Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft celluloseacetathaltige Faserstoffe und daraus erhältliche Produkte. Hierzu zählen insbesondere flächige Produkte wie Nonwo- ven. Ein besonders bevorzugter Aspekt der Erfindung betrifft Wischtücher, Reinigungs tücher, Sanitärprodukte, Medizinalprodukts und Haushaltstücher aus derartigen celluloseacetathaltigen Faserstoffen, die sich durch vorteilhafte Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich ihres Verhaltens gegenüber von außen einwirkender Feuchtigkeit auszeichnen.

Die Erfindung stellt ferner Verfahren zur Herstellung der celluloseacetathaltigen Faserstoffe und der daraus abgeleiteten Produkte bereit.

Flächige Produkte, die erfindungsgemäße celluloseacetathaltige Faserstoffe enthalten bzw. daraus hergestellt werden, können in unterschiedlichen Formen vorliegen. Ein Beispiel sind so genannte Nonwoven -Produkte.

Die Nonwovens werden heute als eigenständige Produktgruppe verstanden. Nonwovens umfassen Vliese und Vliesstoffe und daraus hergestellte Fertigproduk- te vielfach für den Reinigungs- und Hygienebedarf. Diese häufig textilähnlichen Verbundstoffe stellen sich als flexible poröse Flächengebilde dar, die nicht durch die klassischen Methoden der Gewebebindung von Kette und Schuss oder durch Maschenbildung, sondern durch Verschlingung und/oder durch kohäsive und/oder adhäsive Verbindung typischer synthetischer Textilfasern, die zum Beispiel in Form endloser oder mit endlicher Länge vorgefertigte Fäden, als in situ erzeugte synthetische Fäden oder in Form von Stapelfasern vorliegen können.

Alternativ können sie aus Mischungen von synthetischen Fasern in Form von Stapelfasern und Naturfasern, zum Beispiel pflanzlichen Naturfasern, hergestellt werden.

Bei Nonwoven-Produkten der hierin berücksichtigten Art, insbesondere bei flä chenförmigen textilen Gebilden wie beispielsweise Vliesstoffen, sind hydrophobe Eigenschaften unerwünscht. Derartige Nonwoven -Produkte in Gestalt von Vliesstoffen werden zum Beispiel als Putz- und Wischtücher, Spültücher und Servietten verwendet. Bei diesen Anwendungen ist es wichtig, dass zum Beispiel verschüttete Flüssigkeiten, wie Milch, Kaffee usw., beim Aufwischen rasch und vollständig aufgesaugt und feuchte Oberflächen möglichst vollständig getrocknet werden. Ein Putztuch saugt Flüssigkeit umso rascher auf, je schneller deren Transport auf der Faseroberfläche erfolgt, wobei Fasern mit hydrophiler Oberflä che von wässrigen Flüssigkeiten leicht und rasch benetzt werden.

Um die Oberflächen von flächenförmigen textilen Gebilden zu hydrophilieren und um so die Wasseraufnahmeeigenschaften der textilen Gebilde, insbesondere Vliesstoffen, zu verbessern, werden in der Regel oberflächenaktive hydrophilie- rende Agentien, wie Emulgatoren, Tenside oder Netzmittel eingesetzt. Hierdurch wird eine ausgezeichnete Anfangshydrophilie erreicht. Diese textilen Gebilde, beispielsweise Vliesstoffe, weisen aber den Nachteil auf, dass die hydrophilen Agentien durch Wasser oder andere wässrige Medien allmählich ausgewaschen werden.

Insbesondere wird nach mehrmaligem Wasserkontakt das Erzeugnis zunehmend hydrophober.

Ein weiterer Nachteil der bekannten oberflächenaktiven Agentien besteht in der starken Herabsetzung der Grenzflächenspannung von Wasser, so dass in vielen Anwendungen, insbesondere bei Hygiene- und Putz- bzw. Reinigungsvliessen die Permeationsneigung und das Netzvermögen der ausgesaugten Flüssigkeit uner wünscht erhöht ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher die Aufgabe zu Grunde, hydrophil ausgerüstete linien- oder flächenförmige Gebilde sowie ein Verfahren zur Erhö hung der Oberflächenhydrophilie derartiger Gebilde bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird insbesondere durch einen celluloseacetathaltigen Faserstoff gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbil dungen des erfindungsgemäßen Faserstoffs in den abhängigen Ansprüchen ange geben sind.

