DE60123761T2 - Verfahren und lösung zum flash-spinnen - Google Patents

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    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/11Flash-spinning
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/724Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged forming webs during fibre formation, e.g. flash-spinning

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft Fibrillenstränge von polymeren Plexifilamentfolien. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbesserungen des Verfahrens zum Flash-Spinnen und Ablegen von Fibrillensträngen von polymeren Plexifilamentfolien.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bei dem Verfahren zum Herstellen von Flash-Spinnfasern wie in der an Blades et al. vergebenen (an DuPont übertragenen) US-Patentschrift Nr. 3081519 offenbart, wird eine Lösung von faserbildendem Polymer in einem flüssigen Spinnmittel, das kein Lösungsmittel für das Polymer unterhalb dem normalen Siedepunkt der Flüssigkeit ist, bei einer Temperatur über dem normalen Siedepunkt der Flüssigkeit und bei einem autogenen Druck oder einem höheren Druck gehalten und dann in eine Zone niederer Temperatur und von wesentlich niedrigerem Druck hineingesponnen, um Filmfibrillenstränge von Plexifilamentfolien zu bilden. Geeignete Spinnmittel sind schon beschrieben worden und umfassen aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol und Toluol, aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Octan und ihre Isomere und Homologe; alicyclische Kohlenwasserstoffe wie Cyclohexan; ungesättigte Kohlenwasserstoffe; und halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff Chloroform, Ethylchlorid und Methylchlorid. Das Patent von Blades et al. beschreibt keine Bildung von flash-gesponnenen Platten. Wie in der an Anderson et al. vergebenen (an DuPont übertragenen US-Patentschrift Nr. 3227794 offenbart, erfordert das Lösungsflash-Spinnverfahren ein Spinnmittel, das: (1) kein Lösungsmittel für das Polymer unterhalb des normalen Siedepunkts des Spinnmittels ist; (2) eine Lösung mit dem Polymer bei hohem Druck bildet; (3) eine erwünschte Zweiphasendispersion mit dem Polymer bildet, wenn der Lösungsdruck in einer Herablasskammer leicht reduziert wird; und (4) flash-verdampft, wenn es aus der Ablasskammer in eine Zone von wesentlich niedrigerem Druck freigesetzt wird.
  • Das Flash-Spinnverfahren umfasst normalerweise einen Schritt des Aufbringens einer elektrostatischen Ladung auf eine geglättete und teilweise ausgebreitete Bahn von Fibrillensträngen aus Plexifilamentfolien, nachdem die Bahn aus einer Spinnöffnung gesponnen worden ist und bevor sie auf ein geerdetes, sich bewegendes Band unter Bildung einer Platte abgelegt wird. Die elektrostatische Ladung wird durch Hindurchführen der Bahn durch ein Coronafeld aufgebracht, das zwischen einer Mehrnadelionenpistole und einer geerdeten Zielplatte gebildet wird. Wenn die Bahn durch das Coronafeld hindurchgeht, so nimmt sie geladene Teilchen auf, die von der Ionenpistole an die Zielplatte migrieren. Die auf die einzelnen Fibrillen der Bahn aufgebrachten elektrostatischen Ladungen verursachen, dass die Fibrillen einander abstoßen, so dass die Fibrillen getrennt werden und des Weiteren die Folienfibrillenbahn "geöffnet" wird. Die aufgeladene Bahn wird dann zusammen mit anderen Bahnen von danebenliegenden Spinpaketen auf dem sich bewegenden Band abgelegt. Weil die Bahnen aufgeladen sind, werden sie zuerst an das geerdete, sich bewegende Band angezogen und wenn sie einmal abgelegt sind, so bleiben sie auf dem Band an Ort und Stelle festgeheftet.
  • Während des Flash-Spinnvorgangs ist es wichtig, dass die Ladungsdichte auf den Bahnen einen Wert nicht übersteigt, der zum elektrischen Abbau der gasförmigen Atmosphäre in der Spinnzelle führt, was einen Lichtbogenüberschlag zwischen den Bahnen und dem Band verursachen würde. Wenn ein Lichtbogenüberschlag stattfindet, so verlieren die Bahnen ihre Ladung und die Festheftkräfte zwischen den Bahnen und dem Band können derart reduziert werden, dass die Bahnen nicht auf dem Band festgeheftet bleiben. Wenn die Bahnen nicht richtig auf dem Band festgeheftet sind, so können die Bahnen von dem Strom von gasförmigem Spinnfluid gezogen und bewegt werden. Das führt dazu, dass die Bahnen sich zu Bündeln aufrollen, derart, dass die aus den Bahnen hergestellte Platte nicht gleichförmig ist und Fehlstellen enthält.
  • Handelsübliche Plattenprodukte, die aus Fibrillensträngen von Polyethylenplexifilamenfolien hergestellt sind, sind in der Vergangenheit durch Flash-Spinnen eines Spinnfluids hergestellt worden, das aus Polyethylen in einem Perchlorfluorkohlenstoff-(CFK-)Spinnmittel wie Trichlorfluormethan besteht. Leider gelten CFK als den Ozon der Stratosphäre verarmende Chemikalien. Alternative Verbindungen, die für das Flash-Spnnverfahren geeignet sind, die keine Ozonverarmung verursachen oder zur Erwärmung der Atmosphäre beitragen, sind entwickelt worden.
  • Die alternativen Spinnmittel, die untersucht worden sind, umfassen gesättigte Kohlenwasserstoffe, wie n-Pentan. Obwohl gesättigte Kohlenwasserstoffe nicht ozonverarmend sind, haben sie im Vergleich mit CFK den Nachteil, dass sie die wirksame elektrostatische Ladung reduzieren, die auf die flash-gesponnene Bahn aufgebracht wird, wenn die Bahn durch das elektrostatische Feld bei einem vorgegebenen Strom hindurchgeht. Dadurch werden die Bahnen nicht ganz so vollständig geöffnet und die dabei gebildete nichtgewobene Platte ist weniger gleichförmig als eine Platte, die aus vollständig aufgeladenen Bahnen gebildet wird. Außerdem neigen gesättigte Kohlenwasserstoffgase dazu, geringe Abbaufestigkeiten aufzuweisen. Wenn die Ladungsdichte auf der Bahn die Fähigkeit des Gases, diese zu stützen, übersteigt, so bildet sich ein leitfähiger Weg durch das Gas, der als Lichtbogen zu sehen ist. Der Lichtbogen zapft die Ladung von den Fibrillen der Bahn ab, was zu einem schlechten Ablegen auf dem Auffangband führt. Die geringe Abbaufestigkeit eines gesättigten Kohlenwasserstoffgases erfordert eine Reduzierung der Geschwindigkeit, mit der die Fasern verarbeitet werden können (reduzierte Polymerfließgeschwindigkeit des Verfahrens) im Vergleich mit Spinnmitteln, die eine höhere Abbaufestigkeit aufweisen, wie beispielsweise CFK.
