CH646593A5

CH646593A5 - Monofilament-borste.

Info

Publication number: CH646593A5
Application number: CH713180A
Authority: CH
Inventors: Robert Howard Payne; Robert Lee Rackley
Original assignee: Du Pont
Priority date: 1979-09-24
Filing date: 1980-09-23
Publication date: 1984-12-14
Also published as: FR2465803B1; AU533805B2; DE3035860A1; IT1141074B; IT8024847A0; BE885337A; GB2060477B; DE3035860C2; ZA805879B; SE8006645L; CA1137269A; FR2465803A1; AU6267780A; NL187916C; JPS5654806A; BR8005986A; AR222571A1; SE450455B; GB2060477A; NL8005296A

Description

Die Erfindung betrifft eine Monofilament-Borste für Malerpinsel und -bürsten aus thermoplastischem, polymerem Material.

Man hat thermoplastische Polymere seit langem bei der Herstellung von Pinsel- und Bürstenborsten eingesetzt. Solche Borsten sind in einer breiten Vielfalt von Konfigurationen, einschliesslich von Voll- und Hohlmonofilen, und einer Vielfalt von Querschnittsformen hergestellt worden, einschliesslich kreisförmiger, ovaler, dreieckiger und flügeliger Querschnittsformen. Diese Polymerborsten haben Vorteile gegenüber Naturborsten, wie Schweineborsten, sowohl bezüglich der Kosten als auch des Verhaltens ergeben. Polymerborsten werden oft verjüngt ausgebildet, um ein Ende grossen Durchmessers zu erhalten, das sich in der Pinselzwinge befindet, während an der Pinselspitze ein kleinerer Durchmesser vorliegt.

Polymerborsten für Malerpinsel werden im allgemeinen einer Schleifbehandlung unterworfen, die zum Aufrichten aufgespaltener Teile auf der Borstenoberfläche führt. Diese Teile wiederum erhöhen das Anstrichmittel-Haltevermögen der Borste. Man ist dementsprechend in der Vergangenheit bemüht gewesen, eine Polymerborste für Malerpinsel herzustellen, die der Auf- bzw. Abspaltung besonders zugänglich ist. Zu anderen Versuchen zur Verbesserung von Pinsel- und Bürstenborsten hat eine Abänderung der Querschnittsform des Filaments zwecks Verminderung der Neigung zum Sichkrümmen und Verbesserung des Widerstandes von Hohlfila-menten gegen Zusammengedrücktwerden gehört.

Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Polymerborste für Malerpinsel und -bürsten zur Verfügung, die sich durch ausgezeichnete Gleichmässigkeit der Querschnittskonfiguration, Zugänglichkeit zur Aufspaltung, Beständigkeit gegen Sichkrümmen und ein gutes Insgesamtverhalten als Pinsel- und Bürstenborste auszeichnet.

s Die erfindungsgemässe Monofilament-Borste für Malerpinsel und -bürsten ist im vorangehenden Patentanspruch 1 charakterisiert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Querschnittswiedergabe einer dreikammeri-lo gen Polymerborste gemäss der Erfindung und

Fig. 2 und 3 Planarabbildungen von Spinndüsenöffnungen, die sich zur Herstellung der Borsten gemäss der Erfindung verwenden lassen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen is beschrieben.

Die Borsten gemäss der Erfindung können aus einer breiten Vielfalt thermoplastischer, polymerer Materialien, einschliesslich Polyamide, Polyester und Polyolefine, hergestellt werden. Das Durchschnitt-Molekulargewicht des für die 20 Borsten eingesetzten Polymeren soll im allgemeinen über 10 000 liegen und vorzugsweise grösser als 30 000 sein, um die bei der Borste benötigte Festigkeit und Steifheit angemessen zu erhalten. Zu für den Einsatz bei der Borstenherstellung bevorzugten Polyamiden gehören Nylon 6.6, Nylon 25 610 und Nylon 612. Von diesen werden Nylon 610 (Polyhe-xamethylensebacamid) und Nylon 612 (Hexamethylendia-min) besonders bevorzugt. Zu Polyestern, die sich als für die Borstenherstellung besonders gut geeignet erwiesen haben, gehören Polybutylenterephthalat und Polyäthylenterephtha-30 lat, wovon Polybutylenterephthalat besonders bevorzugt wird. Von den vielen Polyolefinen für die Borstenherstellung wird Polypropylen bevorzugt.

