ТЕРМОФИКСИРУЕМОЕ ИЗДЕЛИЕ ПЛОСКОЙ ФОРМЫ
HEAT FIXING PRODUCT OF FLAT SHAPE

ОПИСАНИЕ
Изобретение относится к термофиксируемым изделиям плоской формы, применимым, в частности, в качестве термофиксируемой прокладочного или подкладочного материала в текстильной промышленности, которые отличаются улучшенными техническо-прикладными свойствами и улучшенной технологичностью; изобретение относится также к их получению и применению в качестве прокладок для текстиля.
Прокладочные материалы являются невидимым каркасом одежды. Они служит для правильной посадки и оптимального удобства в носке. В зависимости от назначения, они облегчают обработку, повышают функциональность и стабилизируют одежду. Кроме одежды, эти функции могут использоваться в технических областях применения текстиля, как, например, мебельная промышленность, сектор обивки, а также промышленность текстильных изделий для интерьера.
Профиль свойств, важных для прокладочных материалов, включает мягкость, эластичность по отскоку, гриф (качество на ощупь), стойкость к воздействию моющих средств и средств для ухода, а также достаточную износостойкость материала-основы при применении.
Прокладочные материалы могут быть образованы из нетканых материалов, тканей, трикотажа или сопоставимых текстильных полотен, которые в большинстве случаев дополнительно снабжены склеивающей массой, благодаря которой прокладку можно склеить с верхней тканью, чаще всего термически посредством теплоты и/или посредством давления (фиксирующая прокладка). Таким образом, прокладку ламинируют с верхней тканью. Разные указанные текстильные полотна имеют, в зависимости от способа получения, разный профиль свойств. Ткани состоят из нитей/пряжи, расположенных в направлении основы и утка, трикотажные изделия состоят из нитей/пряжи, которые через трикотажное переплетение соединено в текстильное полотно. Нетканые материалы состоят из отдельных волокон, уложенных в виде прочеса, которые скреплены механически, химически или термически.
2
В случае механически скрепленных нетканых материалов прочес упрочняют путем механического переплетения волокон. Для этого применяют метод иглопробивания или метод переплетения с помощью водяных или паровых струй. Хотя иглопрокалывание и дает мягкие продукты, но с довольно неустойчивым грифом, так что этой технологии удалось занять только очень специфическую нишу в области прокладочных материалов. Кроме того, при механическом иглопрокалывании обычно получают поверхностную плотность >50 г/м, что для многих применений прокладочного материала является слишком высокой.
Нетканые материалы, упрочненные водяными струями, имеют более низкую поверхностную плотность, но обычно являются тонкими и мнущимися.
В случае химически скрепленных нетканых материалов прочес снабжают, путем пропитки, напыления или иным обычным способом нанесения, связующим (например, акрилатным связующим) и затем сгущают. Связующее скрепляет волокна друг с другом с получением нетканого материала, но в результате получается относительно жесткий продукт, так как связующее распределено на больших частях прочеса, и волокна целиком склеиваются друг с другом, как в композиционном материале. Изменения в грифе или мягкости можно компенсировать лишь ограниченно, используя смеси волокон или выбирая связующее.
2
Термоскрепленные нетканые материалы для применения в качестве прокладочных материалов обычно упрочняют каландрированием или обработкой горячим воздухом. Для нетканых прокладочных материалов в настоящее время в качестве стандартной технологии широко распространено точечное упрочнение каландрированием. При этом прочес, состоящий, как правило, из полиэфирных или полиамидных волокон, специально разработанных для этого процесса, упрочняют с помощью каландра при температурах вблизи температуры плавления волокон, причем валок каландра снабжен точечным клише. Такое точечное клише имеет, например, 64 точек/см и может, например, иметь площадь приваривания 12%. Без точечной конфигурации прокладочный материал был бы скреплен по поверхности и был бы неподходяще жестким на ощупь.
Различные описанные выше способы получения текстильных полотен известны и описаны в специальной литературе и патентах.
Склеивающие массы, которые обычно наносят на прокладочные материалы, чаще всего являются термоактивируемыми и состоят, как правило, из термопластичных полимеров. Нанесение этих адгезионных покрытий осуществляют, согласно уровню техники, на отдельном рабочем этапе на плоскую волокнистую структуру. В качестве технологии нанесения склеивающих масс известны и описаны в патентной литературе обычные способы порошковой точечной печати, печати пастой, двухточечной печати, способ нанесения распылением и способ нанесения из расплава. Самым эффективным в отношении склеивания с верхней тканью, в том числе и после ухаживающей обработки, а также с точки зрения прилипания к изнанке в настоящее время следует считать двухточечное покрытие.
Такая двойная точка имеет двухслойную структуру. Она состоит из нижней и верхней точки. Нижняя точка проникает в основной материал и действует как запирающий слой от возврата склеивающей массы и для закрепления частиц верхней точки. Обычно нижние точки состоят, например, из связующего и/или термопластичного полимера, который при фиксации не влияет на силу сцепления. В зависимости от используемого химического механизма, нижняя точка, помимо закрепления в основном материале, действует также как запирающий слой для предотвращения реверсии склеивающей массы. Основным клеящим компонентом в двухслойной системе является в первую очередь верхняя точка. Она может состоять из термопластичного материала, который рассеивают в виде порошка на нижнюю точку. После процесса распределения лишнюю часть порошка (между точками нижнего слоя) целесообразно отсосать. После последующего спекания верхняя точка (термически) прикрепляется на нижней точке и может служить в качестве клея для приклеивания к верхней точке.
2
2
В зависимости от назначения прокладочного материала наносится разное число точек и/или варьируется количество склеивающей массы или геометрия точечного рисунка. Типичное число точек, CP, составляет, например, CP 110 при плотности покрытия 9 г/м или CP 52 при плотности покрытия 11 г/м.
Широко распространена также печать пастой. При такой технологии готовят водную дисперсию термопластичных полимеров, обычно в форме частиц размером <80 мкм, загустителей и вспомогательных веществ, улучшающих текучесть, а затем наносят на основу в виде пасты способом ротационной трафаретной печати, чаще всего точечно. Затем основу с набивкой целесообразно подвергнуть процессу сушки.
Известно, что для прокладочных или подкладочных материй в качестве адгезионных сред для горячего склеивания можно применять самые разные термоклеи. В настоящее время в швейной промышленности трендом являются тонкие, прозрачные, гибкие или открытые верхние ткани, прежде всего в верхней женской одежде. Для подстраховки таких верхних тканей предлагаются прокладки, являющиеся очень легкими и имеющие открытую структуру.
При этом покрытие таких материалов обычными системами на основе водных паст является проблематичным, так как эти системы в процессе покрытия проникают сквозь основу и на последующих этапах сильно загрязняют производственные установки. Из-за этого не только существенно снижается качество изделий, но приходится значительно чаще останавливать производственные установки, чтобы очистить детали машин.
Далее, проникание ведет к тому, что нельзя хорошо образовать нижнюю точку склеивающей массы, и после посыпания порошком (двухточечное покрытие) образуется неоднородная, слабо выпуклая точка. Следствием растекания точки является также то, что нижняя точка будет "размазана", так что порошок в краевой зоне нижней точки, а также частично в промежуточной области нельзя будет хорошо отсосать. Помимо загрязнения установки это ведет к ослаблению связи после склеивания.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать текстильное полотно, которое можно фиксировать также на тонких, прозрачных, гибких или очень открытых верхних тканях.
Кроме того, текстильные полотна должны без проблем позволять обработку на обычных прессах для дублирования, иметь очень хорошие тактильные и оптические свойства, производиться легко и недорого, иметь очень хорошую стойкость к стирке при температурах до 95°C, а также выдерживать условия сушки при большом числе циклов.