  • Die an Ginty et al. vergebene US-Patentschrift Nr. 5643525 beschreibt eine Methode für das Verbessern der Polyolefinbahnaufladung während des Flash-Spinnens, wobei der elektrostatische Aufladungsschritt in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die mindestens eine ladungsverbessernde Verbindung umfasst. Die ladungsverbessernden Verbindungen können in sehr geringen Konzentrationen als Gas, Dampf oder Nebel direkt in die elektrostatische Aufladungsatmosphäre in der Spinnzelle eingeführt werden. Die ladungsverbessernden Verbindungen sind Substanzen, die, wenn sie in der Coronaaufladungszone ionisiert werden, beständige, sich langsam bewegende Ionen bildet. Das Vorliegen dieser Ionen führt zur Bildung einer beständigeren Corona, was die Ladungsmenge erhöht, die auf die Bahn im Vergleich mit der Ladung aufgebracht werden kann, die in Abwesenheit der ladungsverbessernden Verbindung erreicht werden würde. Obwohl dieser Ansatz sich als zum Erhöhen der Ladung auf der Bahn wirksam erwiesen hat, wirken sich die ladungsverbessernden Zusätze nicht auf die Gesamteigenschaften der gasförmigen Atmosphäre in der Spinnzelle aus, es sei denn, die ladungsverbessernden Verbindungen werden in Konzentrationen angewendet, die viel höher sind als sie bei Flash-Spinnverfahren möglich sind. So bleibt der Lichtbogenüberschlag zwischen Bahnen, die abgelegt werden, und dem Band ein Problem. Es ist deshalb wünschenswert, ein nicht ozonverarmendes Spinnmittel zur Verwendung bei vorhandenen Flash-Spinnvorrichtungen zu entwickeln, das den Lichtbogenüberschlag zwischen den abgelegten Bahnen und dem Band stark reduziert oder eliminiert, so dass die Gleichförmigkeit der Platten, die aus den Bahnen hergestellt werden, die auf dem geerdeten Band abgelegt werden, verbessert wird.
  • KURZE BESCHREIBUGN DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Flash-Spinnen einer Bahn aus Fibrillensträngen von Plexifilamentfolie aus synthetischem faserbildendem Polymer und Ablegen der Bahn unter Bildung eines Wattevliesmaterials daraus gerichtet. Das Verfahren umfasst den Schritt des Bildens eines Spinnfluids bestehend im Wesentlichen aus synthetischem faserbildendem Polymer und einem Spinnmittel, wobei das Spinnmittel aus mindestens 80 Gew.-%, auf das Gesamtgewicht des Spinnmittels bezogen, Kohlenwasserstoffen besteht, die ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen. Die Kohlenwasserstoffstoffatome bestehen aus mindestens 25 Gew.-% ungesättigten Kohlenwasserstoffen mit 4-8 Kohlenstoffatomen. Das Verfahren umfasst des Weiteren die Schritte des Flash-Spinnens des Spinnfluids bei einem Druck, der stärker ist als der autogene Druck des Spinnfluids in eine Spinnzelle, die bei niedrigerem Druck gehalten wird, unter Bildung einer Bahn aus Fibrillensträngen von Plexifilamentfolie des synthetischen faserbildenden Polymers, Aufbringens einer elektrostatischen Ladung auf die Bahn durch Hindurchführen der Bahn durch eine elektrische Corona und Ablegens der Bahn auf eine geerdete Oberfläche unter Bildung einer Watte aus Fibrillensträngen von Plexifilamentfolie, die dazu geeignet ist, zu einer Platte konsolidiert zu werden.
  • Das Spinnfluid in dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht bevorzugt aus 5 bis 30 Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht des Spinnfluids bezogen, eines faserbildenden Polymers. Bevorzugt ist das faserbildende Polymer ein Polyolefin, wie beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen.
  • Die ungesättigten Kohlenwasserstoffe in dem Spinnmittel werden bevorzugt aus der Gruppe von Alkenen der Formel CnH2n und Cycloalkenen der Formel CnH2n-n ausgewählt, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist. Das Spinnmittel weist einen Siedepunkt an der Luft zwischen 15°C und 100°C auf. Bevorzugt wird der ungesättigte Kohlenwasserstoff aus der Gruppe von 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Hepten, 1-Octen oder ihren strukturellen Isomeren oder aus der Gruppe von Cyclobuten, Cyclopenten, Cyclohexen, Cyclohepten und Cycloocten ausgewählt. Einer bevorzugteren Ausführungsform der Erfindung gemäß besteht das Spinnmittel aus mindestens 90 Gew.-% ungesättigten Kohlenwasserstoffen, ausgewählt aus der Gruppe von Alkenen der Formel CnH2n und Cycloalkenen der Formel CnH2n-n, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist. Noch bevorzugter besteht das Spinnmittel im Wesentlichen aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen ausgewählt aus der Gruppe von Alkenen der Formeln CnH2n und Cycloalkenen der Formel CnH2n-n, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist. Am bevorzugtesten besteht das Spinnmittel im Wesentlichen aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen ausgewählt aus der Gruppe von 1-Penten, 1-Hexen und ihren strukturellen Isomeren. Einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß besteht das Spinnmittel im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen, die ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen. Einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß kann das Spinnmittel mindestens 10 Gewichtsprozent gesättigte Kohlenwasserstoffe umfassen ausgewählt aus der Gruppe von Alkanen der Formen CnH2n+2 und Cycloparaffinen der Formen CnH2n, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist.
  • Dem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren gemäß umfasst das Verfahren für das Flash-Spinnen einer Bahn aus Fibrillensträngen von Plexifilamentfolie aus synthetischem faserbildendem Polymer und Ablegen der Bahn unter Bildung eines nichtgewobenen Plattenmaterials daraus die Schritte des Bildens eines Spinnfluids bestehend im Wesentlichen aus 5 bis 35 Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht des Spinnfluids bezogen, von synthetischem faserbildenden Polyolefin und Spinnmittel wie unten definiert, das Flash-Spinnen des Spinnfluids bei einem Druck, der höher ist als der autogene Druck des Spinnfluids in eine Spinnzelle, die bei einem niedrigeren Druck gehalten wird, unter Bildung einer Bahn von Fibrillensträngen von Plexifilamentfolie aus synthetischem faserbildendem Polyolefin, Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf die Bahn durch Hindurchführen der Bahn durch eine elektrische Corona, Ablegen der Bahn auf einer geerdeten Oberfläche unter Bildung der Bahn zu einer faserigen Watte, Konsolidieren der faserigen Watte unter Bildung einer faserigen nichtgewobenen Platte und Entfernen der faserigen nichtgewobenen Platte von der Spinnzelle. Das Spinnmittel besteht aus mindestens 90 Gew.-%, auf das Gesamtgewicht des Spinnmittels bezogen, von Kohlenwasserstoffen bestehend ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, und die Kohlenwasserstoffe bestehen aus mindestens 25 Gew.-% ungesättigten Kohlenwasserstoffen ausgewählt aus der Gruppe von Alkenen der Formel CnH2n und Cycloalkenen der Formel CnH2n-2, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist. Bevorzugt ist die geerdete Oberfläche ein geerdetes Fließband und der Schritt des Konsolidierens der faserigen Watte umfasst den Schritt des Zusammendrückens der Watte zwischen dem Fließband und einer Auffangwalze, um eine konsolidierte nichtgewobene Platte zu bilden. Es wird des Weiteren vorgezogen, dass das Spinnfluid aus 8 bis 25 Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht des Spinnfluids bezogen, des faserbildenden Polymers besteht. Das Spinnmittel besteht bevorzugt im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen bestehend ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen. Noch bevorzugter besteht das Spinnmittel im Wesentlichen aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen ausgewählt aus der Gruppe von Alkenen der Formel CnH2n und Cycloalkenen der Formel CnH2n-2, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines dem Stand der Technik entsprechenden Flash-Spinnapparats.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines doppelendigen Flash-Spinnapparats.