Demgemäß betrifft die Erfindung insbesondere einen celluloseacetathaltigen Faserstoff für ein Nonwoven-Produkt, insbesondere in Form eines Wischtuches, Reinigungstuches, Sanitärproduktes, Medizinalprodukt oder Haushaltstuchs, wobei der Faserstoff zumindest teil- oder bereichsweise als Röhrchenverbundstruktur ausgeführt ist, die rohrförmige Celluloseacetatfilamente aufweist.

Der erfindungsgemäße Faserstoff beruht auf dem Grundgedanken, die natürliche Hydrophobie der rohrförmigen Celluloseacetatfilamente auf Grund der Kapillarwir kung auszunutzen. Hierdurch wird erreicht, dass der Faserstoff auch nach mehr maligem Wasserkontakt eine erhöhte Oberflächenhydrophilie aufweist.

Insbesondere ist der erfindungsgemäße Faserstoff besonders umweltfreundlich herzustellen, da hierbei auf die Aufbringung von oberflächenaktiven hydrophilie- renden Agentien, wie Emulgatoren, Tenside oder Netzmittel, vollständig verzich tet werden kann.

Der erfindungsgemäße Faserstoff besteht aus Celluloseacetatfilamenten, so dass der Faserstoff vollständig biokompatibel und bioabbaubar ist. Der Faserstoff ist im Prinzip so abbaubar, wie beispielsweise Holz, wobei allerdings durch die Röhr chenverbundstruktur eine optimale Wasseraufnahme über die Oberfläche und in den Kapillaren erzielbar ist, die vergleichbar mit den entsprechenden Werten ist, welche mit Mikrofasern aus Polyester, Polyamid oder Polyacryl erzielbar ist. Die den Faserstoff aufbauenden Celluloseacetatfilamente weisen in bevorzugter Weise dreiecks- oder sternförmige Hohlquerschnitte auf, um so eine größere Angriffsfläche als die üblicherweise in Reinigungstüchern verwendeten Fasern zu bilden.

Vorzugsweise sind die Celluloseacetatfilamente im Vergleich zu den üblicherweise in Reinigungstüchern verwendeten Fasern relativ groß und liegen beispielsweise zwischen 5 und 30 den oder dtex. Auf diese Weise eignet sich der erfindungsge mäße Faserstoff insbesondere für das Reinigen von Oberflächen, zum Beispiel Kacheln, Fliesen, Spiegeln oder Glas.

Der Faserstoff besteht aus Celluloseacetatfilamenten und/oder Cellulose acetatspinnfasern, die dadurch gebildet werden, dass eine Lösung von Cellulose acetat mit einer Acetylzahl von mindestens 53 % in Aceton durch eine Spinndüse mit mehreren Öffnungen gepresst wird. Anschließend werden gegebenenfalls die Celluloseacetatfilamente zu Celluloseacetatspinnfasern zerschnitten. Die Cellulo seacetatfilamente werden zu einem Filter-Tow zusammengefasst, welches gege benenfalls gekräuselt wird.

Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Spinndüse, durch welche die Lösung von Celluloseacetat gepresst wird, derart ausgestaltet ist, dass hohlförmige Celluloseacetatfilamente Außenqersponnen werden.

Insbesondere beträgt der Hohlanteil in der Röhrchenverbundstruktur des cellulo seacetathaltigen Faserstoffs 25 % bis 90 % und vorzugsweise 50 % bis 80 %. Dieser Hohlanteil liefert einen entscheidenden Beitrag zu der erzielbaren dauer haften hydrophilen Wirkung des Faserstoffs, was nur auf Grund der hohlen Fasern der Röhrchenverbundstruktur erzielbar ist, nicht aber bei geschlossenen Filamen ten, zum Beispiel bei üblichen Mikrofasern aus Polyester, Polyamid oder Polyacryl, oder bei Naturfasern. Der Hohlanteil entspricht dabei dem Verhältnis von „hohler" Fläche zur „gesamten" Fläche des Faserquerschnitts.

In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass sich der erfindungsgemäße Faserstoff dadurch von den aus dem Stand der Technik bekannten Fasern aus Polyester, Polyamid oder Polyacryl insbesondere auch dadurch unterscheidet, dass der Filamentdurchmesser der Celluloseacetatfilamente deutlich größer ist als der Filamentdurchmesser anderer (synthetischer) Hohlfasern, deren Filament durchmesser im Bereich zwischen 1 und 25 miti liegt.

