DD139873A5 - Hydrophile polyesterfasern - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft hydrophile Polyesterfasern sowie ein Verfahren zu deren Herstellung„ Die ."Fasern können zu. textlien Flächenkel)ilden verarbeitet werden„
Bekanntlich hängt die Tragehygiene und damit letztlich auch der Tragekomfort eines Textils im wesentlichen von dessen Wärme- und Peuchtigkeitstransportvermögen abe Naturfasern sind swar hydrophil, dQha sie nehmen beträchtliche Mengen Feuchtigkeit aus der Luft auf? besitzen auch eine hohe Saugfähigkeit und ein großes Wasserrückhaltevermögea« Sie zeigen jedoch gerade dann f wenn der Körper viel. Wärme abführen möchte und zu schwitzen beginnt5 einige Nachteile verglichen mit Polyester,. So nimmt zeBe beim Quellen der Faser Querschnitt von Wolle um cao 25 % und der von Polyester um nur 1 % zn (Robinson? Textilprasis International, 1976} S, 1180)«. Dadurch wird besonders bei dichten Textilien die Luftdurc-h~ lässigkeit άπα damit der direkte j?euchtigkeitstransport durch aas Textil hindurch behinderte Außerdem entsteht bei
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der Adsorption von Wasser durch Wolle mit II3 J/g Wasser (27 cal/g Wasser) weit mehr zusätzliche Wärme als bei der Adsorption von Wasser durch Polyester; 3?35 J/g Wasser (0j8 cal/g Wasser) (Bob ins on, . Textilveredlung, 1977 ? S. 254·) In engem Zusammenhang mit dieser Wärmetö'nung steht, daß mit zunehmender Temperatur die Adsorptions-Fähigkeit der Wolle deutlich nachläßt. Schließlich .trocknen Textilien aus Polyester schneller als solche aus Wolle«,, Die diesbezüglichen Vorteile des 'Polyesters beruhen vor allem darauf, daß er viel weniger Wasser aufnimmt,, Andererseits ist das geringe Wasseraufnahmevermögen für die unbefriedigende Trage hygiene und für den niedrigen Tragekonifort der Polyesterfasern ursächlicho Es galt nun diesen entscheidenden Nachteil zu verbesserns d»he vor allem die Feuchtigkeit sauf nähme und das Wasserrückhaltevermögen als entscheidende Kriterien der Hydropbilie (so Robinson) zu vergrößern, ohne die guten Eigenschaften des Polyesters zu verlierene
Es wurde \ioat versucht, die Hydrophilie durch chemische Modifizierung entweder des gesamten Polymeren oder der Paseroberfläche zu verbessern. Ein überzeugender Erfolg blieb bisher aus. Günstiger ist ess das Paserbauprinzip physikalisch zu verändern, z.B» durch Vergrößerung der adsorptionsfähigen Faseroberfläche. Beispielsweise ist aus Melliand Textilberichte 1/1977, Seite 11-12 das Bauprinzip einer derartigen Faser bekannt und im Falle der Polyacrylfasern offenbar auch bereits verwirklicht worden. Diese Polyakrylnitrilfaser besteht aus einem Kern mit einer großen Zahl feiner Kapillarhohlräume und aus einem dichten mantel mit einer Vielzahl feiner Kanäle, welche das Wasser auch von der Seite in das poröse Faserinnere leiten können.
5.4-01979 3 - AP D01F/209
Der Mantel hat die Aufgabes das innenliegende Porensystem zu schützen und eine problemlose Verarbeitung zu gewährleiste η e
Nach einem in der DT-OS 25 54 124 beschriebenen Verfahren werden derartige hydrophile Polyacrylnitril-Faserri nach einem Trockenspinnprozeß erhaltens bei welchem man dem .Spinnlösungsmittel, Z0B,, Dirnethylacetamid, Dimetbylsulfoxid? N-Methy!pyrrolidon oder Dimethylformamid,' 5 bis 50 Gewichts-Prozent, bezogen auf Lösungsmittel und Feststoff, einer Flüssigkeit zusetzt j die einen höheren Siedepunkt hat als das verwendete Spinnlösungsmittel, die mit dem Spinnlösungsmittel und mit Wasser gut mischbar ist und die füraas zu verspinnende Polymere ein Nicht-Lösungsmittel darstellt. Als Beispiele derartiger Flüssigkeiten werden genannt ι Alkylätber™ und -ester mehrwertiger Alkoholes hochsiedende Alkoholes Ester und Ketone5 vorzugsweise wird Glycerin verwendete Die auf diese Weise erbältlichen Fäden besitzen Kern-Mantel-=Struktui?$ einen porösen Kern mit durchschnittlichem Porendurchmesser von 5OO bis 1000 ma .(= 5OOO bis .10 000 RX eine Feuehtigkeitsaufnahme von etwa 2 bis 5 % (be165% relativer Luftfeuchtigkeit und 210G) und ein .Wasserrückhaltevermögen von 10 bis "j>0 %c.
