DE69023665T2

DE69023665T2 - Wärmeverbindbare gewebe, ihre herstellung und verwendung.

Info

Publication number: DE69023665T2
Application number: DE69023665T
Authority: DE
Inventors: John O. Lake Jackson Tx 77566 Bieser; Edward N. Lake Jackson Tx 77566 Knickerbocker; Stephen P. Houston Tx 77059 Krupp
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1989-10-27
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1996-03-28
Anticipated expiration: 2010-10-30
Also published as: CA2071918C; JPH05501287A; FI921867A0; KR0140190B1; CA2071918A1; DK0497900T3; ATE130338T1; DE69023665D1; EP0497900A1; JP3069915B2; EP0497900A4; EP0497900B1; PT95727B; BR9007784A; US5112686A; ES2079494T3; AU6731790A; FI921867A; PT95727A; WO1991006600A1

Description

Es werden Verbesserungen bei der Herstellung von Stapelfasern und faserartigen Produkten aus linearem Ethylenpolymerem erreicht durch Schmelzspinnen einer Mischung, welche wenigstens ein lineares Ethylenpolymeres mit hohem Molekulargewicht und mit einem Schmelzindex von weniger als 25 g/10 min und wenigstens ein lineares Ethylenpolymeres mit niedrigem Molekulargewicht und mit einem Schmelzindex größer als 25 g/10 min bei ausreichenden Mischungsverhältnissen zur Bildung von Stapelfasern aus lineareem Ethylenpolymerem umfaßt, welche einen "Q"-Wert oberhalb 4, 5 und/oder ein Schmelzindexverhältnis I&sub1;&sub0;/I&sub2; von wenigstens 7,0 besitzen.
Lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) ist ein Ethylenpolymeres, das unter Verwendung eines Koordinationskatalysators in derselben bei der Herstellung von linearem Polyethylen hoher Dichte (HDPE) angewandten Weise hergestellt ist, und es ist tatsächlich ein Copolymeres aus Ethylen und wenigstens einem höheren alpha-Olefin. Der Ausdruck "lineare Ethylenpolymere" schließt solche linearen Ethylenpolymere ein, welche von 0 bis etwa 30% wenigstens eines höheren alpha-Olefins mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, copolymerisiert mit dem Ethylen, einschließen.
Gemäß Modern Plastics Encyclopedia, wie derzeit definiert, hat lineares Polyethylen hoher Dichte im allgemeinen eine Dichte im Bereich von etwa 0,941 g/cm³ bis etwa 0,965 g/cm³. Fachleute auf dem Gebiet realisieren, daß die Dichte in Abhängigkeit von den angewandten Reaktionsbedingungen und dem angewandten Katalysatortyp variieren kann. Ebenfalls ist es bekannt, daß Dichten wenig oberhalb dieses Bereichs durch spezielle Arbeitsweisen wie durch Tempern des Polymeren erreicht werden können. Es ist bekannt, daß Polymerisationsbedingungen, welche ein Homopolymeres mit einer Dichte von etwa 0,965 g/cm³ produzieren, ein Copolymeres von Ethylen und höherem alpha-Olefin mit einer niedrigeren Dichte als die genannten 0,965 g/cm³ produzieren, wobei das Ausmaß der Erniedrigung der Dichte direkt mit der Menge des eingesetzten höheren alpha-Olefins in Beziehung steht.
Aus der EP-A-0 154 197 (US-Patent 4 830 907) ist bekannt, daß lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) zu Fasern durch Schmelzspinnen umgewandelt werden kann, und daß selbst sehr feine Fasern hergestellt werden können.
Obwohl LLDPE auf dem Markt als zur Herstellung von Fasern geeignetes Polymeres eingeführt wurde, ist ebenfalls bekannt, daß nicht alle Versionen und Sorten von LLDPE für die kommerzielle Herstellung von Stapelfasern vollständig angemessen sind. Insbesondere war die Textilfestigkeit von Textilien auf Basis von kardierten Stapelfasern im allgemeinen signifikant schlechter als bei Textilien bzw. Geweben, welche aus Polypropylenfasern auf Basis von kardierten Stapelfasern hergestellt worden waren.
Es ist auf dem Fachgebiet der Herstellung von LLDPE- Polymeren anerkannt, daß die Dichte des LLDPE durch die Menge und die Art des Olefincomonomeren, das mit dem Ethylen copolymerisiert wird, und in einem gewissen Ausmaß durch die Verfahrensbedingungen und den verwendeten Katalysator beeinflußt wird. Bei vorgegebenem Wert der Molprozent von z.B. Propylen in dem Copolymeren reduziert die Dichte des Polyethylens weniger als derselbe Molprozentwert eines höheren Olefincomonomeren. Der Schmelzindex oder der Wert MI (manchmal auch bezeichnet als Schmelzfließrate oder MFR [melt flow rate]), gemessen unter den Bedingungen der ASTM D-1238 (E) bei 190ºC/2,16 kg wird ebenfalls in einem gewissen Maße durch die Art und Menge des Olefincomonomeren in dem Copolymeren beeinflußt und er wird ebenfalls in einem gewissen Ausmaß durch den eingesetzten Koordinationskatalysator, die Polymerisationsbedingungen und/oder durch irgendwelche während der Polymerisation möglicherweise vorliegenden Telogene oder Kettenregler oder andere Reaktionsteilnehmer beeinflußt.
Ebenfalls ist auf dem Fachgebiet anerkannt, daß es wesentliche Unterschiede zwischen linearen Polyethylen (welche LLDPE-Polymere einschließen) und verzweigtkettigen Ethylenpolymeren, welche unter Verwendung eines freiradikalischen Katalysators hergestellt wurden und im allgemeinen als LDPE (Polyethylen niedriger Dichte) bezeichnet werden, gibt, und die ebenfalls in der Vergangenheit als Polyethylene vom ICI-Typ und als HPPE (Hochdruckpolyethylen) bekannt sind. Die vorliegende Erfindung handelt von linearen Polyethylenen
Die UK-Patentanmeldung GB 2 121 423A führt von der vorliegenden, im folgenden beanspruchten Erfindung weg, weil die UK-Patentanmeldung von der Verwendung von Stapelfasern aus "linearem" Polyethylen mit Polymer-"Q"-Werten voan mehr als 4 zum Zweck der Herstellung von festen, thermisch gebundenen Geweben aus den folgenden Gründen wegführt. Insbesondere bezieht sich die Patentanmeldung auf Heißschmelz-Klebstoffbindemittelfasern, welche spezifische Polyethylenharzzusammensetzungen umfassen. In ihrem Beispiel 1 werden kurzgeschnittene Fasern aus Homoeinzelfäden aus linearem Polyethylen beschrieben, in welchen das Polyethylen eine Dichte von 0,92; einen MI-Wert von 25 und einen "Q"-Wert von "2,82" besitzt. Sie beschreibt ebenfalls die Verwendung solcher Homoeinzelfäden (mit einem Q-Wert von 2,82) zur Herstellung von heißkalandrierten nichtgewebten Textilien aus Mischungen solcher Fasern mit Stapelfasern aus Poly(ethylenterephthalat).
Der Anspruch 1 lautet wie folgt "1. Heißschmelz-Klebstoffasern, umfassend eine Polyethylenharzzusammensetzung (C) alleine, bestehend aus 50 bis 100 Gew.-% eines Polyethylens (A) mit einer Dichte von 0,910 bis 0,940 g/cm² und einem Q-Wert (Q = Mw/Mn) von 4,0 oder weniger und 50 bis 0 Gew.-% eines Polyethylens (B) mit einer Dichte von 0,910 bis 0,930 g/cm³ und einem Q-Wert von 7,0 oder mehr, bezogen auf diese Zusammensetzung, oder Verbundfasern, welche diese Zusammensetzung (C) als eine der Verbundkomponenten dieser Verbundfasern enthalten, und worin diese Zusammensetzung (C) kontinuierlich wenigstens einen Teil der Faseroberfläche dieser Verbundfasern bildet."
Polyethylen B ist jedoch nicht ein "lineares" Ethylenpolymeres. Polyethylen A ist ein lineares Ethylenpolymeres. Wenn jedoch die Polyethylenharzzusammensetzung (C) aus 100% Polyethylen (A) besteht, erfordert der Anspruch 1 expressis verbis, daß der "Q"-Wert "4,0 oder weniger" ist. Weiterhin lehrt die britische Patentanmeldung, daß ein Vorteil der beanspruchten Erfindung (bei der Verwendung als Bindemittelfasern) in der "überlegeneren Festigkeit" des nichtgewebten Textilmaterials liegt. Daher führt sie eindeutig von der im folgenden beschriebenen Erfindung weg.