Im Unterschied hierzu liegt der Filamentdurchmesser der hohlen Celluloseacetat filamente in einem Bereich zwischen 50 bis 150 gm, und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 60 bis 100 gm (Außendurchmesser). Auf diese Weise kann der Hohlanteil und damit die spezifische Kapillarwirkung des erfindungsgemäßen Faserstoffs deutlich erhöht werden.

Darüber hinaus zeichnet sich der erfindungsgemäße Faserstoff dadurch aus, dass dieser nahezu chemikalienfrei ausgeführt sein kann, ohne dadurch Verschlechte rungen der Wasseraufnahmeeigenschaften des Faserstoffs nach mehrmaligem Wasserkontakt in Kauf zu nehmen.

Darüber hinaus sind Celluloseacetatfilamente, wie sie für die Röhrchenverbund struktur des erfindungsgemäßen Faserstoffs zum Einsatz kommen, bereits bei spielsweise aus der Zigarettenindustrie für Zigarettenfilter bekannt. Dieses Mate rial (Celluloseacetat) ist gesundheitlich vollkommen unbedenklich, so dass sich der erfindungsgemäße Faserstoff insbesondere auch für Sanitärprodukte oder Hygieneartikel eignet.

Als weiterer Vorteil ist zu nennen, dass der erfindungsgemäße Faserstoff mit bereits existierenden Anlagen zur Produktion von Filter-Tow-Material produziert werden kann. Somit sind für die Herstellung des erfindungsgemäßen Faserstoffs keine erhöhten Kosten zu erwarten, so dass der Faserstoff selber relativ einfach herstellbar ist.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Faserstoffs wird zunächst ein Tow- Material aus ungekräuselten Endlos-Celluloseacetatfilamenten hergestellt. Das wird anschließend gekräuselt oder nicht gekräuselt und zur Faser geschnitten, wobei typische Faserlängen 10 bis 80 mm lang sind, bevorzugt 20 bis 50 mm lang.

Im Hinblick auf die Röhrchenverbundstruktur des erfindungsgemäßen Faserstoffs ist gemäß Ausführungsformen vorgesehen, dass diese rohrförmige und gekräusel te endlos-Celluloseacetatfilamente aufweist. Allerdings ist die Erfindung nicht auf Celluloseacetatfilamente beschränkt; vielmehr wurde herausgefunden, dass ebenfalls eine hervorragende Kapillarwirkung und somit eine gute und dauerhafte Wasseraufnahmeeigenschaft erzielbar ist, wenn die Röhrchenverbundstruktur rohrförmige, gekräuselte und geschnittene endlos-Celluloseacetatfilamente auf weist.

Um die biologische Abbaubarkeit des erfindungsgemäßen Faserstoffs zu verbes sern, und zwar unter der Einwirkung von Umgebungseinflüssen, ist gemäß Aus führungsformen der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass die aus Cellu loseacetatfilamenten aufgebaute Röhrchenverbundstruktur einen Zusatzstoff aufweist, welcher vorzugsweise zumindest bereichsweise auf der Oberfläche der Celluloseacetatfilamente aufgebracht ist, wobei dieser Zusatzstoff aus einer stickstoffhaltigen, organischen Verbindung besteht, bei deren Abbau durch Mikro organismen basische Zersetzungsprodukte, insbesondere Ammoniak und/oder basische Verbindungen, wie eine NH-Gruppe oder NH-Gruppen und/oder eine NFL-Gruppe oder NFL-Gruppen aufweisen, entstehen.

Bevorzugt ist die stickstoffhaltige, organische Verbindung Harnstoff oder ein Harnstoffderivat. Diese Substanzen sind deshalb bevorzugt, da sie gesundheitlich und insbesondere auch lebensmittelrechtlich unbedenklich und in großen Mengen unter einem akzeptablen Preis verfügbar sind.

Andererseits kann die stickstoffhaltige, organische Verbindung auch aus einem Protein bestehen, wobei ganz besonders bevorzugt das Beta-Lactoglobulin ist. Auch Proteine sind aus gesundheitlicher Hinsicht unbedenklich, und für das Beta- Lactoglobulin gilt, dass es bei der Käseherstellung in großen Mengen als industri ell wenig genutztes Nebenprodukt anfällt.

Ferner ist es bevorzugt, dass die stickstoffhaltige, organische Verbindung ein Kondensationsprodukt aus einem Aldehyd mit Ammoniak oder mit einem Amin ist, wobei dieses Kondensationsprodukt ganz besonders bevorzugt Hexamethylentet ramin ist.

