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"Procédé de préparation de filaments composés et filaments obtenus"
La présente invention est relative à un procédé de préparation de filaments composés de polyamides, ayant une apti- tude latente améliorée au frisage, ainsi qu'aux filaments compo- sés ainsi obtenus. L'invention se rapporte plus particulièrement à un procédé de production de filaments composés, dans lequel deux composants polyamides différents, formateurs de fibres, sont filés simultanément à travers un orifice de filière commun pour
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former un filament unitaire dans lequel ces deux composants sont liés mutuellement et disposés excentriquement dans la section transversale de ce filament, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on utilise une nouvelle combinaison de polyamides pour ces deux composants à lier.
Il est connu à présent que des filaments composés, dans lesquels deux composants polymères formateurs de fibres , ayant des propriétés physiques et chimiques différentes, telles qu'une aptitude au rétrécissement à chaud ou une aptitude au gonflement à chaud, sont liés excentriquement suivant l'entièreté de la lon- gueur des filaments, développent des ondulations en spirale à trois dimensions lors d'une exposition à la chaleur ou à l'action d'un agent gonflant sous des conditions relâchées.
A titre des deux composants ci-dessus, on utilise avan- tageusement des homopolyamides en combinaison avec des copoly- amides du fait de leur aptitude élevée au filage, car ils mon- trent des points de fusion similaires et des viscosités de masse fondue similaires, ainsi que des propriétés satisfaisantes d'adhé- rence mutuelle. A titre d'exemple, lorsqu'on utilise un polyca- pramide à titre de l'un des composants, on a le plus généralement utilisé , comme autre composant, un copolymère obtenu par poly- condensation de t-caprolactame avec un sel d'une diamine avec un acide dibasique, ayant chacun 6 atomes de carbone ou plus.
Cepen- dant,un tel homopolyamide et un tel copolyamide ont des structures chimiques et physiques relativement similaires, de sorte que l'aptitude latente au frisage dans le filament composé obtenu est pauvre, et que,l'effet de volume désiré et le pouvoir cou- vrant voulu du filament composé frisé ou ondulé ne peuvent pas être mis en évidence.
Un but de la présente invention est de procurer des filaments composés de polyamides , ayant une excellente aptitude latente au frisage.
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Un autre but de la présente invention est de produire des filaments composés frisés ou ondulés, ayant un effet de volu- me élevé et un pouvoir couvrant élevé.
Un autre but encore de l'invention est de procurer des fi laments composés , de façon économique , en utilisant des matiè- res premières d'un faible prix.
La présente invention concerne donc un procédé de pré- paration de filaments composés de polyamides, ayant une aptitude latente améliorée au frisage, ce procédé comprenant le filage simultané à travers le même orifice de fillière , de deux compo- sants polymères, linéaires, synthétiques, formateurs de fibres , différents, en vue de former des filaments unitaires dans les- quels les composants sont disposés excentriquement l'un par rap- port à l'autre dans des zones distinctes, leurs surfaces joignan- tes étant en contact intime d'adhérence l'une avec l'autre, cha- cun des composants s'étendant suivant l'entièreté de la longueur des filaments, ce procédé étant caractérisé en ce que l'un des composants consiste en un homopolymère choisi dans le groupe com- prenant le polycapramide et l'adipamide de polyhexaméthylène,
l'au- tre composant consiste en un copolyamide qui contient au moins une unité structurale polymère dérivant de quantités équimolaires d'acide dibasique et de diamine, au moins l'un parmi l'acide di- basique et la diamine n'ayant pas plus de 4 atomes de carbone dans sa chaîne moléculaire principale, ce copolyamide ayant un nombre moyen de liaisons d'amide de 5 à 15 par kg de polymère dans la chaîne moléculaire principale de ce copolyamide.
Il est bien connu que l'aptitude au frisage de filaments composés est basée sur la différence d'aptitude au rétrécissement entre deux composants constituant un filament, et les inventeurs ont recherché la relation entre l'aptitude au rétrécissement et la structure chimique du polyamide pour trouver que l'aptitude au rétrécissement de celui-ci était fortement influencée par le
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nombre des liaisons d'amide dans la chaîne moléculaire principale, été la présente invention ayant/ainsi réalisée .