  • 3 ist eine graphische Darstellung der Trübungspunktdaten für eine Lösung von 18 Gew.-% Polyethylen hoher Dichte in einem Spinnmittel bestehend aus 100 % 1-Penten, 100 % 1-Hexen und 3 Mischungen von 1-Hexen und 1-Penten.
  • 4 ist eine graphische Darstellung von Trübungspunktdaten einer Lösung von 18 Gew.-% Polyethylen hoher Dichte in 100 n-Penten, 100 % 1-Hexen und 2 Mischungen von n-Pentan und 1-Hexen.
  • 5 ist eine graphische Darstellung von Trübungspunktdaten einer Lösung von 15 Gew.-% Polypropylen in 100 % 1-Penten und 2 Mischungen von 1-Penten und 1-Hexen.
  • 6 ist eine graphische Darstellung eines Gleichförmigkeitsindexes in Abhängigkeit von der Polymerfließgeschwindigkeit für Platten, die in den Beispielen 1–4 und Vergleichsbeispielen A und B hergestellt worden sind.
  • DEFINITIONEN
  • Der Begriff "Polyolefin", wie er hier verwendet wird, soll eine Reihe von weitgehend gesättigten polymeren Kohlenwasserstoffen bedeuten, die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen. Typische Polyolefine umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Polyethylen, Polypropylen, Polymethylpenten und verschiedene Kombinationen der Monomere Ethylen, Propylen und Methylpenten.
  • Der Begriff "Polyethylen", wie er hier verwendet wird, soll nicht nur Homopolymere von Ethylen umfassen, sondern auch Copolymere, bei denen mindestens 85 % der sich wiederholenden Einheiten Ethyleneinheiten, wie Copolymere von Ethylen und Alpha-Olefinen, sind. Bevorzugte Polyethylene umfassen Polyethylen niedriger Dichte, lineares Polyethylen niedriger Dichte und lineares Polyethylen hoher Dichte. Ein bevorzugtes lineares Polyethylen hoher Dichte weist einen oberen Schmelzgrenzbereich von etwa 130°C bis 140°C, eine Dichte im Bereich von etwa 0,941 bis 0,980 Gramm pro Kubikzentimeter und einen Schmelzindex (wie durch ASTM D-1238-57T, Bedingung E definiert) zwischen 0,1 und 100, bevorzugt von weniger als 4 auf.
  • Der Begriff "Polypropylen", wie er hier verwendet wird, soll nicht nur Homopolymere von Propylen umfassen sondern auch Copolymere, wobei mindestens 85 % der sich wiederholenden Einheiten Propyleneinheiten sind. Bevorzugte Propylenpolymere umfassen isotaktisches Polypropylen und syndiotaktisches Polypropylen.
  • Der Begriff "Plexifilament", wie er hier verwendet wird, bedeutet ein dreidimensionales integrales Netzwerk einer Vielzahl dünner, bandähnlicher, Folienfibrillenelemente willkürlicher Länge und mit einer durchschnittlichen Foliendicke von weniger als etwa 4 Mikron und einer mittleren Fibrillenbreite von weniger als etwa 25 Mikron. In Plexifilamentstrukturen sind die Folienfibrillenelemente im allgemeinen koextensiv mit der Längsachse der Struktur ausgerichtet und sie verbinden sich und trennen sich voneinander zwischendurch in unregelmäßigen Abständen an verschiedenen Stellen der gesamten Länge, Breite und Dicke der Struktur entlang bzw. hindurch, unter Bildung eines kontinuierlichen dreidimensionalen Netzwerks.
  • Der Begriff "Trübungspunktdruck", wie er hier verwendet wird, bedeutet der Druck, bei dem eine flüssige Einphasen-Polymerlösung beginnt, sich in eine an Polymer reiche/an Spinnmittel reiche flüssige Zweiphasen-/flüssige Dispersion phasenzutrennen.
  • Der Begriff "Spinnfluid", wie er hier verwendet wird, bedeutet die Lösung, die das Polyolefin, das primäre Spinnmittel und irgendein gleichzeitiges Spinnmittel oder Zusatzmittel umfasst, das vorliegen kann.
  • PRÜFMETHODEN
  • Die Plattengleichförmigkeit wird als ein Index (Gleichförmigkeitsindex, GI) definiert, der das Produkt des Grundgewichtsvariabilitätskoeffizienten mit der Quadratwurzel des Grundgewichts in Grammeinheiten pro Quadratmeter (Unzen pro Quadratyard) ist. Nachdem eine faserige Platte gebildet worden ist, die übereinanderliegende Bahnen umfasst, wird eine der Bahnen von den anderen Bahnen in der faserigen Platte getrennt, ohne ihr Ablegemuster zu stören. Dies lässt sich durch Legen der Platte auf ein Substrat wie eine Mylar® Polyesterfolie und Abziehen der darüberliegenden Bahnen von einer oder beiden Seiten, bis die erwünschte Bahn isoliert worden ist, erreichen. Die isolierte Bahn wird dann in Querrichtung und Maschinenrichtung alle 1,02 cm (0,4 Zoll) mit einer im Handel erhältlichen radioaktiven Betamesslehre abgetastet. Die Plattendickedaten für eine Bahn werden als Basis zum rechnungsweisen Bilden einer gesamten Platte verwendet. Eine dieser Bahnen wird zahlenmäßig auf ein Auffangband abgelegt. Eine andere Bahn wird in Quer- und Maschinenrichtung bewegt und auf dieses aufgegeben, so wie es sich in der wirklichen Plattenbildungsform befinden würde. Dieses Verfahren wird solange wiederholt bis die ganze Platte gebildet ist. Als Alternative werden sechs übereinandergelegte Bahnen auf die gleiche Weise abgetastet, während sie sich in Plattenform befinden, und die Plattendickendaten der faserigen Struktur werden als Basis für das rechnerische Bilden einer gesamten Platte auf analoge Weise verwendet. Desgleichen können irgendeine Anzahl übereinandergelegter Bahnen ohne Isolieren einzelner Bahnen abgetastet werden. Ein Gesamtplattengrundgewicht wird dann bestimmt, das durch tatsächliche Plattengrundgewichtmessungen validiert worden ist. Diese numerische Platte wird dann statistisch analysiert, um ihren Gleichförmigkeitsindex zu bestimmen. Die Validität dieses Verfahrens des Definierens der Plattengleichförmigkeitsqualität ist durch viele Jahre lange handelsmäßige Anwendung bestätigt worden.