Die US-A-4 644 045 führt ebenfalls von der vorliegenden Erfindung weg. Dieses Patent beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von spinngebundenen Geweben unter Verwendung einer Extrusionstemperatur von zwischen 185 und 215ºC aus LLDPE mit spezifischen Eigenschaften. In dieser Veröffentlichung wird zugegeben, daß "wie dies der Fall für alle zum Schmelzspinnen verwendeten Polymeren ist, die Eigenschaften des LLDPE (...) nicht wesentlich innerhalb des Ansatzes variieren soll". Diese Druckschrift gibt das übliche Verständnis der Schmelzspinnpolymere wieder: das Polymere sollte nicht variieren. Dies bedeutet, daß die Polymer-Molekulargewichtsverteilung des in der US-A-4 644 045 eingesetzten LLDPE ziemlich eng sein wird. Weiterhin wird in dieser Druckschrift angegeben, daß die Breite des Schmelzpeaks des zur Herstellung der spinngebundenen Bahnen verwendeten LLDPE's schmal ist.
Die europäische Patentanmeldung No. 0 314 151 (A2), veröffentlicht am 3. Mai 1989, bezieht sich auf Polymere, die bei der Herstellung von thermisch gebundenen Geweben verwendet werden, jedoch ist keines der Arbeitsbeispiele auf diskontinuierliche Stapelfasern gerichtet. Alle Arbeitsbeispiele der Erfindung der europäischen Patentanmeldung richten sich auf die Verwendung von "kontinuierlichen" Einzelfäden, hergestellt durch Schmelzspinnen bei linearen Spinngeschwindigkeiten von wenigstens 3500 m/min. Ihre Lehren sind daher weniger relevant als die zuvorgenannte UK-Patentanmeldung.
Es wurde gefunden, daß Mischungen, entweder diskrete Mischungen oder in-situ-polymerisierte Mischungen von linearen Ethylenpolymeren, insbesondere LLDPE, welche bestimmte Eigenschaften aufweisen, überraschenderweise zur Herstellung von Stapelfasern gut geeignet sind und Produkte ergeben, welche bessere Festigkeiten besitzen, als sie mit kardierten, thermisch gebundenen Bahnen von Polypropylen erreichbar sind. Diese Mischungen haben eine breitere Molekulargewichtsverteilung als ein einziges lineares Ethylenpolymerharz, das bei demselben MI-Wert (Schmelzindex) hergestellt wurde.
Ein erster breiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gewebes, wobei dieses Gewebe entweder wärmegebunden oder wärmeverbindbar ist, aus Fäden, welche thermoplastische diskontinuierliche Stapelfasern mit feiner Denierzahl mit einer Durchschnitts-Denierzahl pro Faden (d.p.f.) in einem Bereich von 0,1 bis 15 d.p.f. und mit einer Fadenlänge bis zu 30 cm einschließen, und wobei die Stapelfasern aus einer schmelzgesponnenen Mischung aus linearen Polyethylenpolymeren hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymermischung in den Stapelfasern einen Q-Wert oberhalb 4,5, wobei Q als das Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht dividiert durch das Zahlendurchschnittsmolekulargewicht, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie, definiert ist, und/oder einen I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Wert von wenigstens 7, worin I&sub1;&sub0; unter Bedingungen der Norm ASTM D-1238(N) bestimmt ist und 12 unter Bedingungen der Norm ASTM D-1238(E) bestimmt ist, aufweist.
Ein zweiter breiter Aspekt der Erfindung ist ein wärmegebundenes Gewebe, hergestellt nach dem zuvor beschriebenen Verfahren, worin das wärmegebundene Gewebe eine normalisierte Streifenzugfestigkeit von wenigstens 3000 g hatte.
Ein dritter breiter Aspekt der Erfindung sind diskontinuierliche Stapelfasern einschließende polymere Fasern, welche zur Anwendung bei den zuvor beschriebenen Verfahren geeignet sind, worin das Polymere einen I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Wert von wenigstens 7 besitzt und das Polyrnere eine Mischung ist von (A) wenigstens einem linearen Ethylenpolymeren mit hohem Molekulargewicht mit einem MI-Wert weniger als 25 g/10 min und einer Dichte oberhalb 0,91 g/cm3 und (B) wenigstens einem linearen Ethylenpolynieren mit niedrigem Molekulargewicht mit einem MI oberhalb 25 g/10 min und einer Dichte oberhalb 0,91 g/cm³.
Ein vierter breiter Aspekt der Erfindung ist eine Stapelfaser mit einem breiten Fenster der Wärmeverbindung, hergestellt aus geschmolzenem linearem Ethylenpolymerem, worin dieses Polymere bei kommerziell annehmbaren Durchsatzgeschwindigkeiten schmelzgesponnen ist, wahlweise mit anschließendem mechanischem Ziehen, um Fasergrößen von 0,1 bis 15 Denier/Einzelfaden zu bilden, wobei das Polymere als eine Mischung von linearen Polyethylenen gekennzeichnet ist, die umfaßt:
(A) wenigstens ein lineares Ethylenpolymeres mit hohem Molekulargewicht, das einen MI-Wert, gemessen nach der Norm ASTM D-1238(E) (190ºC/2,16 kg), von weniger als 25 g/10 min und eine Dichte oberhalb 0,91 g/cm³ hat, und
(B) wenigstens ein lineares Ethylenpolymeres mit niedrigem Molekulargewicht, das einen MI-Wert, gemessen nach der Norm ASTM D-1238(E) (190ºC/2,16 kg) größer als 25 g/10 min und eine Dichte oberhalb 0,91 g/cm³ hat, die Stapelfasern aus linearen Ethylenpolymeren bilden, welche einen Q-Wert oberhalb 4,5 haben, wobei Q als das Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht dividiert durch das Zahlendurchschnittsmolekulargewicht, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie, definiert ist.
Ein fünfter breiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von polymeren Fasern, gekennzeichnet durch die Stufen von (A) Schmelzspinnen des Polymeren zu schmelzgesponnenen Einzelfäden; (B) Abziehen der schmelzgesponnenen Einzelfäden mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich von 60 bis 2000 Metern/Minute; und wahlweise (C) Ziehen und/oder Kräuseln und/oder Schneiden der abgezogenen schmelzgesponnenen Einzelfäden mittels konventioneller Mittel.
Ein sechster breiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren, bei welchem Stapelfasern mit feiner Denierzahl aus geschmolzenem linearem Ethylenpolymerem bei kommerziell annehmbaren Durchlaufgeschwindigkeiten, gegebenenfalls gefolgt von mechamischem Ziehen, unter Bildung von Fasergrößen von 0,1 bis 15 Denier/Einzelfaden gesponnen und zur Herstellung eines Gewebes oder Textilmaterials eingesetzt werden, das dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung gesponnen wird, welche umfaßt (A) wenigstens ein lineares Ethylenpolymeres mit hohem Molekulargewicht mit einem MI-Wert, gemessen in Übereinstimmung mit der Norm ASTM D-1238(E) (190ºC/2,16 kg) von weniger als 25 g/10 min und einer Dichte oberhalb 0,91 g/cm³ und (B) wenigstens ein lineares Ethylenpolymeres mit niedrigem Molekulargewicht mit einem MI-Wert, gemessen in Übereinstimmung mit der Norm ASTM D-1238(E) (190ºC/2,16 kg), größer als 25 g/10 min und einer Dichte oberhalb 0,91 g/cm³, Herstellen von Stapelfasern aus linearem Ethylenpolymerem, die einen Q-Wert oberhalb 4,5 besitzen, worin Q definiert ist als das Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht dividiert durch das Zahlendurchschnittsmolekulargewicht, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt ist die Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung des Fensters zur Wärmeverbindung von Stapelfasern, die aus linearem Polyethylen hergestellt sind, durch Mischen von linearen Polyethylenen mit hohem und niedrigem Molekulargewicht unter Bildung einer Mischung, die einen Q-Wert oberhalb 4,5 und einen I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Wert oberhalb 7 besitzt, worin der Q-Wert, I&sub1;&sub0; und I&sub2; die zuvor angegebene Bedeutung besitzen, das Verspinnen zu Stapelfasern und die Wärmeverbindung zu Gewebe.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung schließen folgendes ein.