Les inventeurs ont donc trouvé que l'aptitude au rétré- cissement des filaments de polyamides dépend de la concentration des liaisons d'amide par rapport aux radicaux de méthylène dans une unité structurale polymère, et dépend aussi du nombre de liaisons d'amide dans la chaîne moléculaire.principale du poly- mère, l'aptitude au rétrécissement augmentant d'autant plus que ce nombre est plus élevé.
En se basant sur ce qui précède, les inventeurs ont réussi à augmenter l'aptitude au frisage d'un fi- lament composé de polyamide par l'introduction d'au moins une unitéstructurale polymère dérivant de quantités équimolaires d'acide dibasique et de diamine, au moins un de l'acide dibasi- que et de la diamine n'ayant pas plus de 4 atomes de carbone, la concentration de liaisons d'amide étant élevée par rapport aux radicaux de méthylène, cette introduction se faisant dans la est chaîne moléculaire principale d'un copolyamide qui/l'un des com- posants du filament composé, de sorte que le nombre de liaisons d'amide dans cette chaîne moléculaire principale du copolyamide est accru.
Des polyamides contenant une unité structurale polymè- re dérivant d'un acide dibasique et de diamine, au moins l'un de ceux-ci n'ayant pas plus de 4 atomes de carbone dans sa chaîne moléculaire principale, n'ont jamais été utilisés à titre de ma- tières formatrices de filaments, car ils présentent des inconvé-, nients en ce qui concerne l'aptitude au filage de masse fondue, la résistance , l'allongement et le module de Young , sous forme d'un mono-filament, mais une application intéressante de ces poly-- amides pour un filament composé a donc été développée grace à la présente invention.
L'expression "nombre moyen de liaisons d'amide contenues , dans la chatne moléculaire principale d'un polyamide", telle que
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utilisée dans la présente description, désigne le nombre moyen de moles de liaison d'amide par kg de polymère. Dans le cas où on utilise des #-lactames ou des #-amino-acides comme matières première pour le polyamide, le nombre moyen peut être calculé car 1 mole de liaison d'amide est contenue dans 1 mole d'unité structurale polymère, tandis que lorsqu'on utilise un sel de
Nylon de diamine et d'acide dibasique, ce nombre moyen peut @@e calculé car 1 mole d'unité structurale polymère contient @@oles de liaison d'amide.
A titre d'exemple , le polycapramide e l'adi- pamide de polyhexaméthylène , qui consistent respective@t en unités structurales polymères -NH(CH2)5CO - et -NH(CH2)6NHOC(CH2)4CO- ont 8,9 moles de liaison d'amij par kg de polymère en moyenne. En outre, dans le cas d'un cop@@amide qui comprend deux unités structurales polymères ou plus, le nombre moyen de liaisons d'amide devant être contenu dans n homopoly-' amide composé de chacune des unités structurales plymères pré- citées est calculé et le nombre moyen des liaison d'amide con- tenues dans le copolyamide est alors estimé en @rtant de chaque valeur calculée comme ci-dessus, suivant la quantité de chaque unité structurale polymère se trouvant dans le cop@@yamide,
A ti- tre d'exemple,un copolyamide consistant en 80% e@poids @e poly- capramide et en 20% en poids de sébaçamide de @@yhexa@ethylène, qui a été utilisé jusqu'à présent à titre de omposa@@ de fila- ments composés courants de polyamide , a 8,5 @oles e liaison d'a- mide par kg de polymère en moyenne.
Le nombre moyen de liaisons d'ami@ contenues dans ,la chaîne moléculaire principale d'un copolyam@e employé pour la présente invention est, de préférence, de @à 15 et plus particulièrement de 7 à 13, par kg de p@ymère. Si le nombre moyen de liaisons d'amide est inférieur à 5 l'aptitude au ré- trécissement diminue jusqu'à un degré tel qu'une aptitude au frisage satisfaisante du filament composa peut difficilement
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être obtenue, tandis que, lorsque le nombre de liaisons d'amide est supérieur à 15, l'hydroscopicitê et l'aptitude au gonflement sont ai intenses, dans le filament obtenu, que les propriétés ph@@@ques de ce filament sont considérablement amoindries ,
et que ces filaments ne conviennent pas pour un usage pratique.