  • Der Apparat und das Verfahren zum Bestimmen der Trübungspunktdrucke einer Polymer-Spinnmittelkombination sind diejenigen, die in dem an Shin et al. vergebenen US-Patent Nr. 5147586 beschrieben sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird nun im einzelnen Bezug genommen auf die hier bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, von welcher Beispiele unten veranschaulicht werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden von flash-gesponnenen Platten durch Flash-Spinnen eines Spinnfluids umfassend ein faserbildendes Polymer und ein ungesättigtes Kohlenwasserstoffspinnmittel unter Bildung einer Plexifilamentbahn, Ausbreiten und Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf die Bahn und Ablegen der aufgeladenen Bahn unter Bildung einer faserigen Watte. Kohlenwasserstoffspinnfluide, die einen oder mehrere ungesättigte Kohlenwasserstoffe umfassen, reduzieren die Lichtbogenüberschlagung während dieses Flash-Spinn- und Ablegevorgangs im Vergleich mit Spinnfluiden, bei denen das Spinnmittel ausschließlich aus einem oder mehreren gesättigten Kohlenwasserstoffen besteht. Die ungesättigten Kohlenwasserstoffe enthaltenden Spinnfluide können unter Bildung von Platten flash-gesponnen werden, die eine verbesserte Gleichförmigkeit bei höheren Polymerdurchgängen im Vergleich mit den Gleichförmigkeiten aufweisen, die mit gesättigten Kohlenwasserstoffspinnmitteln bei ähnlichen Durchsatzraten erreicht werden.
  • Der allgemeine, für die Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gewählte Flash-Spinnapparat ist demjenigen ähnlich, der in dem an Brethauer et al. vergebenen US-Patent 3860369 offenbart ist, das hier summarisch eingefügt wird. Ein System und ein Verfahren zum Flash-Spinnen eines faserbildenden Polymers ist in dem US-Patent 3860369 beschrieben und in 1 gezeigt. Das Flash-Spinnverfahren wird normalerweise in einer Kammer 10, hier als Spinnzelle bezeichnet, durchgeführt, die eine Spinnmittelentfernungsöffnung 11 und eine Öffnung 12 aufweist, durch die nichtgewobenes Plattenmaterial, das bei dem Vorgang gebildet wird, entfernt wird. Ein Spinnfluid, das eine Mischung von Polymer, Spinnmittel und irgendwelchen Zusatzmitteln umfasst, wird durch eine unter Druck stehende Anlieferleitung 13 an eine Spinnöffnung 14 geliefert. Das Spinnfluid geht von der Anlieferleitung 13 an eine Kammer 16 durch eine Kammeröffnung 15. Bei gewissen Spinnanwendungen kann die Kammer 16 als Druckablasskammer dienen, wobei eine Reduzierung des Drucks die Phasentrennung des Spinnfluids verursacht, wie in dem an Andersen et al. vergebenen US-Patent Nr. 3,227,794 offenbart wird. Ein Drucksensor 22 kann zum Überwachen des Drucks in der Kammer 16 bereitgestellt werden.
  • Das Spinnfluid in der Kammer 16 geht als nächstes durch die Spinnöffnung 14 hindurch. Man glaubt, dass das Hindurchgehen des unter Druck stehenden Polymers und Spinnmittels aus der Kammer 16 in die Spinnöffnung einen Extensionsfluss in der Nähe der Annäherung an die Öffnung bildet, der zur Orientierung des Polymers beiträgt. Wenn das Polymer und das Spinnmittel aus der Öffnung austreten, so dehnt sich das Spinnmittel schnell als Gas aus und lässt fibrillierte Plexifilamentfolienfibrillen hinter sich. Das Gas tritt aus der Kammer 10 durch die Öffnung 11 aus. Bevorzugt wird das gasförmige Spinnmittel zur erneuten Verwendung im Spinnfluid kondensiert.
  • Ein Polymerstrang 20 wird aus der Spinnöffnung 14 abgelassen und wird herkömmlicherweise auf eine rotierende Ablenkerprallplatte 26 gerichtet, wo er flachgedrückt und nach unten einem Fließband 32 zu gedreht wird. Die rotierende Prallwand 26 breitet den Strang 20 zu einer planareren faserigen Plexifilamentbahnstruktur 24 aus, die die Prallplatte abwechselnd auf die linke und die rechte Seite so richtet, dass die Bahn über das Fließband 32 gelegt wird und eine Watte bildet, die unter Bildung einer nichtgewobenen Platte zusammengepresst werden kann. Während die ausgebreitete Plexifilamentstruktur von der Prallplatte herunterfällt, wird die Bahn 24 elektrostatisch so aufgeladen, dass die Plexifilamentstruktur in ausgebreiteter offener Konfiguration gehalten wird, bis sie ein sich bewegendes Band 32 erreicht.
  • Der Weg der pendelnden Bahn 24 geht zwischen zwei voneinander im Abstand gehaltenen aerodynamischen Schirmen (Diffusoren) 25 und 27 hindurch. Der erste Schirm 25 umfasst eine Vertiefung 29 einem Bogen an ihrem oberen Teil entlang, in welcher Vertiefung eine Mehrzahl von Nadeln 23 untergebracht sind, die in der Vertiefung montiert sind. Eine leitfähige Zielplatte 21 ist über den Weg der Bahn 24 von den Nadeln 23 positioniert. Die Nadeln 23 sind so angeordnet, dass sie sich auf die Zielplatte 21 hin so erstrecken, dass die distalen Enden der Nadeln 23 nicht vollständig aus der Vertiefung 29 herausragen. Ein Beispiel eines elektrostatischen Ladungsaufbaus bei einem Flash-Spinnverfahren ist noch vollständiger in den US-Patenten Nr. 9558830 und 5750152 beschrieben, die hier summarisch eingefügt werden.
  • Während des Betriebs werden die Nadeln 23 mit einer geeignete Gleichstromladung beaufschlagt und die Zielplatte 21 wird so geerdet, dass geladenen Teilchen, d.h. Elektronen, Ionen oder Moleküle an den Spitzen der Nadeln 23 gebildet werden und sich auf die Zielplatte 21 hin bewegen. Der Konzentrationsbereich geladener Teilchen, die sich auf die Zielplatte zu bewegen, bildet ein Coronafeld. Während die geladenen Teilchen sich auf die Zielplatte 21 zubewegen, werden einige der Teilchen auf der Bahn 24 aufgefangen und durch diese an das Band 32 geführt.
  • Die dabei gebildete Ladung auf der Bahn 24 trägt dazu bei, die Plexifilamente in einer offenen, voneinander im Abstand gehaltenen Anordnung zu halten und trägt auch dazu bei, die Bahn auf dem Band 32 festgeheftet zu halten. Das Band wird geerdet, um dazu beizutragen, ein richtiges Festheften der geladenen Plexifilamentbahn 24 auf dem Band sicherzustellen. Die Bahn 24 aus jedem Spinnpaket wird auf dem Band zusammen mit den Bahnen aus den danebenliegenden Spinnpaketen unter Bildung einer faserigen Watte 34 auf dem Band 32 abgelegt. Die faserige Watte 34 kann unter einer Walze 31 hindurchgeführt werden, die die Watte zu einer Platte 35 konsolidiert, die mit Fibrillennetzwerken von Plexifilamentfolien gebildet wird, die in sich überlappender multidirektioneller Konfiguration gebildet wird.
  • Die Platte 35 verlässt die Spinnkammer 10 durch den Auslass 12, bevor sie auf einer Plattenauffangwalze 29 aufgefangen wird.
