchreißfestigkeit - ASTM D1423-83

Frazier-Porosität - ASTM D737-75

Wasserdampfdurchlässigkeitsrate - ASTM E96, Methode B

Gurley-Hill-Porosität - TAPPI¹ T-460 om-86. Mit diesem Test

wird die Zeit gemessen, die notwendig ist, damit 100 cm³ Luft unter Standardbedingungen durch eine Probe strömen können.

Hydrostatischer Druck - AATCC² - Testverfahren 127-1985.

1 Technical Association of the Pulp and Paper Industry

2 American Associatlon of Textile Chemists and Colorists

Die Probe wird unter der öffnung eines konischen Schachtes angebracht und einem stetig ansteigenden Wasserdruck ausgesetzt, bis aufihrer Unterseite drei Leckstellen auftreten.

Opazität - TAPPI T-519 om-86. In dem Test wird der prozentuale Anteil eines Druckerzeugnisses verzeichnet, der durch eine einzelne Bahn des Testmaterials abgedeckt wird.

Barrierewirkung gegenüber Bakterien - Von der DuPont Company wurde eine Bakterientestkammer (BTC) entwickelt, die mehrere Proben aufnehmen kann. Eine von einem Zerstäuber erzeugte Wolke aus Bakteriensporen wird in eine geschlossene Bakterientestkammer geführt, in der sich die Testproben befinden. Auf alle Proben wirkt gleichzeitig ein Unterdruck ein. Die Bakteriensporen dringen entwe der durch die Proben hindurch oder nicht. Bakteriensporen, die durch die Proben hindurchgelangen, sammeln sich auf Membranfiltern an. Es werden alle Membranfilter entnommen und bebrütet, um die Anzahl ihrer Bakterien zu ermitteln. Die Ergebnisse werden angegeben als prozentualer Anteil der Proben, die fest sind gegen das Hindurchdringen von Bakterien. Dieser Test ist beschrieben in den Proceedings of the Tenth Symposium of INDA (Association of the Nonwoven Fabrics Industry), 17. - 19. November 1992, New York, New York, S.K. Rudys, "Spunbonded Olefin in Medical Packaging".

Bei allen Experimenten besaßen die Fasern der Spinnvliesmatten einen Durchmesser von 20 µm, und die Fasern der schmelzgeblasenen Vliese besaßen einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 - 10 µm.

Beispiel 1 - Zweischicht-Verbundstoff für Hausumhüllungszwecke

Die Matte aus Polypropylen-Spinnvlies bestand aus TYPAR von DuPont.

Das in diesem Beispiel verwendete schmelzgeblasene Vlies wurde durch Extrudieren einer Polypropylenschmelze durch eine Spinndüse und Fibrillieren der extrudierten Fasern an der Spinndüse bei hoher Temperatur und bei mit hoher Geschwindigkeit strömenden Luftströmen hergestellt, so daß Mikrofasern entstanden. Die schmelzge blasenen Fasern wurden auf einem laufenden Band, das mit einem Saugkasten versehen war, zu einem Vlies geformt. Die Schmelzblastechnologie wird von der Exxon Chemical Co. zum Einsatz in der Industrie lizenziert.

Die Matte aus Polypropylen-Spinnvlies und das schmelzgeblasene Vlies wurden aufeinanderkaschiert durch Kalandrieren in dem Spalt, der zwischen einer glatten Metallwalze und einer Walze aus Polyamid gebildet wurde, die eine Shore-Härte D von 78 aufwies. Die Metallwalze wurde auf eine Oberflächentemperatur von 154ºC aufgeheizt. Die Walze aus Polyamid wurde nicht aufgeheizt. Auf die Anordnung aus Matte und Vlies wurde eine Belastung von 2,75 x 10&supmin;&sup5; N/m aufgebracht, als diese mit einer Geschwindigkeit von 20 m pro Minute durch den Kalanderwalzenspalt lief. Das schmelzgeblasene Vlies berührte die aufgeheizte Stahlwalze, während die Spinnvliesmatte die Walze aus Polyamid berülhrte. Unter diesen Bedingungen wurde ein sehr gutes Haftvermögen zwischen der Spinnvliesmatte und dem schmelzgeblasenen Vlies erzielt. Die entstandene Verbundstoffbahn wies einen hohen Luftstromwiderstand und einen hohen Wasserdampfdurchlässigkeitsgrad auf. Des weiteren wurde auch hohe Zug- und Reißfestigkeit nachgewiesen. Die physikalischen Eigenschaften beider Ausgangsvliese sowie diejenigen der kaschierten Verbundstoffbahn sind unten in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1 TYPAR Schmelzblasvlies Verbundstoffbahn