De plus, les copolyamides qui comprennent des unités structurales dérivant 'un acide dibasique et d'une diamine n'ayant pas plus de 5 atomes de carbone dans leur chaîne moléculaire prin-' cipale respective et qui ont été jusqu'à présent utilisés ne donnent généralement pas une aptitude élevée au rétrécissement, même si le nombre moyen de liaisons d'amide tombe dans la gamme mentionnée ci-dessus, de sorte qu'il est essentiel que l'on ait l'unité structurale dérivant d'un acide dibasique ou de diamine, n'ayant pas plus de 4 atomes de carbone , et qui a une concentra- tion élevée de liaison d'amide par rapport aux radicaux de mé- thylène, et aussi que le nombre moyen des liaisons d'amide se situe dans la gamme mentionnée précédemment, afin d'atteindre les buts de la présente invention.
Des copolyamides à utiliser dans la présente invention, qui ont des unités structurales polymères dérivant d'une diamine ou d'un acide dibasique, n'ayant pas plus de 4 atomes de carbone dans sa chaîne moléculaire principale, peuvent être produits par copolymérisation d'un monomère courant, formateur de polyamide, avec un sel d'une ou plusieurs diamines, telles que l'éthylène diamine, la propylène diamine, la tétraméthylène diamine, avec des acides dibasiques courants, formateurs de Nylon, ou des sels d'un ou plusieurs acides dibasiques, tels que l'acide malonique, l'acide succinique , etc, avec des diamines courantes , formatri- ces de Nylon.
Comme éléments de valeur'dans cette classe, on peut mentionner les combinaisons suivantes polycapramide/adipamide de polyéthylène, polycapramide/sébaçamide de polyéthylène, poly- capramide/tétraphtalamide de polyéthylène, polycapramide/ iso-
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phtalamide de polyéthylène, polycapramide/adipamide de polyté- traméthylène, polycapramide/isophtalamide de polytétraméthylène, polycapramide/succinamide de polyéthylène, polycapramide/malona- mide de polyhexaméthylène, polycapramide/succinamide de polynona- méthylène,adipamide de polyhexaméthylène/adipamide de polyéthylè- ne, adipamide de polyhexaméthylène/téréphtalamide de polyéthylène, adipamide de polyhexaméthylène/malonamide de polytétraméthylène,
adipamide de polyhexaméthylène/isophtalamide de polypropylène, sé- de baçamide/polyhexaméthyle/isophtalamide de polyéthylène et sébaça- mide de polyhexaméthylène/succinamide de polyhexaméthylène.
De la sorte, suivant l'invention, des filaments compo., ses , ayant une aptitude améliorée au frisage et que l'on a ja- mais obtenus jusqu'à présent, peuvent être fabriqués , car il y a une différence considérable dans l'aptitude au rétrécissement entre deux composants constituant des filaments composés. De plus, on peut obtenir des diamines ou des acides dibasiques n'ayant pas plus de 4 atomes de carbone , à un faible prix, com- parativement aux autres matières premières pour les polyamides, de sorte que le coût de la production peut être abaissé.
Dans le procédé de la présente invention, le rapport conjugué des deux composants peut être modifié de façon conve- nable et, de plus, la forme de liaison des deux composants peut être , soit du type c&te à côte , soit du type à noyau et à gaine excentrique, suivant l'entièreté de la longueur du filament,
La section transversale du filament composé obtenu suivant l'invention peut être aussi bien non circulaire que cir- culaire.
Le filament composé obtenu suivant l'invention peut être utilisé pour uh filament continu ou pour une fibre discon- tinue. De plus, le filament composé obtenu suivant l'invention peut être amélioré de façon remarquable en ce qui concerne son' aptitude au frisage et son pouvoir couvrant ,comparativement aux
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filaments obtenus par les procédés habituels, de sorte qu'on peut employer largement le filament de l'invention pour divers types de tissus , d'articles tricotés, d'articles à poils, etc,
En outre, le frisage ou les ondulations du filament composé obtenu suivant la présente invention peuvent être dé- veloppés avant ou après la production des articles finis.
Les exemples suivants sont donnés à titre d'illustra- tion de l'invention mais ne constituent donc nullement une limita- tion quelconque de celle-ci.