Borsten gemäss der Erfindung weisen drei oder vier nichtkreisförxnige Längshohlräume auf, die durch einen In-35 nensteg getrennt sind. Die Hohlräume sind der Konfiguration nach im allgemeinen vierseitig. Die Hohlräume sind in der Fig. 1 gezeigt, die einen Querschnitt eines Borstenfila-ments gemäss der Erfindung mit drei Hohlräumen erläutert. Dabei umschliesst die Aussenwand 1 die Hohlräume 2, die in 40 Längsrichtung des Filaments verlaufen. Die Hohlräume sind durch den Innensteg 3 getrennt. Dreikammerige Borsten werden auf Grund einer gleichmässigeren Aussenkonfigura-tion und besserer Rollcharakteristiken im allgemeinen bevorzugt.

45 Der Gesamtdurchmesser bzw. die Querschnitts-Maxi-malabmessung der Borsten gemäss der Erfindung beträgt 0,10 bis 0,51 mm. Filamente ausserhalb dieses Bereichs zeigen im allgemeinen eine Steifheit, mit der sie für Pinsel- bzw. Bürstenborstenanwendungen ungeeignet sind. Die Länge der so Borsten wird im allgemeinen etwa 5 bis 13 cm betragen.

Die Filamente gemäss der Erfindung haben einen Hohlraumgehalt von 20 bis 50%. Der Hohlraumgehalt bestimmt sich auf Grundlage des Gewichts der Hohlborste und des Gewichts der Vollborste der gleichen Aussenkonfiguration 55 nach folgender Formel:

, mn/i Gewicht der Hohlborste\

Hohlraumgehalt, % = 100 1 - ————-———

V Gewicht der Vollborste I 60 v

Ein Hohlraumgehalt von über 50% führt zu einer unerwünscht geringen Festigkeit und Querschnitts-Formbestän-digkeit und ergibt häufig eine Zerspaltung des Filaments 65 während der Verarbeitung. Ein Hohlraumgehalt von unter etwa 20% führt zu Filamenten, deren Aufspalt- oder Flag-ging-Charakteristiken gegenüber Vollmonofilen wenig oder nicht verbessert sind.

3

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Die Längshohlräume führen zu einer deutlichen Verbesserung des Aufspaltvermögens und auch zu einer deutlich verbesserten Querschnitts-Formbeständigkeit gegenüber ein-kammerigen Hohlmonofilen vergleichbaren Durchmessers.

Der Innenstegteil, der die drei oder vier Längshohlräume trennt, soll etwa 10 bis 25% der Querschnittsgesamtfläche des Filaments ausmachen. Bei Innenstegen, die weniger als etwa 10% der Filamentquerschnittsfläche ausmachen, ergeben sich Fertigungsschwierigkeiten, während Stege, die mehr als 25% der Querschnittsfläche ausmachen, zu einem Gesamtgefüge führen, das schwächer und biegungsanfälliger ist.

Die vorgesehenen Hohlraumgehalt-, Filamentdurchmes-ser- und Steggehalt-Werte der Filamente ergeben festgelegte Abmessungen für die Dicke der Filamentaussenwand (tQ), die Dicke der Innenstegkomponenten (ti) wie auch den Aus-sendurchmesser (D). Diese Abmessungen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst, in der die Abmessungen in Millimetern angegeben sind.

Tabelle

D

t0max.

t0min.

timax.

timin.