Die Durchschnitts-Denierzahl pro Einzelfaden der Faser liegt in einem Bereich von 1 bis 15 d.p.f. und bevorzugt in einem Bereich von 2 bis 6 d.p.f.. Die Anwendung von d.p.f.- Werten unter 1 ergibt seidenähnliche Produkte, beeinträchtigt jedoch die Produktivität in negativer Weise und neigt zur Erhöhung von Weiterverarbeitungsproblemen wie schlechter Kardierbarkeit.
Der Q-Wert liegt bevorzugt in einem Bereich von 5,5 bis 10.
Der I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Wert (das Verhältnis) liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 20.
Die Polymermischung wird üblicherweise, bevorzugt durch Mischen in situ während der Polymerisation des Polymeren hergestellt. Jedoch ist es manchmal bevorzugt, diskrete Polymere zu vermischen.
Das wärmegebundene Gewebe besitzt bevorzugt eine normalisierte Streifenzugfestigkeit von wenigstens 3000 g; mehr bevorzugt von wenigstens 3600 g und am meisten bevorzugt von wenigstens 3700 g.
Die Polymermischung weist bevorzugt eine Dichte in einem Bereich von 0,94 bis 0,96 g/cm³ auf.
Es ist bevorzugt, daß wenigstens eines der linearen Ethylenpolymere ein Copolymeres von Ethylen mit wenigstens einem C&sub3;-C&sub1;&sub2;-Olefin (insbesondere Octen, speziell Octen-1) umfaßt.
Es ist bevorzugt, Abziehgeschwindigkeiten in einem Bereich von 60 bis 2000 m/min während der Schmelzspinnstufe anzuwenden.
Es ist bevorzugt daß wenigstens eines der linearen Ethylenpolymere LLDPE ist.
Es wurde gefunden, daß Polymermischungen der vorliegenden Erfindung, worin ein lineares Polyethylen mit hohem Molekulargewicht, insbesondere LLDPE, und ein lineares Polyethylen mit niedrigem Molekulargewicht, insbesondere LLDPE, gleichförmig vermischt und bei der Herstellung von Fasern verwendet werden, nicht nur den guten Griff, die Weichheit und den Faltenwurf, der von einem linearen Polyethylen, insbesondere der Sorte LLDPE, erwartet werden kann, aufweisen, sondern daß eine kardierte, wärmegebundene Bahn (Gewebe) von überraschend hoher Festigkeit bei Spinngeschwindigkeiten gebildet wird, welche für kommerzielle Anwendungen sehr geeignet sind.
Bei der vorliegend beanspruchten Erfindung besteht der wesentliche Punkt darin, eine geeignete Menge des linearen Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht mit dem Polymeren mit hohem Molekulargewicht zu vermischen, um die Verbesserung bei der Herstellung von Stapelfasern aus den Polymeren mit hohem Molekulargewicht zu erzeugen. Es wurde gefunden, daß bei der Erzielung der gewünschten Verbesserungen die Mischungen, welche bevorzugt sind, eine Mischdichte von oberhalb 0,91 g/cm³, insbesondere oberhalb 0,94 g/cm³ und bis hinauf zu 0,96 g/cm³ besitzen.
Die Typen von "Geweben", welche mit der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können, sind im wesentlichen alle Typen von derzeit hergestellten Geweben und neue Gewebetypen, welche in der Zukunft hergestellt werden könnten. Die vorliegende Erfindung ist hauptsächlich auf Textilgewebe gerichtet. Sie erstreckt sich auf industrielle Gewebe wie industrielles Filtergewebe.
In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Ausdruck "diskrete Mischungen" auf das Vermischen von linearen Polymeren, welche voneinander getrennt hergestellt wurden, jedes unter seinen eigenen Parametern von Reaktionsbedingungen, möglicherweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten und/oder an unterschiedlichen Orten, wobei das Vermischen stattfindet, nachdem das Polymere aus den jeweiligen Reaktoren gewonnen wurde.
Der Ausdruck "in-situ-polymerisierte Reaktormischungen" bezieht sich auf Mischungen von wenigstens zwei linearen Polymeren, welche unterschiedliche Eigenschaften besitzen und welche gemeinsam zusammen, jedoch unter unterschiedlichen Reaktionsbedingungen hergestellt wurden, wodurch die Eigenschaften von jedem verschieden von dem anderen variiert wurden, und bei dem die so hergestellten Polymere unmittelbar und innig innerhalb des Reaktionssystems vor der Entfernung hieraus gemischt sind. Es gibt verschiedene dem Fachmann bekannte Wege zur Herstellung von in-situ-polymerisierten Mischungen, wie im US-Patent 3 914 342, und die Erfindung ist nicht auf irgendeine dieser Verfahrensweisen beschränkt.
Das für den "Hochmolekulargewichts"-Anteil der Mischung der vorliegenden Erfindung verwendete lineare Ethylenpolymere kann ein beliebiges Polymeres sein, das eine aus reichende Menge eines C&sub3; bis C&sub1;&sub2;-Olefincomonomeren, copolymerisiert mit dem Ethylen, enthält, um eine Dichte im Bereich von 0,91 g/cm³ bis 0,965 g/cm³ zu ergeben, und daß ein MI-Wert von weniger als 25 g/10 min, vorzugsweise weniger als 20 g/10 min besitzt. Bevorzugt ist das Comonomere ein C&sub3; bis C&sub8;-Olefin wie Propylen, Buten-1, Hexen-1, 4-Methylpenten-1, Octen-1 und dergl., insbesondere Octen-1, und es kann eine Mischung von Olefinen wie Buten/Octen oder Hexen/Octen sein. Der oben angegebene MI-Wert und die Dichtebereiche schließen lineare Polyethylene ein, welche kein Comonomeres enthalten, ebenso solche, welche wenigstens ein Comonomeres enthalten.
Das für den "Niedermolekulargewichts"-Anteil der vorliegenden Mischung verwendete lineare Ethylenpolymere kann ein beliebiges Polymeres sein, das eine ausreichende Menge von C&sub3; bis C&sub1;&sub2;-Olefincomonomerem, copolymerisiert mit dem Ethylen, enthält, um eine Dichte im Bereich von 0,91 g/cm³ bis 0,965 g/cm³ zu ergeben, und das einen MI-Wert von größer als 25 g/10 min, vorzugsweise größer als 40 g/10 min hat. Bevorzugt ist das Comonomere ein C&sub3; bis C&sub8;-Olefin wie Propylen, Buten-1, Hexen-1, 4-Methylpenten-1, Octen-1 oder dergl., insbesondere Octen-1, und es kann eine Mischung von Olefinen wie Buten/Octen oder Hexen/Octen sein. Der zuvor angegebene MI-Wert und die Dichtebereiche gelten ebenfalls für lineare Polyethylene, welche kein Comonomeres enthalten, ebenso für solche, welche wenigstens ein Comonomeres enthalten.
Der Schmelzindex (MI), ebenfalls bekannt als I&sub2;, der Polymere wird entsprechend der Norm ASTM D-1238 unter Anwendung der Bedingung E (auch bekannt als 190ºC/2,16 kg) gemessen, falls nichts anderes angegeben wird, und er ist eine Messung der Menge (Gramm) des geschmolzenen Polymeren, welches aus der Öffnung des Schmelzindexzylinders in 10 min extrudiert wird. Der Schmelzindex (MI) ist eine Anzeige des relativen Molekulargewichtes, wobei ein vorgegebener numerischer MI-Wert ein höheres Molekulargewicht anzeigt als ein größerer numerischer MI-Wert.