* MD Laufrichtung; CD = Querrichtung

Dagegen war für das Kaschieren, wenn eine Verbundstoffbahn so hergestellt wurde, daß ebendiese Spinnvliesmatte die aufgeheizte Walze berührte und das schmelzgeblasene Vlies die Walze aus Polyamid berührte, eine viel höhere Betriebstemperatur von 188ºC erforderlich. Des weiteren war das Haf tvermögen der schmelzgeblasenen Schicht an der Spinnvliesschicht nicht so gut, und die Verbundstoffbahn wies einen geringen Luftstromwiderstand auf, wie in Tabelle 2 angegeben ist.

Tabelle 2

Beispiel 2 Zweischicht-Verbundstoff. variable Kalandrierbedingungen

In diesem Beispiel wird der Bereich der Luftdurchlässigkeiten dargestellt, die durch Variieren der Belastung am Walzenspalt und der Geschwindigkeit bei einer konstanten Temperatur von 155ºC erzielt werden können. Die Spinnvliesmatte bestand aus TYPAR mit einem Flächengewicht von 68 g/m², wohingegen das Vlies aus schmelzgeblasenem Polypropylen ein Flächengewicht von 38 g/m² aufwies. Die experimentellen Bedingungen und die Ergebnisse sind unten in Tabelle 3 dargestellt.

Tabelle 3

Wie zu ersehen ist, läßt sich durch Veränderung der Kalandrierbedingungen ein weiter Bereich von Durchlässigkeiten erzie len. Wie durch Zunahme der Gurley-Hill-Porosität bewiesen wird, nimmt die Durchlässigkeit ab, wenn die Kalandriergeschwindigkeit verringert wird und die Belastung am Walzenspalt erhöht wird. Das deutet darauf hin, daß eine längere Verweilzeit und eine höhere Verfestigungskraft am Kalanderwalzenspalt zu einer besseren Wärmeübertragung durch das schmelzgeblasene Vlies hindurch führt, durch die dieses Eigenschaften ähnlich denen einer Membran erhält.

Beispiel 3 - Dreischicht-Verbundstoff für sterile Veroackunaszwecke

In diesem Beispiel besaß die Verbundstoffbahn einen Kern aus einem Vlies aus schmelzgeblasenen Polypropylenfasern sowie Außenschichten aus Polypropylen-Spinnvliesmatten, wobei die Spinnvliesmatten nicht aus TYPAR bestanden, sondern aus Filamenten mit einem DTPF-Wert von weniger als 6 hergestellt waren. Die Verbundbahn bildete eine gute Sperre gegen Bakterien und konnte mit Dampf sterilisiert werden.

Die Spinnvliesmatte wurde durch Extrudieren einer Polypropylenschmelze durch zahlreiche Spinndüsenöffnungen hergestellt. Die entstandenen Filamente wurden unter kontrollierter Temperatur mit Luft angeblasen und durch eine Ventun-Düse in eine Verteilungskammer eingesaugt, um die Auflockerung und Verwirrung der Filamente zu gewährleisten. Die verwirrten Filamente wurden als Wirrfaservlies auf einem laufenden Band abgelegt, unter dem sich eine Saugkammer befand.

Das in diesem Beispiel verwendete schmelzgeblasene Vlies wurde wie in Beispiel 1 hergestellt.

Die beiden Außenschichten aus Spinnvlies und die schmelzgeblasene Innenschicht wurden in dem Walzenspalt eines Kalanders zwischen einer glatten Metallwalze und einer mit Baumwolle gefüllten Walze mit einer Shore-Härte D von 80 - 83 aufeinanderkaschiert. Die Metallwalze wurde auf eine Oberflächentemperatur von 149ºC aufgeheizt, während die mit Baumwolle gefüllte Walze nicht aufgeheizt wurde. Auf die Bahn wurde eine Belastung von 1,75 x 10&supmin;&sup5; N/m aufgebracht, während die Bahn mit einer Geschwindigkeit von 59,4 m/min durch den Kalanderwalzenspalt lief.