0,102

0,015

0,0076

0,018

0,0051

0,127

0,018

0,0102

0,025

0,0051

0,178

0,025

0,0152

0,041

0,0076

0,229

0,025

0,0178

0,046

0,0102

0,254

0,038

0,0203

0,056

0,0102

0,305

0,051

0,0254

0,064

0,0127

0,381

0,064

0,0330

0,086

0,0152

0,457

0,074

0,0381

0,099

0,0178

0,508

0,084

0,0432

0,114

0,0203

Zur Herstellung der Borsten gemäss der Erfindung extru-diert man thermoplastisches Polymeres bei erhöhten Temperaturen zum Filament und unterwirft dieses einer Abschrek-kung und verstreckt dann wie z.B. in US-PS 2 418 492 beschrieben, auf die hierzu verwiesen sei. Zur Erzielung der gewünschten Längsinnenhohlräume extrudiert man das Polymere durch eine Spinndüse mit einer Austrittsöffnung, die im wesentlichen den Fig. 2 und 3 und der Beschreibung in US-PS 3 745 061 entspricht. Beim Extrudieren eines Mono-flls unter Verwendung der Spinndüse von Fig. 2 werden die Aussenwände durch die Extrudierung des thermoplastischen Polymeren durch die Schlitze 11 gebildet, wobei die Spinndüsenplatte durch Abstützpunkte 12 in der Apparatur gehalten wird. Das Extrudieren des Innenstegs erfolgt durch die Schlitze 13. Nach dem Passieren der Spinndüse verschmelzen die Aussenwände und der Innensteg zur Bildung des gewünschten, vollständigen Aussenzylinders und des damit verbundenen Innestegteils, das die drei Längsinnenhohlräume definiert. Ein vierkammeriges Filament kann unter Verwendung einer Spinndüsenöffnung gemäss Fig. 3 gebildet werden, in der die Aussenwandschlitze, Abstützpunkte und Innenstegschlitze mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 bezeichnet sind.

Nach dem Extrudieren und Abschrecken des Polymermonofils wird das Filament zur Verbesserung der Längsfestigkeit durch Verstrecken orientiert, was im allgemeinen auf das etwa 3,5- bis 5fache der ursprünglichen Länge erfolgt. Vor dem Abschrecken und Orientieren kann das Filament, wenn gewünscht, in der in der obengenannten US-PS 2 418 492 beschriebenen Weise veijüngt werden. Im allgemeinen erfolgt eine Verjüngung solcher Filamente unter Ausbildung eines Spitzendurchmessers vom 0,5- bis 0,75fa-chen des Durchmessers des Fussendes. Darüberhinaus kann man das Filament anderen Behandlungen zur Verbesserung physikalischer Eigenschaften unterwerfen, z.B. einer Wärmefixierung wie sie in der US PS 2 595 952 beschrieben ist.

Das Wärmefixieren kann in einem Gas erfolgen, wie durch Überblasen von Heissluft über das Filament, oder in einem Flüssigbad, wie durch Hindurchleiten des Filaments durch ein Ölbad. Die Verweilzeit des Filaments in der Wärmefixierstufe soll etwa 30 bis 90 s in einem Gas oder etwa 2 bis 10 s in einem Flüssigbad betragen. Bei dem Wärmefixiervorgang anwendbare Temperaturen sind 150 bis 200 °C beim Arbeiten mit einem Gas und 140 bis 200 °C beim Einsatz eines Flüssigbades.

Die Filamente werden dann auf für die Fertigung geeignete Längen geschnitten, verjüngte Filamente werden an ihren dicken und dünnen Teilen zerschnitten, um die veijüng-ten Einzelborsten zu bilden.

Man nimmt die Einzelborsten dann zu Bündeln zusammen und unterwirft die Spitzenenden der Borsten dem Anspitzen und Aufspalten nach herkömmlichen Arbeitsweisen, wie z. B. in US-PS 2 697 009 und 2 911 761 beschrieben. Die Borsten können dann unter Anwendung dem Fachmann vertrauter Techniken zu Pinseln oder Bürsten verarbeitet werden.