Следующая задача состоит в том, чтобы придать текстильному полотну высокую эластичность, в частности, в поперечном направлении.
Согласно изобретению, эта задача решена посредством термофиксируемого изделия плоской формы, применимого, в частности, в качестве термофиксируемого прокладочного материала в текстильной промышленности, с основой из текстильного материала, на которую нанесено покрытие из пенополиуретана, содержащего термопластичный полиуретан в форме продукта реакции
- по меньшей мере одного бифункционального, предпочтительно алифатического, циклоалифатического или ароматического полиизоцианата (A) с содержанием изоцианата от 5 до 65 весовых частей,
- по меньшей мере одного полиола (B), выбранного из группы, состоящей из сложного полиэфирполиола, простого полиэфирполиола, поликапролактонполиола, поликарбонатполиола, блок-сополимера поликапролактонполиол-политетрагидрофуран и их смесей, а также, при необходимости, с
- по меньшей мере одним удлинителем цепи (C),
причемпенополиуретан имеет пористую структуру, в которой более 50% пор имеют диаметр, измеренный согласно DIN ASTM E-1294, в диапазоне от 5 до 30 мкм.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах.
Пенное покрытие в изделии плоской формы согласно изобретению отличается очень однородным и узким распределением пор по размерам при высокой стабильности. Считается, что это стало возможным благодаря уменьшению содержания пенообразователя в пенном покрытии. Удивительно, но использование пенообразователя, как это принято в уровне техники, в пенном покрытии согласно изобретению не привело ни к какому улучшению структуры пены, напротив, значительно повысился размер пор пенополиуретана, сделало пенополиуретановое покрытие очень сальным на ощупь.

Предпочтительно, доля пенообразователя в пенном покрытии составляет, в расчете на его активные пенообразующие компоненты, менее 1,5 вес.%, более предпочтительно менее 1 вес.%. В высшей степени предпочтительно пенное покрытие не содержит пенообразователя. Под пенообразователем согласно изобретению понимаются композиции, которые содержат ПАВы и/или смеси ПАВов и которые при получении пенополиуретанов вызывают вспенивание. Обычными пенообразователями являются, например, RUCO-COAT FO 4010 или TUBICOAT SCHÄUMER HP.
Согласно изобретению, пенополиуретан можно снабдить пористой структурой, в которой более 30% пор имеют диаметр в интервале от 5 до 20 мкм, предпочтительно от 5 до 18 мкм, в частности, от 10 до 16 мкм, и/или в которой более 50% пор имеют диаметр в диапазоне от 5 до 25 мкм, в частности, от 10 до 20 мкм, и/или в которой более 70% пор имеют диаметр в диапазоне от 5 до 30 мкм, предпочтительно от 5 до 27 мкм, в частности, от 10 до 25 мкм, и/или в которой более 97% пор имеют диаметр в диапазоне от 5 до 60 мкм, предпочтительно от 5 до 55 мкм, в частности, от 10 до 50 мкм.
Далее, пенополиуретан можно снабдить пористой структурой, у которой средний диаметр пор имеет сравнительно низкие значения, а именно, предпочтительно в диапазоне от 5 до 30 мкм, предпочтительно от 10 до 25 мкм, в частности, от 10 до 20 мкм. Средний диаметр пор можно определить согласно стандарту ASTM E 1294 (порометр Култера).
При больших или меньших значениях среднего диаметра пор пена склонна опадать.
Кроме того, при нанесении подобного пенополиуретана он, благодаря своей низкой плотности, почти не проникает в основу. Это выгодно, так как благодаря этому можно с высокими скоростями наносить покрытия на очень легкие нетканые материалы или на очень легкие открытые ткань или трикотаж при хороших значениях расслаивающей нагрузки и без загрязнения установок нанесения покрытия.
Далее, пенополиуретан вследствие его особой пористой структуры является дышащим и влагопроницаемым, что положительно сказывается на удобстве в носке. Кроме того, пористая структура пенополиуретана является очень однородной, что выгодно для однородности циркуляции воздуха и однородности воздухопроницаемости.
Предпочтительно, средняя глубина проникания пенополиуретана в основу составляет менее 20 мкм, предпочтительно менее 15 мкм, более предпочтительно от 5 до 10 мкм.
Кроме того, было обнаружено, что при нанесении пенополиуретана с пористой структурой по изобретению как прокладка, так и качество остаются неизменными в течение более длительного времени покрытия. Кроме того, преимуществом при нанесении этого пенополиуретана в форме точечного рисунка является то, что можно получить однородную, рельефную пену в нижней точке, которая не опадает также при рассеивании порошка термоклея и которая после приплавления и сушки в печи дает хорошо сплавленную склеивающую точку из нижней точки, образованной из пены, и термопластичной склеивающей массы. Пена остается стабильной в течение всего процесса, а также во время сушки и не опадает. В частности, мелкопористая структура пены может сохраняться в течение всего процесса.
Кроме того, нанесение пенополиуретана, как правило, обеспечивает различные преимущества по сравнению с традиционным покрытием пастами, которые обычно наносят способом ротационной трафаретной печати или с ракли.
Так, пенополиуретан заметно дешевле, чем чистая печатная паста, так как при одинаковой плотности нанесения доля исходных материалов существенно меньше.
Кроме того, выгодно, что не происходит никакого проникания через прокладку. Напротив, печатная смесь с чистым связующим проникает в/через прокладку заметно сильнее. Производственные испытания показали также, что при печати пеноматериалом изнаночная сторона полуфабриката с печатью остается сухой, тогда как при печати пастой она насквозь промокает.
Кроме того, прокладки, покрытые пеной, мягче на ощупь, чем прокладки, снабженные обычными склеивающими массами.
Кроме того, полученные изделия с покрытием пеной ничем не уступают в отношении адгезии перед и после этапов обработки и в отношении прилипания изнаночной стороны изделиям с покрытием чистой пастой, так как эти свойства находятся на уровне, сравнимом с покрытием чистой пастой.
3
2
Благодаря пористой структуре пенополиуретана можно придать плоскому изделию по изобретению высокую воздухопроницаемость. Согласно изобретению, воздухопроницаемость измеряют в соответствии со стандартом DIN EN ISO 9237. Нормальные условия указаны согласно DIN 50014/ISO 554, результаты испытания приводятся в дм/сек*м.
2
2
2
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, пенополиуретан имеет воздухопроницаемость более 150 л/м/сек при 100 Па, предпочтительно от 200 до 800 л/м/сек, более предпочтительно от 400 до 1400 л/м/сек. При применении в качестве прокладочного материала это позволяет достичь высокого удобства в носке.
В следующем предпочтительном варианте осуществления пенополиуретан можно разгладить с помощью каландра. Этим можно целенаправленно регулировать воздухопроницаемость. Кроме того, толщину слоя можно регулировать как через нанесение пены, так и через параметры каландра. Чем сильнее выглаживание, тем плотнее будет слой, вплоть до стойкости к миграции, например, перьев, пуха и т.д.
Кроме того, этот особый пенополиуретан позволяет придать предлагаемому изобретением изделию плоской формы хорошие свойства в отношении силы раздирания, прочности стежка на разрыв и/или сопротивления вырыву иглы, а также прочности шва.
Кроме того, в результате применения полиуретана достигается высокая эластичность изделия плоской формы, в частности, в поперечном направлении. Таким образом, можно использовать также более жесткие нетканые материалы без ухудшения общих тактильных характеристик. Далее, только благодаря полиуретановому покрытию можно также придать изделию плоской формы высокую эластичность, без необходимости прибегать к волокнам (например, волокнам BIKO) или к пряже с высокой эластичностью. В результате можно получать новые продукты с особыми свойствами, как, например, эластичные прокладки для пояса на основе обычного нетканого материала из полиамида или сложного полиэфира.