  • Das erfindungsgemäße Spinnmittel besteht aus mindestens 80 Gew.-% (auf das Gesamtgewicht des Spinnmittels bezogen) Kohlenwasserstoffen bestehen im Wesentlichen aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, wobei die Kohlenwasserstoffe aus mindestens 25 Gewichtsprozent (auf das Gesamtgewicht des Spinnmittels bezogen) ungesättigten Kohlenwasserstoffen mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen bestehen. Bevorzugt bestehend die Spinnmittel der vorliegenden Erfindung aus mindestens 25 Gew.-% (auf das Gesamtgewicht des Spinnmittels bezogen) eines ungesättigten Kohlenwasserstoffs wie beispielsweise eines offenkettigen Olefins (Alkens) der Formel CnH2n oder der entsprechenden Cycloalkene der Formel CnH2n-2, wobei n gleich 4–8 und bevorzugt 5 oder 6 ist. Alpha-Olefine werden aufgrund geringerer Kosten und höherer Verfügbarkeit im Vergleich mit anderen Isomeren bevorzugt, jedoch können andere strukturelle Isomere ebenfalls verwendet werden. Man erwartet, dass ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die zwei Doppelbindungen aufweisen, wie beispielsweise Isopren, die Abbaufestigkeit des gasförmigen Spinnmittels stärker als ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die eine einzige Doppelbindung enthalten, erhöhen, jedoch sind sie bei den hohen Temperaturen, die für das Flash-Spinnen angewendet werden, weniger beständig und deshalb weniger bevorzugt. Das Spinnmittel kann 100 % ungesättigten Kohlenwasserstoff umfassen. Die Spinnmittel enthalten wahlweise einen gesättigten Kohlenwasserstoff wie beispielsweise eine Paraffinverbindung (Alkan) der Formel CnH2n+2 oder die entsprechenden Cycloparaffine der Formel CnH2n, wobei n gleich 4–8 und bevorzugt 5 oder 6 ist. Beispiele geeigneter Alkene, die als Spinnmittel bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Hepten, 1-Octen, ihre strukturellen Isomere und die entsprechenden Cycloalkene. Beim Flash-Spinnen von Polyethylen sind bevorzugte ungesättigte Kohlenwasserstoffe 1-Penten und 1-Hexen. Beispiele acylischer und cyclischer gesättigter Kohlenwasserstoffe, die wahlweise mit den ungesättigten Kohlenwasserstoffen im Flash-Spinnverfahren der vorliegenden Erfindung gemischt werden können, umfassen Isobutan, Butan, Cyclobutan, 2-Methylbutan, 2,2-Dimethylpropan, Penten, Methylcyclobutan, Cyclopentan, 2,2-Dimethylbutan, 2,3-Dimethylbutan, 2-Methylpentan, 3-Methylpentan, Hexan, Methylcyclopentan, Cyclohexan, 2-Methylhexan, 3-Methylpentan, Hexan, Methylcyclopentan, Cyclohexan, 2-Methylhexan, 3-Methylhexan, Heptan, Mischungen derselben und andere entsprechende strukturelle Isomere. Die bevorzugten gesättigten Kohlenwasserstoffspinnmittel für das Flash-Spinnen von Polyethylen sind n-Pentan und Cyclopentan.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren können bis zu 20 Gew.-% des Spinnmittels aus Verbindungen bestehen, die als Flash-Spinnmittel nützlich sind, bei denen es sich nicht um Kohlenwasserstoffe handelt, die im Wesentlichen ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen. Derartige andere Verbindungen umfassen halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff Chloroform, Ethylchlorid, Methylchlorid und Dichlorethylen.
  • Faserbildende synthetische Polymere, die aus den oben beschriebenen Spinnmitteln flash-gesponnen werden können, umfassen Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen, Poly(4-methylpenten-1) und ihre Copolymere und Mischungen davon.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Spinnfluid auch Zusatzmittel umfassen, die dem Plattenprodukt spezielle Eigenschaften verleihen sollen. Derartige Zusatzmittel können Wachse, Farbstoffe, Pigmente, Antioxidantien, Mattierungsmittel, Antistatikmittel, Füllstoffe, verstärkende Teilchen, Adhäsionsbeschleuniger, bakterizide Mittel, Farbstoffpromotoren, entfernbare Teilchen, Ionenaustauschmaterialien, Ultraviolettlichtstabilisatoren, Wärmestabilisatoren und andere Zusatzmittel umfassen, die üblicherweise in den Textil-, Papier- und Kunststoffindustrien verwendet werden können.
  • Bevorzugt wird das Spinnmitel so ausgewählt, dass es ein Spinnfluid ergibt, das einen Trübungspunktdruck zwischen ca. 5,62 und 13,89 MPa (800 und 200 psig) bei der Flash-Spinntemperatur aufweist. Ein Gesichtspunkt beim Auswählen eines Spinnmittels ist, dass die Spinnzellumgebung bevorzugt unter Bedingungen gehalten wird, die die Kondensation des Spinnmittels während des Flash-Spinnens verhindern. So erfordert ein ungesättigtes C8-Kohlenwasserstoffspinnmittel wie 1-Octen eine höhere Spinnzelltemperatur als ein ungesättigtes C5-Kohlenwasserstoffspinnmittel wie beispielsweise 1-Penten. Bevorzugt weist das Spinnmittel auch keinen Siedepunkt auf, der so gering ist, dass er die Wiedergewinnung des Lösungsmittels schwierig macht.
  • 3 ist eine graphische Darstellung der Trübungspunktdaten für eine Lösung von 18 Gew.-% Polyethylen hoher Dichte in einem Spinnmittel bestehend aus 100 % 1-Penten (Kurve 60), 100 % 1-Hexen (Kurve 65) und 3 Mischungen von 1-Hexen und 1-Penten bei verschiedenen Lösungsmittelgewichtsverhältnissen (50/50, Kurve 62, 60/40, Kurve 63; 70/30, Kurve 64).
  • 4 ist eine graphische Darstellung von Trübungspunktdaten einer Lösung von 18 Gew.-% Polyethylen hoher Dichte in einen Spinnmittel bestehend aus 100 n-Penten (Kurve 70), 100 % 1-Hexen (Kurve 73) und 2 Mischungen von n-Pentan und 1-Hexen bei verschiedenen Lösungsmittelgewichtsverhältnissen (50/50, Kurve 71; 30/70, Kurve 72).
  • 5 ist eine graphische Darstellung von Trübungspunktdaten einer Lösung von 15 Gew.-% Propylen in 100 % 1-Penten (Kurve 81) und 2 Mischungen von 1-Penten und 1-Hexen bei verschiedenen Lösungsmittelgewichtsverhältnissen (70/30, Kurve 82; 60/40, Kurve 83).