Die Borsten gemäss der Erfindung ergeben im Kontakt mit der typischen Aufspalt- oder Flaggingvorrichtung die Ausbildung einer grösseren Zahl von Aufspaltungen als ein-kammerige Monofilborsten oder Vollmonofile des gleichen Durchmessers. Darüberhinaus zeigen die Borsten gemäss der Erfindung eine geringere Neigung zum Sichkrümmen und eine deutlich höhere Beständigkeit gegen Zusammendrük-kung als einkammerige Monofile. Obwohl der Wirkungsmechanismus dieser Krümmreduktion nicht voll erkannt ist, dürfte er eine Funktion der Innenhohlräume und einer gleichmässigen Wanddicke sein. Typischerweise zeigen die Borsten gemäss der Erfindung Krümmcharakteristiken - wie nachfolgend noch beschrieben - von unter 20% bei einer 10,2-cm-Borste.

Die Borsten gemäss der Erfindung erfreuen sich der Aufrechterhaltung einer gleichmässigeren symmetrischen Aus-senkonfiguration als Monofile mit einem einzigen Längshohlraum. Diese symmetrische Konfiguration ergibt eine Rolleichtigkeit, durch die die Verarbeitbarkeit der Borsten gemäss der Erfindung auf herkömmlichen Pinsel- bzw. Bürstenerzeugungsvorrichtungen verbessert ist. Ein noch anderer Vorteil der Monofile gemäss der Erfindung ist die Langlebigkeit nach erfolgter Reinigung, die im Vergleich mit Standardhohlfilamenten verbessert ist. Die herkömmlichen Einzelhohlraum-Filamente füllen sich stärker mit Anstrichmittel, und dieses Anstrichmittel ist beim Reinigen nicht leicht zu entfernen, woraus bei wiederholter Verwendung ein Verlust an Borstenflexibilität resultiert. Die Borsten gemäss der Erfindung widerstehen auch Knickung auf spitzere Winkel als einkammerige Monofilborsten.

Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel

Poly-(butylen-l,4-terephthalat) wurde durch eine Spinndüsenplatte der in Fig. 2 gezeigten Art extrudiert. Das Polymere wurde bei einer Temperatur von 270 °C extrudiert und in Wasser von 25 °C abgeschreckt, das sich etwa 2,5 cm unter der Spinndüsenplatte befand. Die Filamente wurden unter Einsatz von Gummiquetschwalzen verjüngt, die mit einer im Zyklus variierenden Oberflächengeschwindigkeit entsprechend der Beschreibung in US-PS 2 418 492 arbeiteten, woraus eine entsprechend variierende Strangdicke von 0,41 bis 0,61 mm resultierte. Die verjüngten Filamente wurden mit einer herkömmlichen Langsamwalzen/Schnellwalzen-

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10

15

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25

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40

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60

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Anordnung bei einem Streckverhältnis von 3,75 bis 4,25 verstreckt und während der Streckstufe mit herkömmlichen Heizelementen erhitzt. Die Filamente wurden durch Hindurchleiten durch einen Heissluftofen wärmefixiert und ungefähr 40 s lang auf 170 bis 180 °C gehalten.

Nach dem Spinnen, Strecken und Wärmefixieren wurden die Filamente an jedem Minimaldurchmesser-Punkt zerschnitten und zu Produktbündeln zusammengenommen. Um die Bündel wurden Gummiringe gelegt, und zur Gewinnung von zwei Bündeln von 10,2 cm Länge, die sich zur weiteren Verarbeitung zu Malerpinseln eignen, wurde jedes der Bündel von 5,1 cm Durchmesser erneut in der Mitte zerschnitten und endbeschnitten.

Die Filamente hatten eine Dicke am Fussende von 0,317 mm und einen symmetrischen Querschnitt. Die Aus-senwanddicke betrug 0,038 mm bei einer Innenstegdicke von 0,025 mm. Die Dicke an der Spitze betrug 0,203 mm bei einer Aussen- und Innenwanddicke von jeweils etwa 0,025 mm. Der Hohlraumgehalt betrug etwa 37%, und die Filamente hatten eine gleichmässige Querschnittskonfiguration.