Die physikalischen Eigenschaften der einzelnen Komponenten sowie diejenigen der Verbundstoffbahn sind in Tabelle 4 angegeben. Wie zu ersehen ist, war die Luftdurchlässigkeit der Verbundstoffbahn sehr viel geringer bei höherem hydrostatischem Druck war als entweder diejenige des schmelzgeblasenen Vlieses oder der Spinnvliesmatte. Ebenso wurde eine bessere Bakterienbarrierewirkung bei hohem hydrostatischem Druck zustandegebracht. Im Vergleich dazu weist medizinisches Verpackungspapier mit einem Flächengewicht von 67,8 g/m², das in weitem Maße zum sterilen medizinischen Verpacken verwendet wird, unter den gleichen Testbedingungen eine Bakterienbarrierewirkung von Null auf.

Tabelle 4

* MD = Laufrichtung; CD = Querrichtung

Beispiel 4 - Weitere Verbundstoffe zum sterilen Veroacken

In diesem Beispiel werden der Bereich der Durchlässigkeits und derjenige der Bakterienbarrierewirkung dargestellt, die durch Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zustandegebracht werden können. Bei einer Reihe von Testläufen wurde die Belastung am Walzenspalt verändert, während die Kalandriertemperatur konstant auf 143ºC gehalten wurde und die Kalandriergeschwindigkeit konstant auf 59,4 m/min gehalten wurde. Bei einer weiteren Reihe von Testläufen wurde die Kalandriertemperatur verändert, während die Belastung am Walzenspalt konstant auf 1,75 x 10&supmin;&sup5; N/m gehalten wurde und die Kalandriergeschwindigkeit konstant auf 59,4 m/min gehalten wurde. Die physikalischen Eigenschaften der Verbundstoffbahnen aus diesen zwei Testlaufreihen sind unten in Tabelle 5 bzw. Tabelle 6 dargestellt.

Tabelle 5
Tabelle 6

* Zum sterilen Verpacken verwendetes Papier ("Monadnock") 67,8 g/m²

Die obigen Zahlen zeigen, daß die Gurley-Hill-Porosität und der hydrostatische Druck bei konstanter Temperatur mit der Belastung am Walzenspalt zunehmen, was anzeigt, daß die Struktur der Verbundstofbahn dichter wird. Bei konstanter Belastung am Walzenspalt und konstanter Kalandriergeschwindigkeit wiesen sowohl die Gurley-Hill-Porosität als auch der hydrostatische Druck einen Maximalwert bei 149ºC auf. Die BTC-Barrierewirkung erreichte bei die ser Temperatur ebenfalls einen Maximalwert.

Beispiel 5 - Dreischicht-Verbundstoff mit elektrostatisch aufgeladenem schmelzgeblasenem Vlies

In diesem Beispiel wird eine weitere Verbesserung bei der Bakterienbarrierewirkung dargestellt, wenn ein elektrostatisch aufgeladenes schmelzgeblasenes Vlies als Innenschicht in einer Dreischicht-Verbundstoffbahn gemäß dieser Erfindung verwendet wird. Die schmelzgeblasenen Fasern werden während des Vliesbildungsschritts elektrostatisch aufgeladen, wie dies z. B in den USA-Patenten 4,215,682 an Kubik et al. (3M Company) und 4,904,174 an Mossmeyer (Exxon Company and Battelle Institute) beschrieben ist. Die Verbundstoffbahn wurde im wesentlichen in der in Beispiel 3 beschriebenen Weise hergestellt. Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 7 dargestellt.

Tabelle 7

Es sei angemerkt, daß die Porositäten und die hydrostatischen Drücke durch die elektrostatische Aufladung des schmelzgeblasenen Vlieses nicht sehr beeinträchtigt wurden, während sich die Bakterienbarrierewirkung sehr stark veränderte.


Anspruch[de]

1. Hochfeste, reißfeste, kalandrierte Verbundstoffbahn mit einer Opazität von mindestens 75 % gemäß Bestimmung durch den TAPPI-Test T-519 om-86, einer geringen Luftdurchlässigkeit von 5 - 75 Sekunden, ausgedrückt als Gurley-Hill-Porosität, einer geringen Wasserflüssigkeitsdurchlässigkeit, ausgedrückt durch einen hydrostatischen Druck von mindestens 0,75 m gemäß dem AATCC-Standard 127-1985, und Barrierebildungseigenschaften gegenüber Bakterien, die sehr viel besser sind als die von medizinischem Papier, das zum sterilen Verpacken verwendet wird, wobei die Bahn ein Vlies aus schmelzgeblasenen Polypropylenfasern und eine Matte aus Polypropylen-Spinnvliesfasern umfaßt, die auf mindestens eine Seite derselben aufkaschiert ist, wobei die schmelzgeblasenen Fasern einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 - 10 µm besitzen, das Vlies aus schmelzgeblasenen Fasern selbst ein durchschnittliches Gewicht von 17 - 40,7 g/m² aufweist und die Fasern der Spinnvliesmatte einen durchschnittlichen Durchmesser von mindestens 20 µm besitzen und die Spinnvliesmatte selbst ein durchschnittliches Gewicht von 17 - 100 g/m² aufweist.