  • Das Polyethylen hoher Dichte wird im Allgemeinen bei einer Temperatur zwischen 170°C und 210°C flash-gesponnen. Polypropylen kann bei Temperaturen zwischen ca. 190°C und 230°C flash-gesponnen werden. Wie von den Trübungspunktkurven für Polyethylen hoher Dichte zu sehen ist, weisen n-Penten und 1-Penten aufgrund ihrer Lösungsmittelwirkung für Polyethylen hoher Dichte ähnliche Trübungspunktkurven auf. Lösungen von Polyethylen hoher Dichte in 1-Hexen weisen aufgrund der höheren Löslichkeit von Polyethylen hoher Dichte in 1-Hexen niedrigere Trübungspunktdrucke als Lösungen in 1-Penten auf. Beim Flash-Spinnen von Polyethylen hoher Dichte unter Anwendung eines Spinnmittels, das 1-Hexen enthält, in einer bestehenden Vorrichtung wird es vorgezogen, Pentan und/oder Penten mit 1-Hexen zu mischen, um einen Trüburgspunktdruck zu erhalten, der innerhalb eines Bereichs liegt, der herkömmlicherweise für das Flash-Spinnen verwendet wird. Ein bevorzugtes Spinnmittel für das Flash-Spinnen von Polyethylen hoher Dichte umfasst 30 bis 70 Gewichtsprozent 1-Hexem, auf das gesamte Spinnmittel bezogen, wobei die verbleibenden 70 bis 30 Gewichtsprozent n-Pentan und/oder 1-Penten umfassen. Gewichtsprozent, wie sie hier verwendet und für die Polymere ausgedrückt werden, beruhen auf dem Gesamtgewicht des Spinnfluids.
  • Folgende nicht einschränkende Beispiele sollen das erfindungsgemäße Produkt und Verfahren veranschaulichen und die Erfindung auf keine Weise einschränken.
  • BEISPIELE
  • Der in den Beispielen verwendete Apparat ist der in der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 98/44176 beschriebene Technikums-Flash-Spinnapparat mit zusätzlichen umgedrehten "V-förmigen" Prallplatten, wie in dem an Marshall vergebenen US-Patent Nr. 5123983 beschrieben ist. Spinnfluide wurden durch Mischen des Spinnmittels und von Polyethylen hoher Dichte mit einem Schmelzindex von 0,70 g/10 min (ASTM D1238 gemäß bei 190°C und einer Belastung von 2,16 kg gemessen), einer Dichte von 0,958 g/cm3, einem Schmelzpunkt von etwa 132°C (Alathon®, von Equistar Chemicals, LP, Houston, TX erhalten) in einer kontinuierlichen Mischeinheit hergestellt. Das Polyethylen enthielt 1000 Gewichtsteile pro Million Wärmestabilisator FiberstabWZFS210. FiberstabWZ ist eine Handelsbezeichnung von Ciba-Geigy Corporation. Die Polymerkonzentrationen sind in Tabelle 1 unten aufgeführt und werden als Gewichtsprozent Polymer, auf das Gesamtgewicht des Spinnfluids bezogen, errechnet.
  • Die Spinnfluide wurden durch eine erhitzte Übertragungsleitung an eine Anordnung von drei doppelendigen Spinndüsenanordnungen geliefert, von denen jede zwei Spinnöffnungen aufwies. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer einzigen doppelendigen Spinndüsenanordnung 30, die ein Spinndüsenpaket 36 mit einem Paar Spinnöffnungen 38 am Ausgangsende jeder von zwei Ablasskammern umfasst. Ein Spinntunnel 17 (wie in 1 gezeigt) wurde direkt stromabwärts von jeder Spinnöffnung positioniert und wies die Gestalt eines abgestumpften Kegels auf, wobei der Durchmesser des Tunnels sich von der Spinnöffnung hinweg erhöhte. Der Spinnöffnungsdurchmesser wurde in den Beispielen wie erforderlich variiert um die erwünschte Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen. Die Spinnöffnungen führen Gas und fasriges Material zu intern untergebrachten rotierenden gelappten Prallplatten 40, die durch elektrische Motoren 42 angetrieben werden. Die rotierenden Prallplatten leiten Gas und faseriges Material in Form eines Paars von Ablegestrahlen 58 nach unten auf das Auffangband 32 zu, das sich in Richtung M bewegt. Die Prallplatten verursachen, dass die Bahnen mit etwa 90 Hz gependelt werden und eine Platte einer Breite von etwa 50 cm wurde auf dem geerdeten sich bewegenden Bronzeband 32 aufgefangen. Die Ablegestrahlen 58 sind von aerodynamischen Schirmen (Diffusoren) 44 umgeben, um die Strahlen zu schützen, bevor sie durch Ausflusspunkte 46 austreten.
  • Jede Spinndüse umfasst eine entsprechende elektrische Aufladeionenpistole 48 und eine Metallzielplatte 50. Die Ionenpistole bestand aus 23 Aufladenadeln, die in zwei Reihen konzentrisch zueinander positioniert sind (wobei 12 Nadeln in der ersten Reihe im Abstand von 10° voneinander in einem Radius von 7,6 cm und 11 Nadeln in der zweiten Reihe im Abstand von 10° voneinander im Radius von 8,9 cm positioniert sind). Jede der Nadeln wurde an eine gemeinsame Gleichstromquelle von 100 kV veränderlicher Kapazität angeschlossen, die typischerweise auf zwischen 5 und 20 kV eingestellt war. Die Ladungspolarität war negativ. Die Spitze der Ladungsnadeln befand sich etwa 1,91 cm von der Oberfläche der Zielplatte entfernt. Die Zielplatte wurde mit einem Erdungsgrund verbunden und wies einen Durchmesser von 22,9 cm auf. Nachdem die Plexifilamentstruktur durch Hindurchgehen zwischen der Ionenpistole und der Zielplatte elektrisch aufgeladen worden war, wurden die Plexifilamentstruktur und das transportierende gasförmige Spinnmittel durch den Diffusor 44 hindurchgeführt, der einen Ausgabespalt von etwa 6,35 cm und einen Radium von etwa 19,69 cm aufwies. Die Entfernung "H" vom Mittelpunkt des Unterteils des Diffusors 44 bis zur Oberfläche des sich bewegenden Bands 32 betrug 25,4 cm.
  • Das verwendete Gas-Kontrollsystem war demjenigen ähnlich, das in dem an Marshall vergebenen US Patent Nr. 5123983 beschrieben ist, das hier summarisch eingefügt wird. Wie in 2 gezeigt, umfasst das Gaskontrollsystem Packprallplatten 52 und Positionsprallplatten 54. Die Packprallplatten waren oberhalb des Auffangbands zwischen den Diffusoren 44 jedes doppelendigen Spinndüsenaufbaus positioniert und befanden sich näher beim stromaufwärts gelegenen Diffusor als dem stromabwärts gelegenen Diffusor und umfassten einen umgedrehten "V-förmigen" Trog, dessen stromabwärts gelegenes Bein kürzer war als das stromaufwärts gelegene Bein. Die Positionsprallplatten 54 befanden sich halbwegs zwischen nebeneinanderliegenden doppelendigen Spinndüsenaufbausystemen und umfassten ebenfalls einen umgedrehten "V-förmigen" Trog, der an jedem Ende offen war.
  • Die Bahnen wurden konsolidiert, nachdem sie auf dem sich bewegenden Band aufgefangen worden waren, durch Hindurchführen der fasrigen Schicht zwischen dem Band und einer Metallkonsolidierwalze, bevor sie aus der Spinnzelle austraten und auf einer Aufnahmewalze, wie in 1 gezeigt, aufgefangen wurden.
  • Es sei denn, es wird etwas Anderes angegeben, so werden die Drucke in Einheiten von MPa (psig) angegeben und die Polymerkonzentrationen werden als Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht des Spinnfluids bezogen, angegeben, wobei das Gewicht des Spinnfluids das Gewicht des Polymers und des Spinnmittels und irgendwelcher Zusatzmittel umfasst.