Die "Gelpermeationschromatographie" (hier als "GPC" bezeichnet), ebenfalls bekannt als "Größenausschlußchromatographie", ist eine Messung, durchgeführt zur Charakterisierung der Molekulargewichtsverteilung eines Polymeren und ist in der Industrie wohlbekannt. Gemäß dieser GPC-Technik angegebene Daten schließen Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht (MWwa), Zahlendurchschnittsmolekulargewicht (MWna) und das Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht dividiert durch das Zahlendurchschnittsmolekulargewicht (MWwa/MWna) ein. Hiervon hat der Wert MWwa/MWna das größte Interesse, da er die Breite der Molekulargewichtsverteilung anzeigt. Je höher das Verhältnis MWwa/MWna ist, umso breiter ist die Molekulargewichtsverteilung des Harzes (manchmal auch bezeichnet als Polydispersität). Es wurde gefunden, daß die Molekulargewichtsverteilung, angezeigt durch MWwa/MWna, oder "Q", oder durch das Verhältnis von I&sub1;&sub0; (Messen unter Bedingungen der Norm ASTM D-1238(N) 190ºC/10,0 kg) dividiert durch I2' die Wärmeverbindung der Stapelfaser beeinflußt. Es wurde gefunden, daß Harze mit Q-Werten oberhalb 4,5 oder I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Werten oberhalb 7 eine extreme Brauchbarkeit bei der Verbreiterung des Fensters der Wärmeverbindung von Stapelfasern, die aus linearem Polyethylen hergestellt sind, haben. (Das "Verbindungsfenster" ist der Temperaturbereich, in welchem Stapelfasern in zufriedenstellender Weise wärmegebunden werden können.) Beispielsweise besitzt ein einzelnes lineares Ethylenpolymeres, das einen Schmelzindex von 17 g/10 min, eine Dichte von 0,950 g/cm³ und einen Q-Wert von 4 bis 4,5 aufweist, ein Fenster der Wärmeverbindung von 5ºC. Eine diskrete Polymermischung der vorliegenden Erfindung, die einen Schmelzindex von 17 g/10 min, eine Dichte von 0,950 g/cm³ und einen Q-Wert von 5,75 bis 6 aufweist, ein Fenster der Wärmeverbindung von 10ºC. Daher besitzen Stapelfasern, welche aus den Polymermischungen der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, breitere Fenster der Wärmeverbindung.
Die normalisierte Gewebezugfestigkeit (pro 2,54 cm Breite) einer thermisch gebundenen Bahn (Gewebe) wird an Proben mit 1 Zoll Breite x 4 Zoll Länge (2,54 cm x 10,16 cm) durch konventionelle Messung der Gesamtbruchlast gemessen und dann durch deren Normalisierung aufl Unze/Yard² (etwa 33,99 /m²), und sie wird in Gramm gemessen. Die Zerreißfestigkeit der Fasern wird in "Gramm/Denier" gemessen.
Vor der vorliegenden Erfindung hat es sich als schwierig herausgestellt, Stapelfasern mit feiner Denierzahl aus linearem Ethylenpolymeren zur Umwandlung in kardierte wärmegebundene Bahnen herzustellen, insbesondere bei den hohen Herstellungsgeschwindigkeiten und den breiten Fenstern der Wärmeverbindung, die normalerweise bei kommerziellen Arbeitsvorgängen erwünscht sind, welche Gewebe mit typischerweise mehr als etwa 50% der normalisierten Gewebezugfestigkeit von Geweben für kardierte wärmegebundene Polypropylen-Stapelfasern bei vergleichbaren MI-Werten aufweisen. Größere Festigkeit von wärmegebundenen Stapelfasern aus linearem Ethylenpolymerem, einschließlich LLDPE, ist bei verschiedenen Produkten wie beispielsweise Material für Windelabdeckungen, medizinischen Bekleidungen und Damenhygieneprodukten erwünscht.
Da die Bildung von Stapelfasern solche komplexe und variierende Arbeitsvorgänge wie das Schmelzziehen, das mechanische Recken, Kräuseln und Schneiden umfassen, sind die Anforderungen an das Polymere sehr streng. Das erste Erfordernis des Polymeren ist es, das Schmelzziehen des Extrudates aus der Spinndüse zu einer Einzelfadengröße im Bereich von annähernd 0,1 bis 15 Denier bei kommerziell annehmbaren Durchsatzgeschwindigkeiten, insbesondere Durchsatzgeschwindigkeiten im Bereich von 0,1 bis 0,67 Gramm/Minute/Loch (g/min/Loch), auszuhalten. Diese Durchsatzgeschwindigkeitsvariationen hängen nicht nur von den gewünschten Herstellungsgeschwindigkeiten, sondern ebenfalls von Beschränkungen der Anlagenausgestaltung (beispielsweise Kompaktschmelzspinnen im Vergleich zu konventionellem Schmelzspinnen) ab. Anschließend kann dieser resultierende Einzelfaden bei Ziehverhältnissen im Bereich bis zu 6:1 gestreckt werden, um Einzelfäden der endgültig gewünschten Fasergröße, typischerweise im Bereich von 0,5 bis 6,0 Denier, zu erhalten.
Nach dem Strecken (oder Ziehen) der Faser auf die gewünschte Deniergröße wird die Faser üblicherweise mittels einer Stauchbox, einem Lufttexturierer oder einer anderen Einrichtung gekräuselt und dann auf die gewünschte Länge geschnitten. Das Kräuseln erteilt der Faser eine thermo-mechanische Deformation, die bewirkt, daß sie zahlreiche Biegungen und größere Verwirrung aufweist. Diese Biegungen oder Kräuselungen sind beim Kardieren der Faser nützlich, um ein gewisses Ausmaß der Bahnkohäsion vor dem Verbinden zu erzeugen. Stapelfasern, insbesondere für nichtgewebte Anwendungen werden üblicherweise zu einer Bahn vor der Verbindung kardiert.
Typische Verbindungstechniken schließen hydrodynamisches Verwirren (üblicherweise bezeichnet als Spinnbinden (spunlacing)), chemisches Verbinden und am häufigsten Wärmeverbinden ein. Wärmeverbinden wird typischerweise unter Durchführen der kardierten Bahn durch erhitzte Kalandrierwalzen, einen Infrarotofen, eine Ultraschallverbindungseinrichtung oder eine Luftpassier-Bindeeinrichtung erreicht. Am häufigsten wird das Wärmeverbinden dieser kardierten Bahnen mittels Verbinden auf erhitzten Kalandern erreicht. Die zur Differenzierung dieser verschiedenen linearen Ethylenpolymere angewandte Technik wird weiter in der Beschreibung erläutert, sie wendet jedoch im wesentlichen alle dieser vorangegangenen Stufen an.
Es wurde gefunden, daß das Anfangserfordernis eines guten Schmelzabziehens der Einzelfäden zu Fäden mit kleinerem Durchmesser unter den gewünschten Herstellungsbedingungen das Verspinnen der Stapelfaser mit einem linearen Ethylenpolymeren mit relativ hohem Molekulargewicht sehr schwierig macht. Obwohl es bereits realisiert wurde, daß die Erhöhung des Molekulargewichtes eines Polymeren eine erhöhte Festigkeit (Zähigkeit) von aus diesen Polymeren gebildeten Gegenständen ergibt, führt das erhöhte Molekulargewicht ebenfalls zu sehr viel größeren Problemen beim Stapel-Spinnen. Dies bedeutet, daß lineare Ethylenpolymere mit höherem Molekulargewicht (einschließlich LLDPE) zum Spinnen bei kommerziell realistischen und wirtschaftlichen Geschwindigkeiten nicht gut geeignet sind. Was nicht bekannt war ist, daß unerwartete Vorteile erhalten werden, indem ein lineares Ethylenpolymeres mit niedrigem Molekulargewicht, insbesondere LLDPE, mit einem linearen Ethylenpolymeren mit hohem Molekulargewicht, insbesondere LLDPE, vermischt wird, insbesondere beim Spinnen, anschließendem Kardieren und Verbinden der aus diesen Polymeren hergestellten Stapelfasern.