Следующее преимущество применения полиуретана заключается в том, что текстильное полотно согласно изобретению имеет мягкий, эластичный, привлекательный (приятный) гриф (качество на ощупь). Гриф прокладки является значительным и важным параметром в текстильной промышленности. Преимуществом является, в частности, то, что приятного качества на ощупь можно достичь без дополнительной отделки, как, например, отделка основы силиконом.
Кроме того, при применении полиуретана имеется большая свобода выбора синтеза. Так, для синтеза полиуретана в распоряжении имеется большой выбор мономеров, что позволяет легко устанавливать желаемые физические свойства, такие как твердость, эластичность и т.д.
Толщину слоя пенополиуретана можно устанавливать в зависимости от желаемых свойств изделия плоской формы. Для большинства назначений благоприятной оказалось средняя толщина слоя пенополиуретана в диапазоне от 5 до 400 мкм, предпочтительно от 5 до 100 мкм, в частности, от 10 до 50 мкм. Толщину слоя можно определить с помощью электронного микроскопа.
2
2
2
2
Соответственно, поверхностную плотность пенополиуретана можно варьировать в зависимости от желаемых свойств изделия плоской формы. Для большинства назначений оказалось благоприятным устанавливать поверхностную плотность пенополиуретана в диапазоне от 0,1 г/м до 100 г/м в случае сплошного покрытия. При точечных покрытиях благоприятными оказались поверхностные плотности от 0,5 г/м до 10 г/м.
Согласно изобретению, для получения пенополиуретана предпочтительно применять водные, химически неактивные или активные, предпочтительно неактивные полиуретановые дисперсии.
Водные, химически неактивные полиуретановые дисперсии обычно имеют содержание полиуретана от 5 до 65 вес.%. Согласно изобретению, предпочтительны полиуретановые дисперсии с содержанием полиуретана от 30 до 60 вес.%.
Вязкость по Брукфилду полиуретановых дисперсий согласно изобретению, предпочтительно водных и химически неактивных, при 20°C предпочтительно составляет от 10 до 5000 мПа·с, особенно предпочтительно от 10 до 2000 мПа·с.
Согласно изобретению, для получения пенополиуретана можно использовать водные, химически неактивные полиуретановые дисперсии, у которых содержащиеся полиуретаны получены из компонентов, определенных в пункте 1 формулы изобретения.
В качестве полиизоцианата (A) предпочтительно использовать органические ди- и/или полиизоцианаты.
В качестве полиолов (B) предпочтительно использовать полиолы с молекулярным весом от 500 до 6000 г/моль. Особенно предпочтительно, если они не содержат ионных групп или функциональных групп, которые могут быть переведены в ионные группы.
В качестве удлинителей цепи (C) предпочтительно использовать ди- или моногидрокси-соединения с по меньшей мере одной ионной группой или функциональной группой, которая может быть переведена в ионную группу.
Кроме того, для получения термопластичного полиуретана при необходимости можно также использовать соединения с одной или двумя функциональными группами, активными к изоцианату, и по меньшей мере одной ионной группой или функциональной группой, которая может быть переведена в ионную группу.
Кроме того, можно использовать соединения с по меньшей мере двумя функциональными группами, активными к изоцианату, и имеющие молекулярный вес от 60 до 500 г/моль, которые не содержат ионных групп или функциональных групп, которые могут быть переведены в ионные группы.
Органические полиизоцианаты (A) могут быть как ароматическими, так и алифатическими. Согласно изобретению, для получения пенополиуретана предпочтительно использовать водные, нереакционноспособные алифатические полиуретановые дисперсии, так как полученные алифатические пенополиуретаны являются существенно более светостойкими, чем ароматические полиуретановые покрытия.
Полиолы (B) могут иметь в основе сложные полиэфирполиолы, простые полиэфирполиолы, поликапролактонполиолы, поликарбонатполиолы, блок-сополимеры поликапролактонполиол- политетрагидрофуран, а также их смеси. Согласно изобретению, предпочтительны сложные полиэфирполиолы или простые полиэфирполиолы, а также их смеси.
Для приложений, требующих пенополиуретана с низким диапазоном стеклования и/или с высокой стойкостью к гидролизу, предпочтительны простые полиэфирполиолы. Для приложений, требующих пенополиуретана с хорошими механическими свойствами, как, например, износ, предпочтительны сложные полиэфирполиолы.
В практических испытаниях оказалось, что при использовании чистых сложных полиэфирполиолов, при необходимости в комбинации с простыми полиэфирполиолами, можно получить пенополиуретаны, которые имеют удивительно высокую стойкость к стирке. Так, удалось разработать пенополиуретан на основе сложного полиэфирполиола, который после нескольких стирок при 95°C выдерживает также дополнительную обработку без ухудшения свойств.
Интервал температур плавления полиуретана предпочтительно составляет от 130°C до300°C, более предпочтительно от 160°C до 250°C, в частности, от 180°C до 220°C.
g
Температура стеклования T полиуретана предпочтительно составляет от -100°C до 100°C, более предпочтительно от -80°C до 30°C, в частности, от -60°C до 30°C.
,
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения используют полиуретаны с высокими значениями удлинения, предпочтительно от 100% до 2500%более предпочтительно от 500% до 2000%, в частности, от 700% до 1500%. В результате можно получить прокладочные материалы с упругими свойствами покрытия и особенно приятным качеством на ощупь.
,
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения используют полиуретаны и/или полиуретановые композиции со значениями модуля предпочтительно от 0,5 до 30 МПаболее предпочтительно от 1 до 15 МПа, в частности, от 1,5 до 5 МПа.
,
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения используют полиуретаны и/или полиуретановые композиции с прочностью при растяжении предпочтительно от 5 до 50 МПаболее предпочтительно от 15 до 40 МПа, в частности, от 20 до 30 МПа.
,
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения используют полиуретаны и/или полиуретановые композиции с твердостью по Шору предпочтительно от 30 до 120более предпочтительно от 40 до 90, в частности, от 50 до 70.
Полиуретан может быть химически сшитым или несшитым. Так, пенополиуретан может содержать по меньшей мере один сшивающий агент, предпочтительно выбранный, например, из азиридинов, изоцианатов, блокированных изоцианатов, карбодиимидов или меламиновых смол. В результате модификации пенополиуретана сшивающими агентами можно также целенаправленно модулировать вязкоупругие свойства пенополиуретана и регулировать прочность на отслаивание. Кроме того, посредством сшивающего агента можно варьировать как гриф, так и стойкость к чистке. Так, благодаря применению сшивающих агентов можно достичь повышения расслаивающей нагрузки пены, прежде всего после стирки или химической чистки.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения полиуретан имеет степень сшивки менее 0,1, более предпочтительно менее 0,05, более предпочтительно менее 0,02. В высшей степени предпочтительно, полиуретанявляется полностью несшитым. В соответствии с изобретением, неожиданно было найдено, что и в случае несшитого или лишь незначительного сшитого полиуретана пенистая структура имеет высокую стойкость к стирке даже при 95°C. Преимущество несшитого или слабо сшитого полиуретана заключается в том, что он является очень гибким и имеет более мягкий гриф.
В практических экспериментах было обнаружено, что особенно целесообразно, чтобы пенополиуретан содержал диметилцеллюлозу и/или, предпочтительно и, полиакриловую кислоту в качестве загустителей. Было обнаружено, что в результате применения этих веществ можно получить особенно однородное покрытие без пузырей.
Кроме того, было найдено, что для стабилизации пенополиуретана и, в частности, для установления распределения пор по размерам в соответствии с изобретением, выгодно, чтобы пенополиуретан содержал стабилизаторы пены, в частности, стеарат аммония или олеат калия, предпочтительно в количестве от 1 до 10 вес.%.