  • BEISPIELE 1–2
  • Die Beispiele 1 und 2 zeigen das Flash-Spinnen von Polyethylen hoher Dichte unter Anwendung von Kohlenwasserstoffspinnmitteln, die Mischungen der ungesättigten Kohlenwasserstoffe 1-Hexen und 1-Penten und eines gesättigten Kohlenwasserstoffs n-Pentan, sind.
  • Das in Beispiel 1 verwendete Spinnmittel bestand aus 54 % 1-Hexen, 15 % 1-Penten und 31 % n-Pentan. Das in Beispiel 2 verwendete Spinnmittel bestand aus 67 % 1-Hexen, 28 % 1-Penten und 5 % n-Pentan. Die Gewichtsprozentsätze sind auf das gesamte Spinnmittel bezogen.
  • Die Spinnfluide wurden wie oben beschrieben hergestellte und flash-gesponnen. Die Spinndüsenöffnungen hatten eine Länge von 0,025 Zoll (0,064 cm) und einen Durchmesser von 0,0374 Zoll (0,0950 cm). Die Spinntunnel hatten einen Durchmesser von 0,18 Zoll (0,46 cm) neben jeder Spinndüsenöffnung, der sich auf einen Auslassdurchmesser von 0,24 Zoll (0,61 cm) über eine Strecke von 0,33 Zoll(0,84 cm) erweiterte. Die Fließgeschwindigkeit des Spinnfluids (in Pfund pro Stunde Polymer pro Spinnöffnung angegeben) wurde variiert und der Gleichförmigkeitsindex der Platte wurde für jede Fließgeschwindigkeit berechnet. Die Spinnbedingungen und Gleichförmigkeitsdaten sind in Tabelle I angegeben und in 6 grafisch dargestellt.
  • BEISPIEL 3
  • Beispiel 3 zeigt das Flash-Spinnen von Polyethylen hoher Dichte unter Anwendung eines Kohlenstoffspinnmittels, das eine Mischung eines ungesättigten Kohlenwasserstoffs, von 1-Hexen und einem gesättigten Kohlenwasserstoff, 1-Pentan, ist. Das Spinnmittel bestand aus 60 % 1-Hexen und 40 % n-Pentan. Die Prozentsätze sind Gewichtsprozentsätze, auf das gesamte Spinnmittel bezogen.
  • Die Spinnfluide wurden wie oben beschrieben hergestellte und flash-gesponnen. Die Spinndüsenöffnungen hatten eine Länge von 0,025 Zoll(0,064 cm) und einen Durchmesser von 0,0338 Zoll (0,0859 cm). Die Spinntunnel hatten einen Durchmesser von 0,18 Zoll (0,46 cm) neben jeder Spinndüsenöffnung, der sich auf einen Auslassdurchmesser von 0,24 Zoll (0,61 cm) über eine Strecke von 0,33 Zoll (0,84 cm) erweiterte. Die Fließgeschwindigkeit des Spinnfluids (in Pfund pro Stunde Polymer pro Spinnöffnung angegeben) wurde variiert und der Gleichförmigkeitsindex der Platte wurde für jede Fließgeschwindigkeit berechnet. Die Spinnbedingungen und Gleichförmigkeitsdaten sind in Tabelle I angegeben und in 6 grafisch dargestellt.
  • BEISPIEL 4
  • Beispiel 4 zeigt das Flash-Spinnen von Polyethylen hoher Dichte unter Anwendung eines Kohlenstoffspinnmittels, das eine Mischung eines ungesättigten Kohlenwasserstoffs ist. Das Spinnmittel bestand aus 60 % 1-Hexen und 40 % n-Pentan. Die Prozentsätze sind Gewichtsprozentsätze, auf das gesamte Spinnmittel bezogen.
  • Die Spinnfluide wurden wie oben beschrieben hergestellte und flash-gesponnen. Die Spinndüsenöffnungen hatten eine Länge von 0,025 Zoll(0,064 cm) und einen Durchmesser von 0,0347 Zoll (0,0881 cm). Die Spinntunnel hatten einen Durchmesser von 0,18 Zoll (0,46 cm) neben jeder Spinndüsenöffnung, der sich auf einen Auslassdurchmesser von 0,24 Zoll (0,61 cm) über eine Strecke von 0,33 Zoll (0,84 cm) erweiterte. Die Fließgeschwindigkeit des Spinnfluids (in Pfund pro Stunde Polymer pro Spinnöffnung angegeben) wurde variiert und der Gleichförmigkeitsindex der Platte wurde für jede Fließgeschwindigkeit berechnet. Die Spinnbedingungen und Gleichförmigkeitsdaten sind in Tabelle I angegeben und in 6 grafisch dargestellt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL A
  • Das Vergleichsbeispiel A zeigt das Flash-Spinnen von Polyethylen hoher Dichte unter Anwendung eines paraffinischen Spinnmittels, das aus einer Mischung von gesättigten Kohlenwasserstoffen besteht.
  • Das Spinnfluid wurde unter Anwendung von 68 Gew.-% n-Pentan und 32 Gew.-% Cyclopentan, auf das gesamte Spinnmittel bezogen, hergestellt und wie oben beschrieben flash-gesponnen. Die Spinndüsenöffnungen hatten eine Länge von 0,025 Zoll(0,064 cm) und einen Durchmesser von 0,0366 Zoll (0,0930 cm). Die Spinntunnel hatten einen Durchmesser von 0,24 Zoll (0,61 cm) neben jeder Spinndüsenöffnung, der sich auf einen Auslassdurchmesser von 0,28 Zoll (0,71 cm) über einen Strecke von 0,33 Zoll(0,84 cm) erweiterte. Die Fließgeschwindigkeit des Spinnfluids (in Pfund pro Stunde Polymer pro Spinnöffnung angegeben) wurde variiert und der Gleichförmigkeitsindex der Platte wurde für jede Fließgeschwindigkeit berechnet. Die Spinnbedingungen und Gleichförmigkeitsdaten sind in Tabelle I angegeben und in 6 grafisch dargestellt.
  • VERGLEICHSBEISPIEL B
  • Das Vergleichsbeispiel B zeigt das Flash-Spinnen von Polyethylen hoher Dichte unter Anwendung eines paraffinischen Spinnmittels, das aus einer Mischung von gesättigten Kohlenwasserstoffen besteht. Die bei diesem Beispiel angewendeten Fließgeschwindigkeiten wurden im Vergleich mit Vergleichsbeispiel A reduziert, um die Wirkung der Fließgeschwindigkeit auf den Gleichförmigkeitsindex unter Anwendung gesättigter Kohlenwasserstoffspinnmittel zu zeigen.