Schließlich ist es bevorzugt, dass die stickstoffhaltige, organische Verbindung eine zyklische Verbindung, insbesondere Carbazol, ist. Selbstverständlich können jedoch auch andere stickstoffhaltige, organische Verbindungen eingesetzt wer den, wobei man jedoch darauf achten sollte, dass diese möglichst nicht toxisch sind. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die biologische Abbaubarkeit des erfin dungsgemäßen Faserstoffs durch Beimischung von MgO verbessert werden.

Gemäß Realisierungen des erfindungsgemäßen Faserstoffs ist vorgesehen, dass die aus den Celluloseacetatfilamenten geformte Röhrchenverbundstruktur aus einem acetonlöslichen Celluloseacetat mit einer Acetylzahl von weniger als 60 %, vorzugsweise einer Acetylzahl zwischen 53 % und 75 % bestehen. Damit ist sichergestellt, dass die dem biologischen Abbau vorrausgehende Flydrolyse des Celluloseacetats in kürzerer Zeit vonstattengeht.

Das Tow-Material, welches als Ausgangspunkt zur Fierstellung des erfindungsge mäßen Faserstoffs dient, kann ungekräuselt sein (Kräuselindex = 0). Obgleich mit einem Kräuselindex von 0 % das Material nicht aufbauschbar ist, kann das unge kräuselte Material in dünnen, flächigen Schichten zum Einsatz kommen.

Bevorzugt weist das Tow-Material, welches als Ausgangspunkt zur Fierstellung des erfindungsgemäßen Faserstoffs dient, jedoch einen Kräuselindex auf, welcher bei 5 bis 40 % und vorzugsweise bei 10 % bis 20 % liegt.

Auf diese Weise wird eine optimale Vernetzung der Celluloseacetatfilamente erreicht, wobei gleichzeitig von der Röhrchenverbundstruktur eine hohe Anzahl von Kapillaren zur Verfügung gestellt wird, welche für eine erhöhte Wasserauf nahmeeigenschaft des Faserstoffs notwendig ist.

Der Kräuselindex I _x ist ein Maß für die Intensität der Kräuselung. Der Kräuselin dex eines Filter-Tows wird durch einen Zugversuch (Zusammenhang Kraft/Dehnung) bestimmt. Er ist definiert als das Verhältnis aus der gestreckten Länge L2 unter Prüflast minus der Ausgangslänge zur Ausgangslänge unter Vorlast Li:

I _X =L ₂ -L _I /L _I *100 %

Dabei beträgt die Prüflast 25 N und die Vorlast 2,5 N. Die Einspannlänge ist 250 mm. Der Kräuselindex wird im Zugversuch mit einer konstanten Dehngeschwin digkeit von 300 mm/min auf einem G02-Gerät der Fa. Borgwaldt GmbFI, Flamburg, bestimmt. Pro Messung werden 10 Einzelmesswerte aufgenommen. Die Prüfung erfolgt unter Normklima: 20 °C und 60% relative Luftfeuchtigkeit.

Bevorzugt beträgt die auf den Gesamttiter bezogene Reißkraft des Tow- Materiales, welches als Ausgangspunkt für den erfindungsgemäßen Faserstoff ist, vorzugsweise höchstens 15 cN/tex und noch bevorzugter höchstens 8 cN/tex. Durch dieses Merkmal wird die dem biologischen Abbau vorrausgehende mechani sche Zerkleinerung erleichtert. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn geschnit tene Endlos-Celluloseacetatfilamente zum Einsatz kommen.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt die auf den Gesamt titer bezogene Reißkraft und somit Festigkeit des Tow-Materiales, welches als Ausgangspunkt für den erfindungsgemäßen Faserstoff ist, zwischen 6 bis 20 cN/tex und vorzugsweise zwischen 8 und 12 cN/tex beim gekräuselten Tow. Die Reißkraft/Festigkeit für ungekräuseltes oder auch nur schwach gekräuseltes Tow- Material kann bis 20 cN/tex gehen.

Unter einem Tow-Material im Sinne der vorliegenden Erfindung soll grundsätzlich ein Band aus einer Vielzahl von Celluloseacetatfilamenten und/oder Cellulose acetat-Stapelfasern verstanden werden. Unter einem Filament ist eine praktisch endlose Faser zu verstehen, und der Ausdruck „Stapelfaser" bedeutet eine Faser begrenzter Länge. Hierbei handelt es sich insbesondere um geschnittenen Fasern mit typischen Längen zwischen 10 bis 60 mm. Derartige Stapelfaser eignen sich insbesondere für den Einsatz bei Nonwoven -Produkte mit besonders hoher Was seraufnahmeeigenschaft.