Как уже говорилось выше, согласно изобретению оказалось невыгодным, если пенополиуретан содержит пенообразователь, в частности ПАВы.
Оказалось также невыгодным, если пенополиуретан содержит ассоциативные загустители, в частности, гидрофобно модифицированные полиакрилаты, простые эфиры целлюлозы, полиакриламиды, простые полиэфиры или ассоциативные полиуретановые загустители. Чтобы достичь желаемой вязкости, требуется слишком большое количество ассоциативно действующих загустителей. В результате смесь становится тягучей/маслянистой и тянет нити. Поэтому пенополиуретан содержит эти соединения предпочтительно в количестве менее 5 вес.%. В высшей степени предпочтительно, полиуретановая композиция совсем не содержит этих веществ.
Оказалось также невыгодным, если пенополиуретан включает содержащие минеральные масла загустители в комбинации с полиэтиленгликолем (PEG). Если, например, в рецептуре пены используется содержащие минеральные масла акрилатные загустители, они вытесняют PEG, который не растворяется в минеральных маслах. В таком случае PEG образует очень сальный остаток на полимерной пленке. Поэтому пенополиуретан, если он включает в себя PEG в качестве вспомогательной добавки, улучшающей текучесть, предпочтительно имеет содержание загустителей, содержащих минеральные масла, менее 10 вес.%.
В высшей степени предпочтительно, пенополиуретан не содержит этих веществ. Это выгодно также с точки зрения объема выделений наносимого пенополиуретана. Кроме того, вытяжные трубы, зоны охлаждения сушилок и т.д. не так сильно обременяются конденсатом, главным образом низкокипящими минеральными маслами. Кроме того, это имеет тот положительный эффект, что прокладки меньше загрязняются конденсатом и, таким образом, их качество может быть повышено.
Как упоминалось выше, применение PEG в комбинации с содержащими минеральные масла загустителями может быть невыгодным. Однако в принципе применение PEG выгодно. При этом особенно подходящим оказалось, когда доля PEG в пенополиуретане составляет от 1 до 40 вес.%.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения пенополиуретан содержит наполнитель, выбранный, в частности, из алюмосиликатов, предпочтительно каолина, силикатов кальция, карбонатов кальция, карбонатов магния, слоистых силикатов, пирогенных кремниевых кислот и оксидов алюминия, как, например, волластониты, доломиты, слюда, баритный порошок или тальк. Количество наполнителя предпочтительно составляет от 0,5 до 55 вес.%, более предпочтительно от 5 до 45 вес.%, в расчете на полный вес пенополиуретана. При этом наполнитель предпочтительно имеет средний размер частиц от 5 нм до 100 мкм. Путем модификации пенополиуретана наполнителями можно также целенаправленно регулировать его вязкоупругие свойства (реология), гриф, стойкость к чистке, распределение пор по размерам, клейкость, а также прочность на отслаивание.
Может быть также выгодным использовать наполнители, которые во время сушки в печи выделяют газ и, тем самым, способствуют образованию пены или стабилизируют пену.
,
В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения пенополиуретан содержит добавку, выбранную из активированного угля, сажи, материалов с обратимыми фазами (Phase Change Materials, PCM), термопластичного полимерного порошка, полимерных микросфер Expancel, флока, промоторов адгезии, огнезащитных средств, как, например, гидроксиды Mg и/или Al или соединения фосфора, пигментов для мелования, как, например, диоксид титана, суперабсорберов, как, например, полиакриловая кислота, древесных опилок, цеолитов, металлического порошка, магнитных частиц, как, например, оксид железа, капсулированные вещества, как, например, красители, отдушки или активные вещества (раневые накладки) или вещества, поглощающие запахи, как, например, циклодекстрины или PVPпредпочтительно в количестве от 0,1 до 70 вес.%, более предпочтительно от 5 до 60 вес.% в расчете на полный вес пенополиуретана.
Далее, изделие плоской формы согласно изобретению содержит основу. При этом оказалось целесообразным устанавливать полярность пены оптимально по отношению к основе. Гидрофобная основа требует придания пене гидрофобных свойств, а гидрофильная основа требует придания пене гидрофильных свойств.
Выбор текстильного материала для применения как основы осуществляют с учетом соответствующего назначения или особых требований к качеству. Годятся, например, нетканые материалы, ткань, вязаные на спицах или крючком трикотажные материалы или подобное. Например, особенно хорошо подходящим оказался ватин, так как функциональное оборудование для ватина широко распространено. В этом отношении изобретение в принципе ничем не ограничено. Специалист может легко найти для своих целей подходящую комбинацию материалов. Предпочтительно основа состоит из нетканого материала.
Нетканый материал, а также нити или пряжа текстильных материалов могут состоять из химических волокон или же из натуральных волокон. В качестве химических волокон предпочтительно использовать сложные полиэфирные, полиамидные волокна, волокна регенерированной целлюлозы и/или связующие волокна, а в качестве натуральных волокон шерстяные или хлопковые волокна.
При этом химические волокна могут быть извивающимися, извитыми и/или неизвитыми штапельными волокнами, извивающимися, извитыми и/или неизвитыми элементарными волокнами однопроцессного прядения и/или конечными волокнами, как волокна, полученные по технологии мелтблаун. Основа может иметь однослойную или многослойную структуру.
Для получения нетканого материала можно применять технологии, указанные во введении. При этом связывание волокон прочеса с получением нетканого материала можно осуществить механически (обычное иглопрокалывание, водоструйный метод), посредством связующего или термически. При этом перед покрытием достаточно иметь умеренную прочность нетканого материала основы, так как основа при покрытии смесью связующего и термопластичного полимера дополнительно насыщается связующим и упрочняется. Для умеренных прочностей нетканого материала можно использовать также недорогое волоконное сырье, при условии, что оно отвечает требованиям к качеству на ощупь. Упрощается также управление процессом.
При применении штапельных волокон предпочтительно провести их кардование по меньшей мере на одной кардочесальной машине с получением прочеса. При этом предпочтительна неупорядоченная укладка (технология Random), но возможны также комбинации продольной и/или поперечной укладки или же более сложные кардочесальные системы, когда требуются особые свойства нетканых материалов или когда желательна многослойная волоконная структура.
Особенно подходящими для прокладочных материалов являются волокна с титром до 6,7 дтекс. Волокна с более крупным титром, из-за их высокой жесткости обычно не используют. Предпочтительны титры волокон в диапазоне от 1 до 3 дтекс, но допустима также микрофибра с титром <1 дтекс.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, пенополиуретан образован как сплошной слой. Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления изобретения, пенополиуретан образуют в форме точечного рисунка. При этом точки могут быть распределены на основе в форме регулярного или нерегулярного рисунка.
На пенополиуретан можно нанести термоклей.
Термоклеи, называемые также термоплавкими клеями, клеями горячего отверждения или по-английски hotmelt, известны уже давно. Вообще говоря, под этим понимаются продукты, по существу не содержащие растворителя, которые в расплавленном состоянии наносят на склеиваемую поверхность, они быстро затвердевают при охлаждении и, таким образом, быстро набирают прочность. Согласно изобретению, в качестве термоклея предпочтительно применяются термопластичные полимеры, такие как полиамиды (PA), сополиамиды, сложные полиэфиры (PES), сложные сополиэфиры, этилвинилацетат (EVA) и его сополимеры (EVAC), полиэтилен (PE), полипропилен (PP), аморфные поли(альфа-олефины) (APAO), полиуретаны (PU) и т.д.