Für Zwecke der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist ein lineares Ethylenpolymeres (einschließlich HDPE und LLDPE) mit einem MI-Wert von weniger als 25, vorzugsweise weniger als 20, insbesondere weniger als 5 und gegebenenfalls so niedrig wie 0,1 als im hohen Molekulargewichtsbereich vorliegend anzusehen; je niedriger der MI- Wert ist, umso höher ist das Molekulargewicht. Lineares Ethylenpolymeres mit einem MI-Wert im Bereich von 25-40 kann, bei einigen Ausführungsformen, als in einem "Zwischen"-Molekulargewichtsbereich vorliegend angesehen werden, im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird es jedoch als an dem "hohen" Ende des niedrigen Molekulargewichtsbereiches angesehen. Lineares Ethylenpolymeres mit einem Mi in dem Bereich oberhalb 40, insbesondere oberhalb 45, wird als in dem niedrigen Molekulargewichtsbereich vorliegend angesehen, und es wird nicht (im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung) als in einem "Zwischen"-Molekulargewichtsbereich vorliegend angesehen. Obwohl 300 überschreitende MI-Werte als Polymeres mit niedrigem Molekulargewicht verwendet werden können, insbesondere wenn der Hochmolekulargewichtsabschnitt der vorliegenden Mischung einen MI-Wert unter 1 oder 2 besitzt, wird es bevorzugt, daß die MI-Werte des Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht nicht mehr als 600, bevorzugt nicht mehr als 500 betragen. Oberhalb von 500-600 MI können Probleme wie verminderte Schmelzfestigkeitseigenschaften auftreten. Im allgemeinen sollte man berücksichtigen, daß bei umso niedrigerem MI-Wert des Harzes mit hohem Molekulargewicht die Notwendigkeit umso größer ist, es mit einer ausgleichenden Menge eines linearen Ethylenpolymeren, das einen hohen MI-Wert aufweist, als dem Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht zu vermischen.
Man kann die MI-Werte und die Dichtewerte der in den Mischungen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Polymere berechnen und Werte erhalten, welche vernünftig nahe an den tatsächlichen durch tatsächliche Messung der Mischung erhaltenen Werten liegen.
Die folgende Formel kann benutzt werden, um den Schmelzindex von Polymermischungen zu berechnen:
ln Mischung = (Fraktion A) ln A + (Fraktion B) ln B
Die folgende Formel kann zur Berechnung der Dichte von Polymermischungen berechnet werden:
P-Mischung = (Fraktion A) PA + (Fraktion B) PB
* P = Polymeres
Die vorliegende Erfindung verwendet in einer Mischung eine Menge von linearem Ethylenpolymerem mit niedrigem Molekulargewicht, welche wirksam ist, die Nachteile von linearem Ethylenpolymerem mit hohem Molekulargewicht bei der Herstellung von auf Stapelfasern basierenden Geweben oder Textilien zu vermeiden und die es möglich macht, das lineare Ethylenpolymere mit hohem Molekulargewicht unter den gewünschten Verarbeitungsbedingungen von Stapelfasern beim Spinnen, Kardieren und Verbinden einzusetzen, wobei die gegebene Festigkeit des linearen Ethylenpolymeren mit hohem Molekulargewicht im wesentlichen beibehalten wird. Diese Festigkeit, bestimmt in Form des gebundenen Gewebes, ist um einen so hohen Wert wie 165% oder mehr bei vergleichbaren MI-Werten verbessert. Die Festigkeiten von wärmegebundenem Gewebe, hergestellt aus diesen gemischten Polymeren mit höherem Molekulargewicht nähert sich der Festigkeit von typischen kommerziellen Geweben auf Polypropylenbasis um einen so hohen Wert wie 75% oder darüber.
Die wärmegebundenen Bahnen oder Gewebe, hergestellt unter Verwendung der Mischungen der vorliegenden Erfindung, können durch Eingabe bestimmter Zusatzstoffe in eines oder beides der Polymere benetzbar gemacht werden, wie in der US 4 578 414. Darüber hinaus liegt die Zugabe von kleineren Mengen von Zusatzstoffen wie farbgebenden Mitteln und Pigmenten innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung.
Die Bahnen oder Gewebe, welche unter Anwendung der vorliegenden Mischungen hergestellt wurden, weisen ausgezeichnete Weichheit, gute Stabilität gegenüber Gammastrahlung und gute Wärmeverbindbarkeit aneinander und an anderen thermoplastischen Folien oder Bahnen, wie anderen Polyolefinen, auf.
Das Verhältnis von linearem Ethylenpolymerem mit hohem Molekulargewicht zu linearem Ethylenpolymerem mit niedrigem Molekulargewicht in der Mischung hängt in starkem Maße von dem MI-Wert eines jeden ab. Im allgemeinen beträgt die Menge an Polymerem mit niedrigem Molekulargewicht, die zur Modifizierung des Polymeren mit hohem Molekulargewicht eingesetzt wird, wünschenswerterweise etwa die Minimalmenge, welche erforderlich ist, um das Polymere mit hohem Molekulargewicht bei der gewünschten Spinngeschwindigkeit und Deniergröße verarbeitbar zu machen und um die Festigkeit der Wärmeverbindung von hieraus hergestellten Geweben zu verbessern. Umgekehrt ist die Menge von Polymerem mit hohem Molekulargewicht, das zu dem Polymerem mit niedrigem Molekulargewicht zugesetzt wird, wünschenswerterweise eine Menge, welche erforderlich ist, um das Polymere mit niedrigem Molekulargewicht bei der gewünschten Spinngeschwindigkeit und Deniergröße verarbeitbar zu machen, und um die Festigkeit der Wärmebindung von hieraus hergestellten Geweben zu verbessern.
Es ist selbstverständlich, daß Arbeitsweisen gemäß "trial and error" [versuchweise] und der "aufeinanderfolgenden Annäherung" angewandt werden können, um die besonderen "Gewichtsverhältnisse der nichtgemischten Komponenten" festzulegen, welche erforderlich sind, um ein gemischtes Polymeres mit einem Q-Wert von wenigstens 4,5 und/oder einem I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Wert von wenigstens 7 herzustellen. Weiterhin ist es selbstverständlich, daß gewünschtenfalls das Polymere aus mehr als zwei Komponenten vor dem Mischen hergestellt werden kann.
Die folgenden Beispiele erläutern einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Es sei darauf hingewiesen, daß in allen folgenden Beispielen die Molekulargewichte auf einem Water's Associates Modell No. 150C GPC bestimmt wurden. Die Messungen wurden durchgeführt, indem Polymerproben in heißem gefiltertem 1,2,4-Trichlorbenzol (TCB) aufgelöst wurden. Die Versuche der GPC (Gelpermeationschromatographie) wurden bei 140ºC in TCB durchgeführt. Eine Fließgeschwindigkeit von 1,0 ml/min wurde angewandt, und die verwendeten Säulen waren 3 Polymer Laboratories-10 Mikran lineare Säulen. Die Säulenleistungsfähigkeit betrug typischerweise annähernd 30.000 Platten/Meter (siehe Yau, M. W., J. J. Kirkland, D. D. Bly und H. J. Stoklosa, Journal of Liquid Chromatography, 125, 219 (1976)), bestimmt unter Verwendung von 0,02 g Eicosan in 50 ml TCB. Die Säulen wurden verworfen, falls die Plattenzahl unter 20.000 Platten pro Meter lag. Die Leistungsfähigkeit der Säulen wurde ebenfalls unter Heranziehung des multiplizierten Produktes des Ausbreitungsfaktors " " und der Neigung der Eichkurve "D" überwacht (siehe Yau, W. W., J. J. Kirkland, D. D. Bly und H. J. Stoklosa, Journal of Liquid Chromatography, 125, 219 (1976)) . Dieser Wert lag typischerweise um 0,081. Säulen mit Werten oberhalb 0,09 für D wurden nicht verwendet. Das Antioxidans butyliertes Hydroxytoluol wurde bei einer Konzentration von 250 Teilen pro Million zu dem TCB zugesetzt. Das System wurde unter Verwendung von Standardproben aus Polystyrol mit schmalem Molekulargewicht geeicht. Die folgende Formel (siehe Williams, T. und I. M. Ward, J. Polymer Sci, Polymer Letters, 6, 621 (1968)) wurde zur Umwandlung der Polystyrol-Molekulargewichte in Polyethylen-Molekulargewichte benutzt:
Mw Polyethylen = 0,4316 (Mw Polystyrol)
Die Polyethylenproben wurden bei einer Konzentration von 0,25 g Polyethylen in 50 ml TCB hergestellt. Das injizierte Volumen betrug 100 ul.