Unter Acetylzahl versteht man in Sinne der vorliegenden Erfindung den Anteil an gebundener Essigsäure im Celluloseacetat, und zwar ausgedrückt in Massen- Prozent.

Mit dem erfindungsgemäßen Faserstoff werden zusammengefasst verschiedene Vorteile erreicht. Zum einen eignet sich die aus Celluloseacetat geformte Röhr chenverbundstruktur für die Anwendung für Sonderanwendungen im Medizinbe reich, welches dennoch relativ preiswert hergestellt werden kann. Für den Faser stoff gemäß der Erfindung gilt ferner, dass er gegenüber bekannten Faserstoffen aus Polyolefinen eine Beschleunigung der Verrottungsgeschwindigkeit unter Umgebungseinflüssen zeigt; dennoch ist der Einsatz des Faserstoffs als Reini- gungs- oder Wischtuch, Sanitärprodukt, Medizinalprodukt oder Haushaltstuch unter den heute üblichen Bedingungen ohne die Gefahr des mikrobiologischen Abbaus ohne weiteres möglich.

Die Herstellung der rohrförmigen Celluloseacetatfilamente erfolgt durch im We sentlichen Erspinnen von Celluloseacetatfilamenten durch Pressen einer Lösung von Celluloseacetat in Aceton durch eine Spinndüse mit mehreren Öffnungen und gegebenenfalls anschließendes Zerschneiden der Celluloseacetatfilamente zu Celluloseacetatspinnfasern, und Zusammenfassen einer Vielzahl der so erhaltenen Celluloseacetatfilamente und/oder Celluloseacetatspinnfasern zu einem Tow- Material.

Um zu erreichen, dass der Zusatzstoff in den Celluloseacetatfilamenten und in den Celluloseacetatspinnfasern vorhanden ist, kann dieser Zusatzstoff in die zuvor genannte Lösung von Celluloseacetat in Aceton eingegeben werden, wonach diese Versponnen wird.

Um zu erreichen, dass der Zusatzstoff, d.h. die optional zugegebene Verbindung, auf der Oberfläche der Celluloseacetatfilamente und der Celluloseacetatspinnfa sern vorhanden ist, kann dieser Zusatzstoff während der Herstellung des Tow- Materiales, aber nach der Bildung der Celluloseacetatfilamente auf diese Filamen te oder auf die daraus gebildeten Celluloseacetatspinnfasern aufgebracht werden. Beispielsweise kann der Zusatzstoff unmittelbar vor dem Zerschneiden der Cellu loseacetatfilamente zu Celluloseacetatspinnfasern auf die Filamente aufgebracht werden, oder der Zusatzstoff kann auf das fertige Tow-Material, also nach dem Zusammenfassen der Celluloseacetatfilamente und/oder Celluloseacetatspinnfa sern zu einem Tow-Material auf die Filamente und/oder Spinnfasern aufgebracht werden.

Um das bereitgestellte Tow-Material, welches gegebenenfalls den optional vorge sehenen Zusatzstoff aufweist, aufzubauschen, kommt gemäß Realisierungen der vorliegenden Erfindung ein so genanntes Aufbereitungsgerät zum Einsatz, wel ches ein Walzenpaar zum fortlaufenden Abziehen eines endlosen Tow- Materialstreifens von einem Tow-Ballen aufweisen kann. Nach der Entnahme von dem Tow-Ballen passiert der Tow-Streifen auf seinem Weg zum Walzenpaar, auf dem er über eine Umlenkrolle geführt ist, zwei Luftdüsen, die zur Ausbreitung und Auflockerung des Gewebes des Tow-Streifens dienen. Die Erfindung betrifft nicht nur den optimierten Faserstoff, sondern auch die Verwendung des Faserstoffs als Nonwoven-Produkt, insbesondere in Form eines Reinigungs- oder Wischtuches, eines Sanitärprodukts, eines Medizinaltuchs oder eines Flaushaltstuches. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Faserstoff bei Reinigungstextilien in verschiedenster Form verwendet werden, insbesondere als Reinigungstuch, Reinigungshandschuh, Reinigungsband und/oder Reinigungs scheibe für Reinigungsmaschinen sowie auch für weitere Zwecke.