Клеящее действие термоклеев основано в принципе на том, что они как термопластичные полимеры могут обратимо расплавляться, а как жидкие расплавы благодаря их сниженной из-за процесса плавления вязкости способны смачивать склеиваемую поверхность и тем самым развивают адгезию к ней. Вследствие последующего охлаждения термоклей снова застывает с образованием твердого тела, которое обладает высокой когезией, и в результате скрепляется с клейкой поверхностью. После окончания склеивания вязкоупругие полимеры гарантируют, что адгезия сохранится и после процесса охлаждения с его изменениями объема и связанным с этим нарастанием механических напряжений. Созданная когезия способствует силам сцепления между основами.
Термоклеи предпочтительно используют в порошковой форме. Размер частиц выбирают в зависимости от покрываемой площади, например, желаемого размера связующей точки. В случае точечного рисунка диаметр частиц может варьироваться от >0 мкм до 500 мкм. В принципе, частицы термоклея не являются одинаковыми, но распределены по размерам, т.е. всегда имеется целый спектр размеров частиц. Целесообразно, чтобы размер частиц соответствовал желаемому количеству наносимого покрытия, размеру точки и распределению точек.
Термоклеи в порошковой форме можно наносить путем распыления, что целесообразно, в частности, для склеивания пористых основ для получения в итоге воздухопроницаемых нетканых текстильных материалов. Кроме того, преимуществом нанесения распылением является то, что этот простой метод нанесения годится для применения в больших масштабах. Так как термоактивируемые порошки, например, из полиамидов, сложных полиэфиров или полиуретанов являются клейкими уже при низких температурах, они подходят для щадящего ламинирования теплочувствительных основ, например, высококачественного текстиля. Благодаря хорошим реологическим свойствам в активированном состоянии даже при низком давлении и коротком времени прижатия получают хорошее соединение; тем не менее, риск проникания в ткань остается низким.
Допустимо также наносить термоклей на сторону основы, которая обращена от пенополиуретана.
В случае сплошного пенополиуретанового слоя пенополиуретан в этом варианте осуществления является нижним слоем двухслойной структуры склеивающей массы, на котором находится верхний слой термоклея. При этом верхний слой термоклея может быть образован в форме точечного рисунка или в форме сплошного слоя.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения двухслойная структура склеивающей массы такова, что пенополиуретан и термоклей образованы как двойная точка, причем пенополиуретан выполнен как нижний точечный рисунок, а термоклей как верхний точечный рисунок. При этом двойные точки могут быть распределены на основе в виде правильного или неправильного рисунка.
Согласно изобретению, под двухслойной структурой склеивающей массы следует понимать как описанную выше плоскостную двухслойную структуру, так и двойные точки. Соответственно термин "нижний слой" охватывает как сплошные нижние слои, так и нижние точки, а термин "верхний слой" охватывает как сплошные верхние слои, так и верхние точки.
Двойную точку на основе пенополиуретана в качестве нижней точки и напыленного порошка как верхней точки предпочтительно наносят на основу в виде точечного рисунка. В результате усиливается мягкость материала и эластичность по отскоку. Точечный рисунок может быть распределен однородно или неоднородно. Однако покрытие никоим образом не ограничено точечным рисунком. Двойную точку можно наносить в произвольной геометрии, например, в виде линий, полос, сетчатой или решетчатой структуры, точек с прямоугольной, ромбовидной или овальной геометрией и т.д.
Двухслойные структуры склеивающей массы отличаются низкой реверсией склеивающей массы, так как нанесенный первым пенополиуретан действует как запирающий слой. Если добавить в пенополиуретан термопластичный полимер, предпочтительно с температурой плавления <190°C, то он способствует склеиванию. Однако при этом усиливается прилипание изнаночной стороны прокладки.
Полиуретан в пенополиуретане может находиться как в чистой форме, так и в смесях. Так, допустимо также, чтобы пенополиуретан помимо полиуретана содержал и другие полимеры. Отличные от полиуретана термопластичные полимеры могут включать, например, полиакрилаты, силиконы, полимеры на основе сложных сополиэфиров, сополиамида, полиолефина, этиленвинилацетата и/или комбинаций указанных полимеров (смеси и продукты сополимеризации). При этом доля полиуретана, в расчете на полное количество полиуретанового покрытия, предпочтительно составляет от 20 до 100 вес.%, более предпочтительно от 30 до 90 вес.%, в частности, от 40 до 90 вес.%. При этом, согласно изобретению, особенно предпочтительны полиакрилаты и силиконы.
2
Пенополиуретан предпочтительно имеет плотность покрытия от 0,1 до 100 г/м.
Согласно изобретению, было найдено, что подходящим выбором состава пенополиуретана можно получить изделие плоской формы с особенно хорошей упругостью в поперечном направлении. Практические эксперименты показали, что в случае двухслойной структуры склеивающей массы состав нижнего слоя заметно сильнее влияет на упругость в поперечном направлении, чем состав верхнего слоя.
Далее, пенополиуретан может содержать термопластичные полимеры, которые имеют температуру плавления <190°C и, таким образом, при фиксации способствуют склеиванию. Нижний слой, который содержит термопластичные полимеры, предпочтительно термопластичный сополиамид, сложный сополиэфир или полиуретан или их смеси, поддерживает верхний слой при склеивании, но ведет также к более сильному прилипанию изнаночной стороны. Благодаря использованию полиуретана в нижнем слое получают существенно лучшее сцепление верхнего слоя, тем самым можно повысить расслаивающую нагрузку, а также уменьшить посыпание порошком. Преимуществом по сравнению, например, с полиамидами является намного улучшенная фиксация к верхней точке, более высокая эластичность и гибкость. Кроме того, улучшается прочность адгезии на верхней ткани с покрытием.
Следующим преимуществом применения термопластичных полимеров с температурой плавления <190°C, например, из группы сополиамидов, сложных сополиэфиров или полиуретанов, является то, что благодаря этому можно использовать пенополиуретан без дополнительного покрытия термоклеем. В результате можно уменьшить на единицу число производственных этапов. Особенно выгодной оказалась гранулометрическая фракция <500 мкм.
Как уже пояснялось, термоклей может содержать термопластичный сополиамид, сложный сополиэфир или полиолефины, которые можно смешать, например, с обычными термопластами. Особенно подходящими показали себя PU, PA, PES, PP, PE, этиленвинилацетат, сополимеры и т.д. Полимеры можно также совместно экструдировать с другим термопластами (компаунд).
Кроме того, пенополиуретан может содержать связующее, как, в частности, акрилатные или силиконовые дисперсии.
В области прокладочных материалов предпочтительно готовить термоклей в виде гранулята, способного хорошо измельчаться. Как для фракции верхнего слоя (обычно 80-200 мкм), так и для фракции нижнего слоя (0-80 мкм) целесообразно задавать измельчаемость в этих пределах. Предпочтительно, чтобы измельченные частицы по возможности имели круглую геометрическую форму, чтобы гарантировать безупречное распыление или безупречную приработку и спекание.
Согласно изобретению, термоклеи можно использовать также с другими обычными способами нанесения покрытий в области прокладок, такими как способ точечного нанесения порошка, печать пастой, двухточечный способ, способ распыления, способ нанесения из расплава, рассеивающее покрытие и т.д. При этом может быть целесообразным использовать другие гранулометрические составы или, например, использовать пастообразную композицию.