L'aptitude au frisage dont il est question dans les exemple suivants a été déterminée comme suit : des faisceaux consistant en 40 filaments découpés à une longueur de 30 cm ont été p-endus avec divers poids, et ensuite, dans un tel état, ils ont été plongés dans de l'eau chaude à 95 C pendant 15 minutes pour développer des ondulations ou un frisage ,après quoi ils ont été séchés dans l'air ,puis les pourcentages de rétrécisse- ment par rapport à la longueur initiale ont été mesurés. Ensuite, . les poids calculés par denier et les pourcentages de rétrécisse- ment ont été mis en graphique , et la charge à 50% de rétrécis- sement a été mentionnée à titre de demi-valeur de charge.
EXEMPLE 1
Un mélange de 90 parties en poids de t-caprolactame avec 10 parties en poids d'un sel d'éthylènediamine avec de l'aci- de adipique a été chauffé à 250 C pendant 8 heures sous une at- mosphère d'azote gazeux pour réaliser une polycondensation. Le copolyamide ainsi obtenu (nombre moyen de liaisons d'amide par kg ' de polymère; 9,1) et un polycapramide ont été filés en conjugué à un rapport conjugué de 1/1 (rapport en poids) en une relation du type côte à côte pour obtenir un filament composé dans lequel - deux composants sont agencés suivant le type côte à côte suivant l'entièreté de la longueur du filament. Le filament composé ob- tenu a été étiré à4,2 fois sa longueur initiale à la température ambiante pour obtenir 15 deniers d'un filament composé.
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Le filament composé mentionné ci-dessus a été examiné pour déterminer son aptitude au frisage ou à l'ondulation, son pourcentage de rétrécissement sans charge étant de 90,2%, et sa demi-valeur de charge étant de 1,2 mgr/denier.
Pour comparer le filament composé ci-dessus avec un filament courant, on a réalisé un filage en conjugué sous les mêmes conditions que ci-dessus, en utilisant un sel d'hexaméthylè- ne divine et d'acide adipique (dans ce cas, le nombre moyen des liaisons d'amide de ce copolyamide était de 8,8), au lieu du sel d'éthylènediamine et d'acide adipique. Dans l'aptitude à l'on- dulation ou au frisage du filament composé résultant, le pour- centage de rétrécissement sans charge n'était que de 71% et la demi-valeur de charge n'était que de 0,15 mgr/denier.
EXEMPLE 2
Un mélange de 92 parties en poids de caprolactame et de 8 parties en poids d'un sel d'éthylènediamine et d'acide iso- phtalique a été chauffé à 250 C pendant 8 heures sous une atmos- phère gazeuse d'azote pour réaliser une polycondensation.Le copolyamide obtenu (le nombre moyen de liaisons d'amide par kg de polymère était de 9,0) et un polycapramide ont été filé en con- jugué à 250 C à un rapport conjugué de 1/1 (rapport en poids) suivant un type côte à cote, et le filament filé a été étiré à 4,4 fois sa longueur initiale pour obtenir 13 derniers d'un fila- ment composé. Le filament obtenu a été mesuré en ce qui concerne son aptitude au frisage et on a déterminé que le pourcentage de rétrécissement sans charge était de 89,8% et la demi-valeur de charge étant de 1,06 mgr/denier.
On a répété le même procédé , sauf qu'on a utilisé un sel d'undécaméthylènediamine et d'acide isophtalique (dans ce cas, le nombre moyen des liaisons d'amide était de 8,7 par kg de poly- mère), au lieu du sel mentionné ci-dessus dthylènediamine et d'acide isophtalique, pour obtenir un filament composé , dont le
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pourcentage de rétrécissement sans charge n'était que de 79,3% et dont la demi-valeur de charge n'était que de 0,34 mgr/denier.
EXEMPLE 3
Un mélange de 40 parties en poids d'un sel d'hexaméthylè' nediamine et d'acide adipique , de 60 parties en poids d'un sel de tétraméthylènediamine et diacide sébacique et de 50 parties en poids d'eau a été introduit dans un autoclave et prépolymérisé à une température de 250 C pendant 2 heures sous une pression de 25 kg/cm2, après quoi la masse résultante a été chauffée et poly- ; condensée sous une atmosphère galeuse d'azote à 280 c pendant 5 heures pour obtenir un copolyamide (le nombre moyen des liai- sons d'amide de ce polymère était de 8,3).