Beispiel I

Eine Mischung von diskretem Polymerem, umfassend 40 Gew -% lineares Ethylenpolymeres mit hohem Molekulargewicht (Ethylen/Octen, 2,3 MI; 0,917 g/cm³) und 60% linearem Polyethylen mit niedrigem Molekulargewicht (Ethylen/Octen; 105 MI; 0,953 g/cm³), einer Mischungsdichte von 0,939 g/cm³, einem Mischungs-MI-Wert von 23 und einem Q-Wert von etwa 6,82 wurde zu Fasern bei etwa 0,4 g/min/Loch und 1200 m/min Abziehgeschwindigkeit umgewandelt und auf einer Spule gesammelt. Diese Einzelfäden hatten eine durchschnittliche d.p.f.-Zahl von etwa 3,0. Das aufgespulte Garn wurde dann abgewickelt und in konventioneller Weise zu Stapelfasern von 1,5 Zoll (3,81 cm) geschnitten. Aus den erhaltenen Fasern hergestelltes Gewebe hatte eine maximale normalisierte Gewebestreifenzugfestigkeit bei 1" (2,54 cm) von 2686 g, dies ist mehr als 55% von kommerziell erhältlichen Polypropylenfasern und mehr als 140% eines kommerziell erhältlichen Einzelpolyethylens mit einem vergleichbaren MI-Wert. Die Werte sind in der Tabelle I (aufgeführt nach Beispiel III) wiedergegeben.
Ein Test an der zuvorgenannten Polymermischung wurde wie folgt durchgeführt: Ein Extruder mit einem Durchmesser von 1 Zoll (2,54 cm), 24 Zoll Länge, der eine Schnecke vom Hochscherungstyp enthielt, wurde zum Schmelzen und Fördern des Polymeren zu einer Verdrängungszahnradpumpe, welche das Polymere der Spinneinrichtung exakt zudosierte, verwendet. Zahlreiche unterschiedliche Schneckenauslegungen können benutzt werden, einschließlich einer Auslegung, welche üblicherweise in der Extrusionsindustrie für Polyethylen verwendet wird, d.h. der Schnecke vom Niederscherungstyp oder vom Barrieretyp. Die Spinn-Filterkonfiguration kann beträchtlich variieren, die in den hier beschriebenen Tests angewandte Konfiguration hatte als Hauptkomponenten ein Filtermedium aus gesintertem Metall von 40 um und eine Spinndüse, welche eine Lochgröße von 60 um mit einem Verhältnis Länge-zu-Durchmesser von 4:1 aufwies. Die Fasern wurden kontinuierlich auf Spulen gesammelt, wobei die erforderlichen Galettengeschwindigkeiten angewandt wurden, um die gewünschte Denierzahl pro Einzelfaden (dpf) relativ zu dem Durchsatz zu erreichen. Beispielsweise erfordert ein Durchsatz von etwa 0,4 g/min/Loch eine entsprechende Geschwindigkeit einer Galette mit einem Durchmesser von 6 Zoll (15,24 cm) von etwa 2600 Umdrehungen pro Minute, um etwa 3,0 dpf bei 1200 m/min zu erzielen. Bei allen hier beschriebenen Tests wurden die Fasern ohne zusätzliches Ziehen gesponnen. Nach dem Sammeln der entsprechenden Probengröße wurden die Fasern von der Sammelspule abgeschnitten und zu Stapelfasern von 1,5 Zoll (3,81 cm) geschnitten. Proben dieser Stapelfasern (jeweils 1,25 g) wurden ausgewogen und zu Vorgespinsten unter Verwendung eines Roto-Rings (hergestellt von Spinlab, Inc.) geformt; ein Vorgespinst ist eine geordnete Ansammlung von Fasern, so daß die Faserenden statistisch verteilt sind, während die Fasern selbst alle parallel angeordnet werden. Die Struktur ist etwa 10 cm breit x etwa 25,4 cm lang nach dem vorsichtigen Öffnen des Vorgespinsttaues. Dieses geöffnete Vorgespinsttau (welches eine kardierte Bahn simuliert) wird dann in einen Beloit-Wheeler-Kalanderbinder für die Wärmeverbindung der Einzelfäden eingespeist, worin Druck und Temperatur für optimale Wärmeverbindungsbedingungen und Gewebefestigkeit eingestellt sind.
Es wurde gefunden, daß die aus der zuvor beschriebenen Mischung hergestellten Fasern optimale Bindungszustände bei einer Temperatur der Oberwalze (oder geprägten Walze mit etwa 20% Berührungsfläche) von etwa 115ºC und einer Temperatur der Unterwalze (glatte Walze) von etwa 118ºC hatten. Es wurde gefunden, daß der Verbindungsdruck typischerweise optimal bei etwa 700 psig (4927,9 kPa) oder etwa 199 pli (pounds per linear inch) (90,3 kg/2,54 cm linear oder 35,6 kg/cm linear) ist. Nach Herstellung einer ausreichenden Anzahl von wärmegebundenen Geweben unter denselben Bindungsbedingungen wird eine einzelne Probe aus jedem gebundenen Streifen ausgeschnitten, welche die Maße von 1 Zoll x 4 Zoll (2,54 x 10,16 cm) besitzt, wobei die Abmessung von 4 Zoll so geschnitten wird, daß sie in Maschinenrichtung verläuft. Diese Proben werden individuell ausgewogen und dann unter Verwendung eines Instron-Zugtestgerätes, das mit einem Datensystemadapter verbunden ist, zur Messung und Aufzeichnung der Belastung und der Verschiebung gespannt. Die Gewebeproben werden in das Instron-Gerät so eingesetzt, daß der Abschnitt von 1 Zoll einer jeden Probe durch die Instron-Backen während des Tests gehalten wird, so daß das Gewebe in der Maschinenrichtung gezogen wird. Der Mittelwert der zum Bruch dieses Gewebestreifens erforderlichen Kraft, normalisiert auf 1 Unze pro Quadrat Yard Gewicht für jeden der hier beschriebenen Tests wird dann aufgezeichnet. Für dieses spezielle Beispiel beträgt die normalisierte Gewebezugfestigkeit (oder Festigkeit des gebundenen Gewebes) etwa 2686 g.
Die zuvor beschriebene Arbeitsweise wurde auch für die Beispiele II-XIII angewandt.

Beispiel II (zum Vergleich; kein Beispiel der Erfindung)

Ein kommerziell erhältliches LLDPE, Ethylen/Octencopolymeres, mit einem MI-Wert von 26, einer Dichte von 0,940 g/cm³ und einem Q-Wert von 3,74 wurde zu Fasern mit etwa 0,4 g/min/Loch geformt. Aus den Fasern hergestelltes Gewebe hatte eine maximale normalisierte Gewebezugfestigkeit bei 1" (2,54 cm) von 1855 g bis zum Bruch, dies ist weniger als 40% von kommerziell erhältlicher Polypropylen-Fasersorte. Die Werte sind in Tabelle I gezeigt.

Beispiel III

Es wurde gefunden, daß eine Mischung, welche 50 Gew.-% lineares Ethylenpolymeres mit niedrigem Molekulargewicht (Ethylen/Octen; 52 MI; 0,953 Dichte) und 50 Gew.-% lineares Ethylenpolymeres mit hohem Molekulargewicht (Ethylen/Octen; 12 MI; 0,936 Dichte) umfaßte, eine normale Gewebe-Spitzenzugfestigkeit von etwa 2400 g besaß. Der MI-Wert der Mischung beträgt 25 und die Mischungsdichte ist 0,945 g/cm³. Siehe die folgende Tabelle I. TABELLE I Beispiel Typ Dichte Q-Wert Normalisierte Gewebe-Zugfestigkeit Einzelmischung alleine *NM = nicht gemessen

Beispiel IV (zum Vergleich; kein Beispiel der Erfindung)

Ein kommerziell erhältliches LLDPE, Ethylen/Octencopolymeres mit einem MI-Wert von 12, einer Dichte von 0,935 g/cm³ und einem Q-Wert von 4,36 wurde zu Fasern bei etwa 0,4 g/min/Loch geformt. Aus der erhaltenen Faser hergestelltes Gewebe hatte eine maximale normalisierte Gewebe-Zugfestigkeit bei 1" (2,54 cm) von etwa 2700 g beim Bruch, dies ist weniger als 60% einer kommerziell erhältlichen Polypropylen-Fasersorte. Die Werte sind in Tabelle II gezeigt.