Допустимо также, чтобы между верхним слоем и нижним слоем не было четко различимой межфазной границы. Этого можно достичь, например, смешивая термопластичный полимер в виде частиц с полиуретановой дисперсией, вспенивая и нанося. После нанесения полиуретан отделяется от более крупных частиц, причем более крупные частицы больше сконцентрированы на верхней стороне поверхности переплетения, например, точечной поверхности. Полиуретан, помимо своей функции закрепляться в основе и дополнительно ее связывать, связывает также более крупные частицы. Одновременно происходит частичное отделение частиц от полиуретана на поверхности основы. Полиуретан проникает глубже в материал, тогда как частицы концентрируются на поверхности. Как результат, хотя более крупные полимерные части и встраиваются в связующую матрицу, одновременно их свободная (верхняя) поверхность на поверхности нетканого материала доступна для прямого склеивания с верхней тканью. Образуется структура, близкая к двухточечной, причем для создания этой структуры, в отличие от известного двухточечного способа, необходим лишь один технологический этап, не нужным становится также трудоемкое отсасывание лишнего порошка. В результате прокладки получают более высокую эластичность и лучшую способность восстановлении формы, чем прокладки с обычными полимерами на основе полиамида или сложного полиэфира.
Предпочтительный способ получения предлагаемого изобретением термофиксируемого изделия плоской формы включает следующие действия:
a) подготовку основы,
b) вспенивание полиуретановой дисперсии, которая содержит термопластичный полиуретан в форме продукта реакции
- по меньшей мере одного бифункционального полиизоцианата (A) с содержанием изоцианата от 5 до 65 весовых частей с
- по меньшей мере одним полиолом (B), выбранным из группы, состоящей из сложного полиэфирполиола, простого полиэфирполиола, поликапролактонполиола, поликарбонатполиола, блок-сополимера поликапролактонполиол-политетрагидрофуран и их смесей, и при необходимости также с
- по меньшей мере одним удлинителем цепи (C)
с образованием пенополиуретана, так, чтобы пенополиуретан имел пористую структуру, в которой более 50% пор имеет диаметр, измеренный согласно DIN ASTM E-1294, в диапазоне от 5 до 30 мкм,
c) нанесение пенополиуретана на выбранную область поверхности основы и
d) термообработка основы, полученной на этапе c), в целях сушки и одновременного соединения пенополиуретана с основой с образованием покрытия.
Компоненты полиуретановой дисперсии можно выбирать, как обсуждалось выше в связи с пенополиуретаном.
Чтобы обеспечить повышенное давление пены, а также сохранить стабильность пены в дальнейших процессах, предпочтительно, чтобы пена имела особую минимальную плотность (в г/л). Для этого оказалось целесообразным использовать для образования сплошного покрытия пенополиуретан с удельным весом пены от 1 до 450 г/л, предпочтительно от 50 до 400 г/л, в частности, от 100 до 300 г/л. Благодаря этому можно предотвратить слишком сильное проникание пены в прокладку и достичь хорошего закрепления в прокладочном материале.
Если пенополиуретан нужно наносить в форме точечного рисунка, то особенно хорошо показали себя полиуретановые дисперсии с удельным весом пены от 1 до 700 г/л, предпочтительно от 200 до 600 г/л, в частности, от 400 до 560 г/л.
Вспенивание полиуретановой дисперсии можно осуществить обычными способами, например, механическим взбиванием.
Можно также осуществить вспенивание полиуретановой дисперсии путем экспандирования микросфер. Этот способ вспенивания можно применять в дополнение к механическому вспениванию.
Микросферы представляют собой маленькие сферические пластмассовые шарики, которые состоят из тонкой термопластичной оболочки, окружающей углеводород, обычно изобутен или изопентан. Оболочка является сополимером, образованным из таких мономеров, как, например, винилиденхлорид, акрилонитрил или метилметакрилат. При нагревании повышается давление газа внутри оболочки, которая одновременно постепенно размягчается. В результате объем микросфер увеличивается. Рабочий газ остается стойко блокированным. Когда тепло отводят, оболочка застывает в своей увеличенной форме, и образуется замкнутая ячеистая структура. Преимуществом такой пены, созданной с помощью микросфер, является, наряду со сниженной ценой, также улучшенные тактильные характеристики, измененная эластичность и сжимаемость.
Для получения пены микросферы однородно распределяют в полиуретановой дисперсии. После нанесения на основу пены и, при необходимости, термоклея микросферы экспандируют, как правило, при температурах в интервале 80-230°C.
В практических испытаниях оказалось, что концентрация микросфер предпочтительно лежит в диапазоне 0,5-5 вес.%, в расчете на полный вес полиуретановой дисперсии.
Также выгодным оказалось использовать микросферы с размером зерна от 10 до 150 мкм, более предпочтительно 10-16 мкм, и/или с температурой расширения в диапазоне 120-130°C.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, пенополиуретан получают вспениванием водной полиуретановой дисперсии.
,
Доля полиуретана в дисперсии предпочтительно составляет от 25 до 95 вес.%, более предпочтительно от 35 до 70 вес.%в частности, от 45 до 60 вес.%, в расчете на полный вес дисперсии. Прокладочные материалы, покрытые пенополиуретаном, полученным из таких полиуретановых дисперсий, отличаются тем, что они существенно суше и приятнее на ощупь и имеют существенно более высокую эластичность.
Полиуретановую дисперсию можно получить, например, способом с использованием эмульгаторов/сдвиговых усилий, способом диспергирования расплава, способом с использованием кетимина или кетазина, способом с использованием преполимера/иономера, а также универсальным способом с использованием ацетона, а также смешанными формами указанных способов.
Полиуретановую дисперсию можно также смешивать с другими водными дисперсиями, как, например, полиакрилатные дисперсии, силиконовые дисперсии или поливинилацетатные дисперсии.
Предпочтительно, полиуретановая дисперсия содержит сшивающий агент в количестве менее 2 вес.%, более предпочтительно менее 1 вес.%, более предпочтительно менее 0,5 вес.%.
Содержание твердых веществ в полиуретановой дисперсии может составлять от 10 до 70 вес.%, предпочтительно от 15 до 60 вес.% и особенно предпочтительно от 20 до 60 вес.%, в частности, от 30 до 50 вес.%.
Стабилизацию полиуретановой дисперсии можно осуществить с помощью внутренних и/или внешних анионных, катионных или нейтральных эмульгаторов.
Значение pH полиуретановой дисперсии предпочтительно лежит в интервале от 4,0 до 11,0, более предпочтительно от 5,0 до 10,0, более предпочтительно от 6 до 9.
Как уже пояснялось выше, предпочтительно использовать полиуретановую дисперсию, которая лишь в незначительном количестве содержит пенообразователь, в частности, на основе ПАВа. Так, с точки зрения распределения пор по размерам оказалось благоприятным, чтобы доля пенообразователей составляла менее 5 вес.%. В высшей степени предпочтительно, полиуретановая дисперсия не содержит этих веществ.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения используется полиуретановая дисперсия, которая содержит диметилцеллюлозу и/или, предпочтительно и, полиакриловую кислоту в качестве загустителя, предпочтительно в количестве от 0,1 до 10 вес.%.
Кроме того, было найдено, что для стабилизации пенополиуретана и, в частности, для установления распределения пор по размерам в соответствии с изобретением, предпочтительно, если полиуретановая дисперсия содержит стабилизаторы пены, в частности, например, стеарат аммония или олеат калия, предпочтительно в количестве от 1 до 10 вес.%.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения используют полиуретановую дисперсию, которая содержит полиэтиленгликоль. При этом оказалось, что особенно хорошо подходящее содержание PEG в полиуретановой дисперсии составляет от 1 до 40 вес.%. Кроме того, выгодно, что можно заметно снизить время сушки пенополиуретана и можно заметно улучшить пригодность пенополиуретана для печати или его реологические характеристики.
Нанесение пенополиуретана можно осуществить различными способами.
Так, для образования двухслойной структуры склеивающей массы на нанесенный сплошным слоем пенополиуретан как нижний слой можно нанести термоклей, например, способом двухточечной печати или точечной печати пастой. Альтернативно можно также нанести на нижний слой термоклей в виде присыпки.