Ensuite, le copolymère ; obtenu et de l'adipamide de polyhexaméthylène ont été filés ,en conjugué à un rapport conjugué de 1/1 (rapport en poids) suivant . un type côte à cote à 290"C,puis le filament extrudé a été étiré à 3,8 fois sa longueur initiale à la température ambiante pour obtenir 18 deniers d'un filament composé.
Le, filament composé obtenu a une excellente aptitude au frisage , et le pourcentage de rétrécissement sans charge était de 93%, tandis que la demi-valeur de charge était de 1,8 mgr/denier.
On a répété le même processus, sauf que 7'on a utilisé un sel d'hexaméthylènediamine et d'acide sébacique (dans ce cas, le nombre moyen des liaisons d'amide dans le copolyamide était de 7,8 par kg de polymère), au lieu du sel de tétraméthylènedia- mine et d'acide sébacique , pour obtenir un filament composé, dont le pourcentage de rétrécissement n'était que de 73% sans charge et dont la demi-valeur de charge n'était queue 0,62 mgr/ denier, EXEMPLE 4
Un mélange de 88 parties en poids de caprolactame et de 12 parties en poids d 'un sel de diamines mixtes consistant
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en éthylène-4iamine et en tétram6thylènediamine dans un rapport molaire de 1/1 , avec de l'acide téréphtalique,
à été chauffé et polycondensé sous une atmosphère gazeuse d'azote à une tempé- rature de 250 C pendant 8 heures pour obtenir un copolyamide (le nombre moyen des liaisons d'amide par kg de polymère était de 9,0). Ensuite, le copolyamide obtenu et du polycapramide ont été filés en conjugué à un rapport conjugué de 1/1 (rapport en poids) suivant un type côte à côte à une température de 250 C, après quoi le filament résultant a été étiré à 4,4 fois sa lon- gueur initiale pour obtenir 15 deniers de filament composé, Le filament composé obtenu avait une excellente aptitude au frisage , le pourcentage de rétrécissement sans charge était de 92% et la demi-valeur de charge était de 1, 25 mgr/denier.
On a répété le même procédé , sauf que l'on a utili.sé de la nonaméthylènediamine et de l'undécaméthylènediamine (dans ce cas, le nombre moyen des liaisons d'amide par kg de polymère était de 8,6), au lieu de l'éthylènediamine et de la tétraméthy- lène diamine mentionnées ci-dessus, pour obtenir un filament composé , qui était un filament très inférieur, le pourcentage de rétrécissement sans charge étant de 75%, tandis que la demi- valeur de charge n'était que de 0,15 mgr/denier.
EXEMPLE 5
Un mélange de 20 parties en poids de caprolactame ,de 80 parties en poids d'un sel d'hexaméthylène-diamine et d'acide malonique, et de 50 parties en poids d'eau a été introduit dans un autoclave et prépolymérisé à une température de 250 C pendant 2 heures sous une pression de 25 kg/cm2 , après quoi la masse résultante a été chauffée et polycondensée à la pression atmos- phérique sous une atmosphère gazeuse d'azote à une température de 260 C pendant 5 heures, pour obteni.r un copolyamide (le nombre moyen des liaisons d'amide par kg de polymère était de 9,0).
Le copolyamide ainsi obtenu et. du polycapramide ont ensuite été filês en conjugué à un rapport conjugué de 1/1 (rapport en poids)
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suivant un type côte à côte à une température de 260 C, puis le filament résultant a été étiré à 4,0 fois sa longueur initiale pour obtenir 15 deniers d'un filament composé.
Le filament composé obtenu avait une excellente aptitu- de au frisage, le pourcentage de rétrécissement sans charge était de 95% et la demi-valeur de charge était de 1,2 mgr/denier.
On a répété le même processus , sauf que l'on a utîli- sé un sel d'hexaméthyl@nediamine et d'acide sébacique (dans ce cas, le nombre moyen des liaisons d'amide par kg de polymère était de 7,4), au lieu du sel mentionné ci-dessus d'hexaméthylè- nediamine et d'acide malonique, pour produire un filament com- posé , dont le pourcentage de rétrécissement n'était que de 81% sans charge, et dont la demi-valeur de charge était que de 0,55 mgr/denier.
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