Beispiel V

Eine in-situ polymerisierte Reaktormischung (Ethylen/Octencopolymeres) mit einem Mischungs-MI-Wert von 11, einer Mischungsdichte von 0,934 g/cm³ und einem Q-Wert von 13,6 wurde zu einer Faser bei etwa 0,4 g/min/Loch geformt. Aus der erhaltenen Faser hergestelltes Gewebe besaß eine maximale normalisierte Gewebezugfestigkeit bei 1" (2,54 cm) von etwa 3700 g, dies ist etwa 80% von kommerziell erhältlicher Polypropylen-Fasersorte und etwa 140% des kommerziell erhältlichen linearen Einzel-Ethylenpolymeren mit einem vergleichbaren MI-Wert. Die Daten sind in Tabelle II gezeigt. TABELLE II Beispiel Typ Dichte Q-Wert Normalisierte Gewebe-Zugfestigkeit alleine Reaktormischung

Beispiel VI

Eine in-situ polymerisierte Reaktormischung (Ethylen/Octencopolymeres) mit einem Mischungs-MI-Wert von 10, einer Mischungsdichte von 0,955 g/cm³ und einem Q-Wert von 8,87 wurde zu einer Faser bei einem Durchsatz von etwa 0,4 g/min/Loch geformt. Aus der erhaltenen Faser hergestellte Gewebeproben von 1" (2,54 cm) hatten eine maximale normalisierte Gewebezugfestigkeit von etwa 3614 g, dies ist etwa 78% derjenigen von kommerziell erhältlicher Polypropylen- Fasersorte und 129% von kommerziell erhältlichem linearen Einzel-Ethylenpolymerem bei einem vergleichbaren MI-Wert (siehe Beispiel VII zum Vergleich). Die folgenden Daten zeigen die Zerreißfestigkeit und die Bindungstemperatur von 6 Tests. Ebenfalls einige Werte sind in Tabelle III gezeigt. Bindungstemp. (geprägt/glatt) (kg/linearer cm) normalisierte Gewebezugfestigkeit

Beispiel VII (zum Vergleich; kein Beispiel der Erfindung)

Ein kommerziell erhältliches einzelnes lineares Ethylen/Propylencopolymeres hoher Dichte mit einem MI-Wert von 12, einer Dichte von 0,95 g/cm³ und einem Q-Wert von 3,92 wurde zu Fasern bei etwa 0,4 g/min/Loch geformt. Aus der erhaltenen Faser hergestelltes Gewebe hatte eine maximale normalisierte Gewebezugfestigkeit bei 1" (2,54 cm) von etwa 2794 g beim Bruch, dies ist weniger als 60% von kommerziell erhältlicher Polypropylen-Fasersorte. Die folgende Datenzusammenstellung zeigt die normalisierte Gewebezugfestigkeit und die Bindungstemperatur für 4 Tests. Siehe ebenfalls Tabelle III. Bindungstemp. (geprägt/glatt) (kg/linearer cm) normalisierte Gewebezugfestigkeit * Punkt des Anklebens TABELLE III Beispiel Typ Dichte Q-Wert Normalisierte Gewebe-Zugfestigkeit Reaktormischung einzelnes lineares

Beispiel VIII (zum Vergleich; keine beanspruchte Erfindung)

Eine kommerziell erhältliche Polypropylen (PP)-Fasersorte wurde zu Fasern versponnen und zu einem wärmegebundenen Gewebe verarbeitet. Das PP hatte einen MI-Wert von 15,6 (bei 190ºC) und eine Dichte von 0,91. Die folgenden Daten zeigen die normalisierte Gewebezugfestigkeit und Temperatur für 5 Tests. Bindungstemp. (geprägt/glatt) (kg/linearer cm) normalisierte Gewebezugfestigkeit * Punkt des Anklebens

Beispiel IX

Eine diskrete Mischung, umfassend 50 Gew.-% von linearein Ethylenpolymerem mit hohem Molekulargewicht (Ethylen/Octen; 12 MI; 0,935 Dichte) und 50 Gew.-% von linearem Ethylenpolymerem mit niedrigem Molekulargewicht (Ethylen/Octen; 105 MI; 0,953 Dichte), wird zu Fasern versponnen und es wird eine gebundene Bahn (Gewebe) erhalten. Die Mischung hat einen berechneten MI-Wert von 35,5 und eine Dichte von 0,944. Die Bindungstemperatur und die normalisierte Gewebezugfestigkeit sind unten bei unterschiedlichen Verbindungsdrücken gezeigt. Siehe ebenfalls Tabelle IV. Bindungstemp. (geprägt/glatt) (kg/linearer cm) normalisierte Gewebezugfestigkeit

Beispiel X

Eine diskrete Mischung,umfassend 70 Gew.-% von linearem Ethylenpolymerem mit hohem Molekulargewicht (Ethylen/Octen; 18 MI; 0,93 Dichte) und 30 Gew.-% von linearem Ethylenpolymerem mit niedrigem Molekulargewicht (Ethylen/Octen; 105 MI; 0,953 Dichte) und mit einem berechneten MI-Wert von 30,5 und einer Dichte von 0,937, wird zu Fasern gesponnen und als ein Gewebe in 3 Tests gebunden; die Daten sind im folgenden gezeigt. Siehe ebenfalls Tabelle IV. Bindungstemp. (geprägt/glatt) (kg/linearer cm) normalisierte Gewebezugfestigkeit

Beispiel XI (zum Vergleich; keine beanspruchte Erfindung)

Es wurde gefunden, daß ein einzelnes lineares Ethylenpolymeres (Ethylen/Octen) mit einem MI-Wert von 30 und einer Dichte von 0,94 g/cm³ eine maximale normalisierte Gewebezugfestigkeit von etwa 1531 g besitzt. Siehe die folgende Tabelle IV. TABELLE IV Beispiel Typ Dichte Normalisierte Gewebezugfestigkeit diskrete Mischung alleine

Beispiel XII

Eine diskrete Mischung, umfassend 71 Gew.-% eines linearen Ethylenpolymeren mit hohem Molekulargewicht (Ethylen/Propylen; 8 MI; 0,952 Dichte) und 29 Gew.-% von linearem Ethylenpolymerem mit niedrigem Molekulargewicht (Ethylen/Octen; 105 MI; 0,954 Dichte) und mit einem berechneten MI- Wert von 17 und einer Dichte von 0,953 g/cm³, wird zu Stapelfasern gesponnen und zu Gewebe bei 200 PLI (35,7 kg/linear cm) gebunden. Die Daten sind im folgenden gezeigt. Siehe ebenfalls die folgende Tabelle V. Bindungstemp. (geprägt/glatt) Normalisierte Gewebe-Zugfestigkeit * Punkt des Anklebens

Beispiel XIII (zum Vergleich; keine beanspruchte Erfindung)