Die Bündel von 5,1 cm Durchmesser wurden auf einer für die industriell eingesetzten Maschinen typischen Anspitz-und Aufspalt-Handelsmaschine durch Überführen über Schleifsteine und Hindurchführen durch umlaufende Messer weiterbehandelt. Die Bündel wurden bei einem Spiel von 6,4 mm zwischen dem Borstenende von kleinem Durchmesser (0,203 mm) und den Schleifsteinen und Messern in vier Durchgängen durch die Maschine geführt.

Die Borsten wurden im Vergleich mit Standardproben für Borstenerprobung in der Praxis auf Weichheit bewertet, wobei sie sich als aussergewöhnlich weich erwiesen, was eine weitere Bestätigung für die Ausbildung einer grossen Zahl kleiner Aufspaltungen ist.

Vergleichsbeispiel Die allgemeine Arbeitsweise des Beispiels gemäss der Erfindung wurde mit der Abänderung wiederholt, dass die Spinndüsenplatte dahingehend abgeändert wurde, dass die s im Erfindungsbeispiel erzeugten Innenstege nicht entstanden. Die anfallenden Einzelhohlraum-Borsten waren schwer zu verarbeiten und zeigten eine ausgeprägte Neigung zum Sichkrümmen. Die Borsten hatten einen asymmetrischen, ovalen Querschnitt mit einer Differenz zwischen Maximal-lo und Minimaldicke von 0,10 bzw. 0,18 mm.

Die Filamente wurden unter Vergrösserung untersucht und durch Auszählen auf ihre Zahl von Einzelaufspaltungen von über 4,76 mm bestimmt. Die Untersuchung von je 20 Proben der dreikammerigen Produkte gemäss der Erfindung 15 und der einkammerigen Filamente des Vergleichsbeispiels erbrachte die folgenden Ergebnisse:

Beispiel Zahl der Aufspaltungen Durchschnitt pro Borste

20

Erfindung 5 bis 9 7,3

Vergleich 3 bis 6 3,8

Die Borstenfilamente wurden durch Untersuchung von 25 50-Filament-Proben an 8,9- und 10,2-cm-Filamenten auf Abbiegung von 6,4 mm oder mehr auf Sichkrümmen getestet. Zwei Proben aus dem Erfindungsbeispiel wie dem Vergleichsbeispiel ergaben:

30 Beispiel Länge, cm Sichkrümmen, %

6 2 40 50

Erfindung 10,2

Erfindung 8,9

Vergleich 8,9

as Vergleich 8,9

40

45

50

10,2 8,9 8,9 8,9

s

1 Blatt Zeichnungen

Claims

646 593 PATENTANSPRÜCHE

1. Monofilament-Borste für Malerpinsel und -bürsten, bestehend aus thermoplastischem, polymerem Material mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,52 mm, dadurch gekennzeichnet, dass sie drei- oder vierkammerig ausgebildet ist und drei oder vier umschlossene, nichtkreisförmige Längshohlräume aufweist, wobei die Hohlräume durch innere Wände getrennt sind, dass ihr auf die Filamentquerschnitts-fläche bezogener Hohlraumanteil 20 bis 50% beträgt und ihre inneren Wände 10 bis 25% der Filamentquerschnittsge-samtfläche ausmachen.

2. Monofilament-Borste gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie, unter Ausbildung eines Spitzendurchmessers gleich dem 0,5- bis 0,75fachen des Durchmessers des Fussendes sich veijüngend, ausläuft.

3. Monofilament-Borste gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie dreikammerig ausgebildet ist.

4. Monofilament-Borste gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie angespitzt und aufgespalten ist.

5. Monofilament-Borste gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material im wesentlichen aus Polyamid besteht.

6. Monofilament-Borste gemäss Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamid im wesentlichen aus Nylon 612 besteht.

7. Monofilament-Borste gemäss Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamid im wesentlichen aus Nylon 610 besteht.

8. Monofilament-Borste gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Material im wesentlichen aus Polybutylenterephthalat besteht.