Нанесение точек пасты как верхнего слоя предпочтительно, так как благодаря этому достигается гриф, существенно больше близкий к грифу текстиля, чем при сплошном нанесении термоклея или при двухточечном способе.
Если, напротив, термоклеем покрывают сторону основы, не имеющую пенополиуретанового покрытия, ее предпочтительно снабжают двухслойной структурой склеивающей массы (двойная точка), чтобы минимизировать прилипание изнаночной стороны.
Основу из текстильного материала или из нетканого материала можно напрямую покрыть пенополиуретаном в обычном ракельном устройстве. Для этого может быть целесообразным перед процессом печати смочить основу или обработать любым другим образом текстильными вспомогательными средствами, такими как загустители (например, частично сшитые полиакрилаты и их соли), диспергаторы, смачиватели, вспомогательные средства, улучшающие текучесть, модификаторы грифа, чтобы процесс печати был технологически более надежным.
Согласно изобретению, можно использовать самые разные верхние ткани. Особенно хорошо показало себя изделие плоской формы для фиксации на тонкой, прозрачной или ажурной верхней ткани.
Однако применение предлагаемого изобретением термофиксируемого изделия плоской формы не ограничено этой областью применения. Возможны и другие применения, например, в качестве термофиксируемого текстильного полотна для текстилей для интерьера, как мягкая мебель, усиленные конструкции сидений, чехлы для сидений, или в качестве термофиксируемых и растягивающихся текстильных полотен для оснащения автомобилей, в деталях обуви или в области гигиены/медицины.
Далее изобретение без ограничения общности описывается на нескольких примерах.
1. Получение различных покрытых полиуретаном основ
2
Основу нетканого материала (100% полиамид) с поверхностной плотностью 12 г/м известным двухточечным способом покрывают разными пенополиуретанами и для сравнения разными невспененными полиуретановыми пастами. При этом пасту нижней точки получают известным способом. Для образования пенополиуретанов полиуретановую дисперсию с помощью обычного кухонного комбайна превращают в пенополиуретан. При этом используют алифатический сложный полиэфируретан. Он придает вязкоупругие свойства нижней точке в комбинации с приятным качеством на ощупь при очень хорошей стойкости к стирке. В качестве верхней точки используется присыпка из полиамида с температурой плавления 113°C и значением MFI 71 г/10 мин (определено при 160°C под нагрузкой 2,16 кг). В качестве сетчатого трафарета для печати используется CP250 с диаметром отверстий 0,17 мм.
В полиуретановую дисперсию примешивают добавки, указанные в таблице 1.
В процессе покрытия наносят 1,5 г полиуретановой пасты, соответственно, 1,5 г пенополиуретана и посыпают сверху 3 г порошка. Эти прокладки фиксируют 12 сек при температуре 130°C и давлении 2,5 бар (пресс: Kannegiesser EXT 1000 CU). В качестве материала служит верхняя смесовая ткань из полиэстра и хлопка. В таблице 1 приведены используемые составы.
1.1. Структура сырья
Таблица 1
Эталонная полиуретановая дисперсия
Полиуретановая дисперсия 1
вода
пеногаситель (33%)
пенообразователь (ПАВ) (83%)
PEG
вспомогательная PU-дисперсия (49%)
аммиак
загуститель 1 (80%)полиакриловая кислота
загуститель 2 (25%)полиакриловая кислота
загуститель 3 (3%)метилцеллюлоза
стабилизатор пены (30%)
1.2 Последовательность приготовления пенной рецептуры:
- взять холодную воду
- добавить PEG
- добавить вспомогательную PU-дисперсию
- добавить аммиак
- добавить загустители 2 и 3, осторожно гомогенизировать в лопастной мешалке
- добавить стабилизатор пены
- определить вязкость (Brookfield RV T, шпиндель 5, 20 об/мин, коэффициент=200)
- определить величину pH (номинальное значение: 8,8-9,3)
- вспенивать приблизительно 120 секунд в кухонном комбайне (Kenwood KM 280) при максимальном числе оборотов
- определить вес в резервуаре, номинальный удельный вес пены 500г/л ± 50г/л
- определить вязкость (Brookfield RV T, шпиндель 5, 20 об/мин, коэффициент=200).
Обычно следует избегать слишком длительного перемешивания, так как при этом уже может образоваться пена. Это может негативно сказаться на функционировании смесителя пены.
1.3. Результаты
Было обнаружено, что при получении пены лучше всего подходит комбинация полиакрилатного загустителя и метилцеллюлозы, так как в этом случае можно, во-первых, оптимально устанавливать реологические свойства полиуретановой дисперсии, а во-вторых, образуется сухая пена с однородным размером пор. Кроме того, выгодным оказалось устанавливать содержание в пене добавки, улучшающей текучесть (PEG), на уровне более 1 вес.%. Далее, особенно хорошо показал себя стабилизатор пены на основе стеарата аммония. Кроме того, можно было отказаться от обычных пенообразователей, в результате чего неожиданно удалось получить особенно однородную пену с малым размером пор. Кроме того, меньшее добавление присадок снижает взаимодействия с остальными исходными материалами дисперсии, поэтому пена является существенно более эффективной.
В таблице 2 представлены наблюдаемые значения расслаивающей нагрузки для покрытых и термофиксированных нетканых материалов.
Таблица 2
<b>Расслаивающая нагрузка [Н/5см]</b>
<b>Печать пастой</b>
<b>Печать пеной</b>
PES/BW, исходный
2,5
2,5
после 3xDC
1,3
1,5
после 3×40°C
1,8
1,9
CV, исходный
4,0
4,4
после 3xDC
2,3
2,2
после 3×40°C
1,1
1
PES, исходный
3,6
3,6
после 3xDC
1,6
2
после 3×40°C
2,5
2,7
Просвечивающая верхняя ткань
4,1
4,0
1×40°C
1,7
1,5
Оказалось, что печать пеной не оказывает негативного эффекта на расслаивающую нагрузку.
На фигуре 1 показаны реологические характеристики эталонной полиуретановой дисперсии или пенополиуретана 1 в зависимости от скорости сдвига. Вязкость измерена на вискозиметре Brookfield RV T, шпиндель 7, при вышеуказанных скоростях измерения. Зная периметр трафарета/пленки (0,64 м) производственных трафаретов, можно пересчитать скорость измерения в производительность печатной машины, например: скорость измерения 2,5 об/мин x периметр шаблона 0,64 м=печатная машина (пленка) 1,6 м/мин. Скорости измерения на вискозиметре Брукфилда: 2,5, 5, 10, 20, 50 и 100 об/мин.
При этом четко видно, что пена 1 при одинаковых скоростях сдвига имеет в принципе меньшую вязкость, чем используемая эталонная дисперсия. Это является существенным преимуществом, так как в случае дисперсий повышенное проникание через изделие плоской формы можно, как правило, компенсировать сильным увеличением вязкости. Это, в свою очередь, приводит к серьезным проблемам при расчете насосов и однородном нанесении дисперсий.
Далее, пенополиуретан (сплошная линия) дает очень хороший отпечаток, так как точку можно изобразить очень выпукло, и она не проникает через основу. Также, плотность нанесения пены является постоянной по ширине и длине основы. Кроме того, соотношение между глубиной проникания и геометрией точки очень сбалансированное. Далее, можно также видеть, что падение вязкости с увеличением скорости сдвига происходит аналогично тому, как в пасте, однако при существенно меньших вязкостях.