Ein einzelnes lineares Ethylenpolymeres (Ethylen/Propylencopolymeres) mit einem MI-Wert von 17 und einer Dichte von 0,95 g/cm³ wird zu Fasern versponnen und zu einem Gewebe bei 200 PLI (35,7 kg/linear cm) gebunden. Die Daten sind im folgenden gezeigt. Siehe ebenfalls die folgende Tabelle V. Bindungstemp. (geprägt/glatt) Normalisierte Gewebe-Zugfestigkeit * Punkt des Anklebens TABELLE V Beispiel Typ Dichte Normalisierte Gewebezugfestigkeit diskrete Mischung einziges lineares
Abschließend sind die folgenden Ausführungen eine nachträgliche partielle Erklärung, wie die hier beanspruchte Erfindung überlegenere Produkte ergibt, unbeachtlich der stark negativen Lehren des Standes der Technik.
Kontinuierliche Faser (und anschließend das wärmegebundene Gewebe), hergestellt unter Anwendung des spinngebundenen Verfahrens, unterscheiden sich ganz wesentlich von dem Spinnen von Stapelfasern, gegebenenfalls Ziehen der Faser, Kräuseln der Faser und Schneiden der Faser, um diese diskontinuierlich zu machen, Kardieren der Faser zu Gewebe und Wärmeverbindung der Faser.
Das Spinnbindungsverfahren kann effektiv Polyethylen mit niedrigeren Dichten (Wert von 0,94 g/cm³ und darunter) benutzen, und die kontinuierlichen Fäden werden zu Gewebe wärmegebunden. Das Spinnbinden von Polymerem ergibt eine Faser, welche die Schrumpfungseigenschaften von Stapelfasern mit niedrigem Ziehverhältnis simuliert. Das Fenster der Wärmeverbindung von Polyethylen niedrigerer Dichte ist breiter als für Polyethylen höherer Dichte bei äquivalenten Schmelz indizes und Molekulargewichtsverteilungen, und die Wärmekalander werden so betrieben, daß das Gewebe gebunden werden kann. Es gibt keine Kardierstufe und daher keine Notwendigkeit, das Polymere zur Umwandlung der Faser zu Gewebe zu modifizieren.
Bei dem Stapelverfahren muß die diskontinuierliche oder geschnittene Faser zu Gewebe kardiert werden. Das Kardieren kann mit Polyethylenfaser unter Anwendung eines hohen Ziehverhältnisses während der Spinnstufe erreicht werden. Dieses hohe Ziehverhältnis ergibt jedoch Faser mit hoher Schrumpfung und hieraus folgend niedriger Festigkeit des wärmegebundenen Gewebes. Die Hitze schrumpft die Faser, statt sie aneinander zu binden. Jedoch kann die Dichte des Polyethylens erhöht werden, um das Kardieren zu ermöglichen, jedoch ist dann der Schmelzpunktbereich der Faser zu schmal, um sie effektiv zu Gewebe wärmezuverbinden. Versuche zur Steuerung eines Wärmekalanders mit einem schmalen Bereich ergibt entweder ein nichtgebundenes Gewebe oder ein Kleben von Faser/Gewebe an den Kalanderwalzen, was ein Versagen der Vorrichtung zur Folge hat.
Die vorliegende Erfindung löst diese Herstellungsmängel für Stapelfasern und Gewebe durch Verbreiterung des Fensters der Wärmeverbindung der Polyethylen-Stapelfaser, wodurch diese zur Herstellung von wärmegebundenen Gewebe mit hoher Festigkeit brauchbar wird, wobei die Kardierbarkeit der Faser beibehalten wird, insbesondere wenn Polyethylen hoher Dichte verwendet wird, wie bei Dichten zwischen 0,94 und 0,965 g/cm³.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Gewebes, wobei dieses Gewebe entweder wärmegebunden oder wärmeverbindbar ist, aus Fäden, welche thermoplastische diskontinuierliche Stapelfasern mit feiner Denierzahl mit einer Durchschnitts-Denierzahl pro Faden (d.p.f.) in einem Bereich von 0,1 bis 15 d.p.f. und mit einer Fadenlänge bis zu 30 cm einschließen, und wobei die Stapelfasern aus einer schmelzgesponnenen Mischung aus linearen Polyethylenpolymeren hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymermischung in den Stapelfasern einen Q-Wert oberhalb 4,5, wobei Q als das Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht dividiert durch das Zahlendurchschnittsmolekulargewicht, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie, definiert ist, und/oder einen I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Wert von wenigstens 7, worin I&sub1;&sub0; unter Bedingungen der Norm ASTX D-1238(N) bestimmt ist und I&sub2; unter Bedingungen der Norm ASTM D-1238(E) bestimmt ist, aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin ein hiernach hergestelltes nichtgebundenes Gewebe fähig ist, durch Wärme gebunden zu werden, um ein festeres Gewebe, bestimmt durch normalisierte Streifenzugfestigkeit, über einem breiteren Bereich von Temperaturen zur Wärmeverbindung als ein ansonsten zur Herstellung eines Vergleichsproduktes angewandtes identisches Verfahren zu ergeben, worin die Polymerenmischung in den Stapelfasern in dem Vergleichsprodukt entweder einen Q-Wert in einem Bereich von 3,5 bis 4,0 oder einen I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Wert in einem Bereich von 6,0 bis 6,5 aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Polymerenmischung in den Stapelfasern einen Q-Wert in einem Bereich von 5,5 bis 10 hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Polymerenmischung in den Stapelfasern einen Q-Wert in einem Bereich von 10 bis 20 hat.

5. Wärmegebundenes Gewebe, hergestellt nach dem Verfahren von Anspruch 1, worin das wärmegebundene Gewebe eine normalisierte Streifenzugfestigkeit von wenigstens 3.000 Gramm hat.

6. Wärmegebundenes Gewebe nach Anspruch 5, worin die Polymerenmischung eine in situ während der Polymerisation des Polymeren gebildete Mischung ist und das wärmegebundene Gewebe eine normalisierte Streifenzugfestigkeit von wenigstens 3.600 Gramm hat.

7. Wärmegebundenes Gewebe nach Anspruch 6, worin das wärmegebundene Gewebe eine normalisierte Streifenzugfestigkeit von wenigstens 3.700 Gramm hat.

8. Polymerfasern, welche diskontinuierliche Stapelfasern enthalten und zur Anwendung in dem Verfahren nach Anspruch 1 brauchbar sind, worin das Polymere einen I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Wert von wenigstens 7 hat und das Polymere eine Mischung ist von:

(A) wenigstens einem linearen Ethylenpolymeren mit hohem Molekulargewicht, das einen MI-Wert von weniger als 25 Gramm/10 Minuten und eine Dichte oberhalb 0,91 Gramm/cm³ hat, und

(B) wenigstens einem linearen Ethylenpolymeren mit niedrigem Molekulargewicht, das einen MI-Wert oberhalb 25 Gramm/10 Minuten und eine Dichte oberhalb 0,91 Gramm/cm³ hat.

9. Stapelfasern mit einem breiten Fenster zum Wärmeverbinden, hergestellt aus geschmolzenem linearem Ethylenpolymerem, worin dieses Polymere mit kommerziell annehmbaren Durchsatzraten, wahlweise mit nachfolgendem mechanischem Ziehen, zur Herstellung von Fadengrößen von 0,1 bis 15 Denier/Einzelfaden schmelzgesponnen ist, wobei dieses Polymere als eine Mischung von linearen Polyethylenen gekennzeichnet ist, umfassend

(A) wenigstens ein lineares Ethylenpolymeres mit hohem Molekulargewicht, das einen MI-Wert, gemessen nach der Norm ASTM D-1238(E) (1900 C/2,16 kg), von weniger als 25 g/10 Minuten und eine Dichte oberhalb 0,91 g/cm³ hat, und

(B) wenigstens ein lineares Ethylenpolymeres mit niedrigem Molekulargewicht, das einen MI-Wert, gemessen nach der Norm ASTM 1238 (E) (190º C/2,16 kg), größer als 25 g/10 Minuten und eine Dichte oberhalb 0,91 g/cm³ hat, die Stapelfasern aus linearen Ethylenpolymeren bilden, welche einen Q-Wert oberhalb 4,5 haben, wobei Q als das Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht dividiert durch das Zahlendurchschnittsmolekulargewicht, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie, definiert ist.

10. Stapelfasern nach Anspruch 9, welche eine Durchschnitts- Denierzahl pro Einzelfaden im Bereich von 0,1 bis 15 d.p.f. haben und ein Homofaden sind.

11. Verfahren zur Herstellung der polymeren Stapelfasern von Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Stufen von:

(A) Schmelzspinnen des in Anspruch 9 angegebenen Polymeren zu schmelzgesponnenen Einzelfäden;

(B) Abziehen der schmelzgesponnenen Einzelfäden mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich von 60 bis 2.000 Metern/Minute; und wahlweise

(C) Ziehen und/oder Kräuseln und/oder Schneiden der abgezogenen schmelzgesponnenen Einzelfäden mittels konventioneller Mittel.

12. Verfahren zur Erhöhung des Fensters der Wärmeverbindung von aus linearem Polyethylen hergestellten Stapelfasern, gekennzeichnet durch das Mischen linearer Polyethylene mit hohem und niedrigem Molekulargewicht zur Bildung einer Mischung mit einem Q-Wert oberhalb 4,5, wobei Q als das Gewichtsdurchschnittsmolekulargewicht dividiert durch das Zahlendurchschnittsmolekulargewicht, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie, definiert ist, und einem I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Wert über 7, worin I&sub1;&sub0; unter Bedingungen der Norm ASTM D-1238(N) bestimmt ist und I&sub2; unter Bedingungen der Norm ASTM D-1238(E) bestimmt ist, Verspinnen zu Stapelfasern und Wärmeverbinden zu Gewebe.

13. Verfahren nach Anspruch 12, worin die Mischung aus linearem Polyethylen mit hohem und niedrigem Molekulargewicht einen I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Wert oberhalb 7 besitzt.

14. Verfahren nach Anspruch 12, worin die Stapelfaser ein Fenster der Wärmeverbindung von 100 C besitzt.

15. Verfahren nach Anspruch 12, worin die Stapelfaser eine Durchschnitts-Denierzahl pro Einzelfaden im Bereich von 0,1 bis 15 Denier pro Einzelfaden besitzt.

16. Verfahren nach Anspruch 12, worin das lineare Polyethylen mit hohem Molekulargewicht HDPE ist und das lineare Polyethylen mit niedrigem Molekulargewicht HDPE ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, weiter gekennzeichnet durch Kardieren der Stapelfasern zu Gewebe vor der Wärmeverbindung.