2. Verbundstoffbahn nach Anspruch 1 zur Verwendung als Hausumhüllung, die eine Gurley-Hill-Porosität von 30 - 75 Sekunden aufweist.

3. Zweischichtige Verbundstoffbahn nach Anspruch 2, die eine Wasserdampfdurchlässigkeitsmenge gemäß ASTM E96, Methode B, von mindestens 500 g/m² innerhalb von 24 Stunden und eine Wasserflüssigkeitsdurchlässigkeit aufweist, die als hydrostatischer Druck von mindestens 0,9 m ausgedrückt wird.

4. Verbundstoffbahn nach Anspruch 1 zur Verwendung beim sterilen Verpacken, die eine Gurley-Hill-Porosität von 5 - 50 Sekunden aufweist, und die unter standardisierten Bakterien-Testkammerbedingungen eine wirksame Barriere gegen Bakterien bildet, so daß mindestens 60 % der Testproben kein Vorhandensein von Bakterien zeigen.

5. Verbundstoffbahn nach Anspruch 1, worin das schmelzgeblasene Vlies elektrostatisch aufgeladen ist.

6. Verbundstoffbahn nach Anspruch 4, worin das schmelzgeblasene Vlies elektrostatisch aufgeladen ist.

7. Zweischichtige Verbundstoffbahn nach Anspruch 1, worin die Fasern der Spinnvliesmatte einen dtex-Wert pro Filament von mindestens 10 aufweisen.

8. Dreischichtige Verbundstoffbahn nach Anspruch 1, worin mindestens eine der Spinnvliesschichten aus Fasern von weniger als 6 dtex pro Filament besteht.

9. Mikrofilterelement, bestehend aus einer Verbundstoffbahn nach Anspruch 1.

10. Verfahren zur Herstellung einer Verbundstoffbahn, bei dem eine Anordnung, bestehend aus einem Vlies aus schmelzgeblasenen Polypropylenfasern und einer Spinnvliesmatte aus Polypropylenfasern, die auf mindestens eine Seite derselben aufkaschiert ist, wobei die schmelzgeblasenen Fasern einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 - 10 µm besitzen, das Vlies aus schmelzgeblasenen Fasern selbst ein durchschnittliches Gewicht von 17 - 40,7 g/m² aufweist und die Fasern der Spinnvliesmatte einen durchschnittlichen Durchmesser von mindestens 20 µm besitzen und die Spinnvliesmatte selbst ein durchschnittliches Gewicht von 17 - 100 g/m² aufweist, kalandriert wird in einem Kalander, bestehend aus einer glatten, auf eine Temperatur von 140 - 170ºC aufgeheizten Metallwalze, die entgegen einer nicht aufgeheizten, elastische Walze mit einer Shore-Härte D von 75 - 85 bei einer Belastung von 1,75 x 10&supmin;&sup5; - 3,5 x 10&supmin;&sup5; N/m am Walzenspalt läuft;

unter der Voraussetzung, daß bei der Herstellung einer zweischichtigen Verbundstoffbahn nur das Vlies aus schmelzgeblasenen Fasern in direktem Kontakt mit der aufgeheizten Metallwalze steht und bei der Herstellung einer dreischichtigen Verbundstoffbahn die in Kontakt mit der aufgeheizten Metallwalze stehende Spinnvliesmatte aus Filamenten mit einem dtex-Wert pro Filament (DTPF) von weniger als 6 besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, worin eine zweischichtige Verbundstoffbahn hergestellt wird und die Fasern der Spinnvliesmatte einen dtex-Wert pro Faser von mindestens etwa 10 aufweisen.

12. Verfahren nach Anspruch 10, worin die Temperatur der aufgeheizten Metallwalze 140 - 150ºC beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 10, worin die nicht mit der aufgeheizten Metallwalze in Kontakt stehende Schicht vor diesem Kontakt auf eine Temperatur von etwa 20 Cc unter der Temperatur der auf geheizten Metallwalze vorgeheizt wird.







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