2. Испытание в производственных условиях
a) Точечная печать пеной
2
В промышленном испытании полученную полиуретановую дисперсию 1 вспенивали с помощью роторно-статорного смесителя фирмы MST и способом ротационной трафаретной печати наносили на нетканый материал (пенополиуретан 1) с плотностью 12 г/м. Было установлено, что несмотря на пониженную вязкость, смесь пеноматериала заметно меньше проникает в покрываемую основу, чем очень высоковязкая эталонная полиуретановая дисперсия. При этом глубину проникания можно хорошо регулировать через плотность пены. Чем суше пена (т.е. чем меньше плотность), тем меньше проникает пенополиуретан в прокладку, но тем хуже также характеристики текучести в отношении пропитки трафаретов и тем хуже характеристики отпечатка. В этом производственном эксперименте оптимальный удельный вес в резервуаре составлял 500 г/л.
b) Сплошная печать пеной
2
2
В промышленном испытании полученную полиуретановую дисперсию 2 вспенивали с помощью смесителя HANSA Top-Mix Compact 60 и наносили с помощью системы для нанесения покрытий "Knife over Roll" (нож поверх валика) с плотностью 24 г/м по всей поверхности на нетканый материал (пенополиуретан 2) и сушили в печи. Выставляли зазор 0,5 мм. Скорость установки составляла 6 м/мин при весе в резервуаре 125 г/л. Полная плотность конечного покрытия пеной составляет 17,9 г/м. Из этого опыта также четко следует, что покрытие лишь в минимальной степени проникает в основу, и можно создать однородное покрытие на всей поверхности (смотри фигуру 3). Пенное покрытие является также стойким к стирке до 95°C и выдерживает химическую чистку без повреждений. Сохраняются также характеристики качества пенного покрытия, такие как тактильные свойства и гриф.
полиуретановая дисперсия 2
вода
PEG
вспомогательная PU-дисперсия (49%)
аммиак
загуститель 2 (25%)полиакриловая кислота
загуститель 3 (3%)метилцеллюлоза
наполнитель
стабилизатор пены 2 (30%)
c) Точечное покрытие пастой сплошного слоя пены
2
Промазанный пеной нетканый материал, полученный на этапе 2b), покрывают пастой с помощью известного способа точечного покрытия. При этом используется стандартная склеивающая система с термопластичным полимером на основе полиамида, имеющим температуру плавления 126°C и значение MFI 28 г/10мин (определено при 160°C, нагрузка 2,16 кг). Водная паста содержит также обычные вспомогательные вещества, как, например, эмульгаторы, загустители и технологические добавки. В процессе покрытия с ракли наносят 12,5 г/м пасты с CP-растром 110. Затем изделие плоской формы фиксируют в течение 12 сек при температуре 120°C и давлении 2,5 бар (пресс: Multistar DX 1000 CU). В качестве материала служит смесовая верхняя ткань из полиэстра и хлопка. В следующей таблице приведена исходная расслаивающая нагрузка, расслаивающая нагрузка после однократной стирки при 60°C и при 95°C, а также расслаивающая нагрузка после химической чистки. Кроме того, сравниваются параметры прилипания изнаночной стороны.
В таблице 3 приведены значения расслаивающей нагрузки для пены с покрытием и для прокладки, покрытой напрямую.
Таблица 3
Сплошной слой пены, покрытый пастой
Напрямую покрытый нетканый материал
Исходная адгезия [Н/5см]
5,8
8,2
Стирка 1×60°C-[Н/5см]
5,1
5,3
Стирка 1×95°C [Н/5см]
6,8
5
Однократная химическая чистка [Н/5см]
4,9
8,0
Прилипание изнаночной стороны [Н/10см]
0,1
2,3
Удивительно, но оказалось, что расслаивающая нагрузка образцов с покрытием сложным полиэфирполиолом и полиуретаном после чистки, прежде всего при высоких температурах, имеет более высокое значение, чем без дополнительного слоя. Кроме того, прилипание изнаночной стороны благодаря дополнительному слою пенополиуретана сильно уменьшилось.
d) Пенное покрытие с полимерными частицами
2
2
В полиуретановую дисперсию 2 добавляли 13 вес.% термопластичного полиамидного порошка с гранулометрическим составом 80-200 мкм, имеющего температуру плавления 108°C и значение MFI 97 г/10мин (определен при 160°C при нагрузке 2,16 кг), и полиуретановую дисперсию 2 вспенивали аналогично пункту 1. Затем пену наносили в количестве 24 г/м с ракли на нетканую основу и сушили в печи. Удельный вес покрытия составляет 21,2 г/м.
2
Затем прокладки фиксировали в течении 12 сек при температуре 130°C или 140°C и давлении 2,5 (пресс: Kannegiesser EXT 1000 CU). В качестве материала служила смесовая верхняя ткань полиэфир-хлопок. Для сравнения сопоставлены результаты по расслаивающей нагрузке, которые были получены при покрытии нетканого материала стандартной полиамидной пастой с плотностью покрытия 20 г/м и CP 110.
Таблица 4
полимер в пене
полимер в пасте
Исходная адгезия 130°C [Н/5см]
10,0
8,3
Исходная адгезия 140°C [н/5см]
12,3
10,1
3. Микроснимки
На фигуре 2 показан РЭМ-снимок пенополиуретана 2 в виде сверху на покрытой основе. Можно видеть четкую пористую структуру с однородным распределением пор по размерам в диапазоне от 10 до 40 мкм.
На фигуре 3 показан РЭМ-снимок сечения основы, покрытой пенополиуретаном 2. Четко видно очень малую глубину проникания пены в основу.
4. Определение распределения пор по размерам в пенном покрытии согласно изобретению (полиуретановая дисперсия 2)
Распределение пор по размерам в пенном покрытии изделия плоской формы согласно изобретению измеряли в соответствии с ASTM E-1294 (1989).
Данные испытаний
Прибор для испытаний: PMI.01.01
Число образцов: 3
Размер образца: диаметр 21 мм
Толщина образца: 1 мм
Жидкость для испытаний: Galden HT230
Время воздействия: >1 мин
Температура испытания: 22°C
Было найдено, что наименьший диаметр пор составлял 12,9 мкм, средний диаметр пор 15,2 мкм и наибольший диаметр пор 50,5 мкм. Распределение пор по размерам показано на фигуре 4.
5. Определение распределения пор по размерам в пенном покрытии согласно уровню техники (полиуретановая дисперсия 2 с 2% ПАВа в качестве пенообразователя)
Распределение пор по размерам в пенном покрытии изделия плоской формы измеряли в соответствии с ASTM E-1294 (1989).
Было найдено, что наименьший диаметр пор составлял 8,9 мкм, средний диаметр пор 31,1 мкм и наибольший диаметр пор 80,7 мкм. Распределение пор по размерам показано на фигуре 5.
6. Определение воздухопроницаемости нетканой основы, покрытой пенополиуретаном, в сравнении с промазыванием пастой
В таблице 5 приведена воздухопроницаемость, измеренная согласно DIN EN ISO 139 при 100 Па.
Таблица 5
нетканый материал
100% PES
100% PES
вес
24 г/м<sup>2</sup>
24 г/м<sup>2</sup>
плотность покрытия
15 г/м<sup>2</sup>
15 г/м<sup>2</sup>
опыт
пена
промазывание чистой пастой
воздухопроницаемость в [л/м<sup>2</sup>/сек]
725
129
649
131
615
122
Среднее значение
663,0
127,3
Краткое описание фигур
<b>Фиг. 1:</b>
реологические свойства печатной пасты или пены в зависимости от скорости нанесения покрытия
<b>Фиг. 2:</b>
РЭМ-снимок пенополиуретана 2 в виде сверху
<b>Фиг. 3:</b>
<b>РЭМ-снимок пенополиуретана 2 в сечении</b>
<b>Фиг. 4:</b>
<b>распределение пор по размерам в пенном покрытии без пенообразователя</b>
<b>Фиг. 5:</b>
распределение пор по размерам в пенном покрытии с 2 вес.% пенообразователя