  • Das Spinnfluid wurde unter Anwendung von 68 Gew.-% n-Pentan und 32 Gew.-% Cyclopentan, auf das gesamte Spinnmittel bezogen, hergestellt und wie oben beschrieben flash-gesponnen. Die Spinndüsenöffnungen hatten eine Länge von 0,025 Zoll (0,064 cm) und einen Durchmesser von 0,0342 Zoll (0,0896 cm). Die Spinntunnel hatten einen Durchmesser von 0,18 Zoll (0,46 cm) neben jeder Spinndüsenöffnung, der sich auf einen Auslassdurchmesser von 0,24 Zoll(0,61 cm) über einen Strecke von 0,33 Zoll (0,84 cm) erweiterte. Es wurde ein kleinerer Spinndüsendurchmesser verwendet, um die reduzierten Fließgeschwindigkeiten im Vergleich mit Vergleichsbeispiel A zu erreichen. Die Fließgeschwindigkeit des Spinnfluids (in Pfund pro Stunde Polymer pro Spinnöffnung angegeben) wurde variiert und der Gleichförmigkeitsindex der Platte wurde für jede Fließgeschwindigkeit berechnet. Die Spinnbedingungen und Gleichförmigkeitsdaten sind in Tabelle I angegeben und in 6 grafisch dargestellt. TABELLE 1
    Figure 00130001
    Figure 00140001
  • Unter Bezugnahme auf Tabelle I, deren Daten in 6 als Gleichförmigkeitsindex in Abhängigkeit von der Polymerfließgeschwindigkeit aufgezeichnet sind, ist zu sehen, dass der Gleichförmigkeitsindex sich mit der Fließgeschwindigkeit bei Proben erhöht, die mit einem paraffinischen Spinnmittel hergestellt worden sind (Vergleichsbeispiele A und B). Im Gegensatz dazu spricht der Gleichförmigkeitsindex auf die Fließgeschwindigkeit über den für die Proben gezeigten Bereich, die mit einem Spinnmittel mit einer olefinischen Komponente hergestellt worden sind, nicht an.
  • Ein niedrigerer Gleichförmigkeitsindex zeigt, dass eine Platte gleichförmiger ist, als eine Platte mit höherem Gleichförmigkeitsindex. Der Gleichförmigkeitsindex steigt mit abnehmendem Faserfestheften auf dem geerdeten Band 32. Platten mit einem hohen Gleichförmigkeitsindex zeigen einen stärkeren Variationsgrad bezüglich der Masse und der Lichttransmission von Punkt zu Punkt. Platten mit einem niedrigen Gleichförmigkeitsindex zeigen auch einen niedrigen Grad an Variation der Lichttransmission von Punkt zu Punkt. Die Platten von geringerem Gleichförmigkeitsindex lassen sich visuell von den Platten mit höherem Gleichförmigkeitsindex aufgrund des Auftretens dicker und dünner Schichten von Fasern unterscheiden.
  • Bei Verwendung eines paraffinischen Spinnmittels wird die Lichtbogenüberschlagung zwischen den Fasern und dem Band signifikant und die Plattengleichförmigkeit nimmt bei Polymerfließgeschwindigkeiten von wesentlich über 22,7 kg (50 Pfund) pro Stunde pro Spinnöffnung ab. Bei hoher Fließgeschwindigkeit werden elektrische Entladungen (Lichtbogenüberschlagungen) beobachtet, während die Plexifilamentfasern 24 sich auf das geerdete Band 32 hin bewegen. Mit dem Verlust der Ladung werden die Fasern schlecht festgeheftet und unterliegen dem Mitgeschlepptwerden durch Gasturbulenz unter Bildung dicker und dünner Bereiche in der Platte. Diese Platten, die in 6 als Buchstabe "A" aufgezeichnet sind, weisen ständig einen Gleichförmigkeitsindex von über 19 auf.
  • Die Verwendung eines ungesättigten Kohlenwasserstoffspinnmittels erhöht die Fließgeschwindigkeit, bei der die Lichtbogenüberschlagung erfolgt. Deshalb wurden keine Lichtbogenüberschlagungen von den Fasern zum Band während des Spinnens der Platten beobachtet, die unter Anwendung des ungesättigten kohlenwasserstoffhaltigen Spinnmittels hergestellt wurden. Das Festheften der Fasern an das Band wurde als stärker beobachtet und das Auftreten von Fasern, die durch Gasturbulenz mitgerissen werden, war wesentlich reduziert. Diese Platten, die in 6 als Nummern "1", "2" und "3" aufgezeichnet sind, weisen ständig einen niedrigeren Gleichförmigkeitsindex auf, als wenn paraffinische verwendet worden sind.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Flash-Spinnen einer Bahn aus Fibrillensträngen von Plexifilamentfolie aus synthetischem faserbildendem Polymer und Ablegen der Bahn unter Bildung eines Wattvliesmaterials daraus, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bilden eines Spinnfluids bestehend im Wesentlichen aus synthetischem faserbildendem Polymer und einem Spinnmittel, wobei das Spinnmittel aus mindestens 80 Gew.-%, auf das Gesamtgewicht des Spinnmittels bezogen, Kohlenwasserstoffen besteht, die ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoffatomen bestehen, wobei die Kohlenwasserstoffe aus mindestens 25 Gew.-% ungesättigten Kohlenwasserstoffen mit 4–8 Kohlenstoffatomen bestehen; Flash-Spinnen des Spinnfluids bei einem Druck, der stärker ist als der autogene Druck des Spinnfluids in eine Spinnzelle, die bei niedrigerem Druck gehalten wird, unter Bildung einer Bahn aus Fibrillensträngen von Plexifilamentfolie des synthetischen faserbildenden Polymers; Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf die Bahn und Ablegen der Bahn auf eine geerdete Oberfläche unter Bildung einer Watte aus Fibrillensträngen von Plexifilamentfolie, die dazu geeignet ist, zu einer Platte konsolidiert zu werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ungesättigten Kohlenwasserstoffe aus der Gruppe von Alkenen der Formel CnH2n und Cycloalkenen der Formel CnH2n-2 ausgewählt werden, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei n gleich 5 oder 6 ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Spinnfluid aus 5 bis 30 Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht des Spinnfluids bezogen, faserbildendes Polymer besteht und das faserbildende Polymer ein Polyolefin ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Spinnfluid 8 bis 25 Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht des Spinnfluids bezogen, synthetisches faserbildendes Polyolefin enthält.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Polyolefinpolymer Polyethylen ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Polyolefinpolymer Polypropylen ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Spinnmittel einen Siedepunkt an der Luft zwischen 15°C und 100°C aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der ungesättigte Kohlenwasserstoff aus der Gruppe von 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Hepten, 1-Octen und ihren strukturellen Isomeren ausgewählt ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der ungesättigte Kohlenwasserstoff aus der Gruppe von Cyclobuten, Cyclopenten, Cyclohexen, Cyclohepten und Cycloocten ausgewählt ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Spinnmittel aus mindestens 90 Gew.-% ungesättigten Kohlenwasserstoffen besteht ausgewählt aus der Gruppe von Alkenen der Formel CnH2n und Cycloalkenen der Formel CnH2n-2, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Spinnmittel im Wesentlichen aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen besteht ausgewählt aus der Gruppe von Alkenen der Formel CnH2n und Cycloalkenen der Formel CnH2n-2, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Spinnmittel im Wesentlichen aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen besteht ausgewählt aus der Gruppe von 1-Penten, 1-Hexen, und ihren strukturellen Isomeren.
  14. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Spinnmittel aus mindestens 10 Gew.-% ungesättigten Kohlenwasserstoffe besteht ausgewählt aus der Gruppe von Alkenen der Formel CnH2n+2, und Cycloparaffinen der Formel CnH2n, wobei n gleich 4, 5, 6, 7 oder 8 ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Spinnmittel im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen besteht, die ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen.
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