Trockengesponn8iies Kern-Mantel-Struktur aufweisende !Fasern aus Acrylnitrirpolymerisaten mit einer Peuchtigkeitsaufnähme von -wenigstens 7 % (bei 65 fo relativer Luftfeuchtigkeit und 21 C) und einem Wasserrückhaltevermögen- von wenigstens 25 % werden in. der DT-OS 26 07 071 beschrieben* Diese Pasern worden in der V/eise hergestellt, daß man ein carbosylgruppenhaltiges Acrylnitrilpolymerisat aus einem Lösungsmittel verspinnt, dem - bezogen auf das Gesamtge™
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wicht der Lösung - 5 "bis 50 Gewe-$ einer Verbindung zugesetzt worden sind, deren Siedepunkt höher liegt als der des Spinnlösungsmittelsj die mit Wasser und dem Spinnlösungsmittel mischbar ist und die das Copolymer!sat nicht zu lösen "vermag, dann die dem Lösungsmittel zugesetzte Verbindung aus den frisch gesponnenen Päden auswäscht und die Carboxylgruppen ganz oder teilweise in die SaIzfο na überführte
Dieses bei Polyacrylnitril bekannte Verfahren der Modifizierung ist für die wichtigen Polyester kein technisch brauchbares Verfahren zur Verbesserung der hydrophilen Eigenschaften» Polyacrylnitril wird nämlich trockenversponnen 5 debe also aus organischen Lösungsmitteln bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen« Polyester werden hingegen in der Technik bei nahezu 3000C aus der Schmelze versponnen, also unter wesentlich schärferen Bedingungen« Außerdem besitzt unmodifiziertes Polyacrylnitril bereits ein vergleichsweise hohes Feucht ig keits.auf nähme vermögen von ca«. 1S5 %o Unmodifiziarter Polyester hingegen besitzt ein wesentlich geringeres Peucbtigkeitsaufnahm.everm.ogen, es beträgt lediglich 0?3 ^^s 0,6 %o
Es gibt auch eine große Anzahl von porösen Polyesterfasern, welche zoBe durch spezielle Verstreckungsverfahren oder durch Aufschäumen mittels eines Inertgases hergestellt werden« Sie enthalten wie die vorstehend beschriebenen Polyacrylnitrilasern große, lichtmikreoskopisch erfaßbare Hoblräumes die jedoch keine nennenswerte Erhöhung der Pe Licht igke it sauf nähme bewirken«,
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Darüber hinaus sind "bereits poröse Polyesterfasern mit feinen, licht&ikroskopisch nicht erfaßbaren Kapillarbohlräumen bekannte EL-D0 Weigmann et al, (Melliand Textilberiohte 6/1976, Seiten 4-70-473) haben zwecks Verbesserung der Fallgeschwindigkeit und der relativen Farbstoffaa.fnab.Die Polyesterfasern mit Dimethylformamid behandelt j anschließend in kochendem Wasser vom Lösungsmittel befreit^ getrocknet und dann einer Wärmebehandlung unterworfen,, Hierbei wurde eine Strukturä-nderung erzielt,, welche im wesentlichen die Folge von Desorientierungs— vorgängen in den nichtkristallinen Bereichen ist. Abhängig von der Temperatur der Lösungsmittelbehandlung erfolgte eine mehr oder weniger starke Sekundärkristallisation5 die durch die Wechselwirkung zwischen Polymeren und Lösungsmittel ausgelöst wird und zur Bildung von Kristalliten iß der gequollenen Faserstruktur führtβ Diese Stabilisierung der gequollenen Faserst ruktixr verhindert ihren vollständigen Zusammenbruch, wenn das'Lösungsmittel entfernt wird und führt nach Angabe der Autoren zur Bildung von Hohl™» räumen oder Mikroporene
Die Eigenschaften dieser Produkte werden weiter traten noch ausführlich diskutiert? an dieser Stelle sei jedoch bereits vorweggenommen j daß sie ein vergleichsweise, geringes Porenvolumen und demzufolge auch ein niedriges Wasseraufnähme- und Wasserrückhaitevermögen besitzen«, Abgesehen davon sind die Effekte nicht stabil, schon eine Wärmebehandlung von über 1200C hat eine drastische Verringerung der relativen Farbstoffaufnahme zur Folge, bei Temperaturen von 180 bis 2000O tritt d,er totale Kollaps des Porensystems einS!
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Es ist Ziel der Erfindung, die geschilderten'Nachteile zu vermeiden»
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue hydrophile Polyesterfasern mit modifiziertem Porensystem bereitzu« stellen«,
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine hydrophile Polyesterfaser j die dadurch gekennzeichnet ist, dai3 sie ein stabiles j bei 20 C und relativen Luftfeuchtigkeiten von weniger als 97 % zur Kapillarkondensation befähigtes Porensystem besitzt und bei 400C und 92 % relativer Luftfeuchte eine Feuchtigkeitsaufnahme von mehr als 2 Gewichtsprozent batswobei der Anteil der durch Kapillarkondensation bedingten Feuchtigkeitsaufnahme wenigstens 25 % beträgt,,
Unter Polyester werden sowohl Homo- als auch Copolyester verstanden« Beispiele für derartige Polyester sind solche, Vielehe unter Verwendung einer bzwe mehrerer der nach- . stehend aufgeführten Säuren oder deren esterbildenden Derivate und einem bzw«,' mehreren zwei-» oder mehrwertigen aliphatischen, alicyclischen, aromatischen oder araliphatischen Alkoholen oder einem Bisphenol erhältlich sind: Adipinsäure« Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure', Nonandicarbonsäure, Decandicarbonsäure, Undecandicarbonsäures, Terephthalsäure s Isophthalsäure, alkylsubstituierte oder halogenierte Terephthal- und Isophthalsäure s Uitroterephthalsäure, 4S4f-Diphenylether-
5*4.1979 - 7 - AP D01P/209
dicarbonsäuren 4s4t-Diphenylthioätherdicarbonsäure, 4,4'·» Diphenylsulfondicarbonsäure, 4,4'-Bipbenylalkylendicarbonsäure, lTaphthalin~2,6-»dicarbonsäu.re, Cyclehexan~1 ,4»di~ carbonsäure und Cyclobexan-I?3-dicarbonsäaree Typische} für die Herstellung dieser Homo- und Copolyester geeignete Diole bzw. Phenole sind: Äthylenglykolj Diäthylenglykol, 1,3-3?ropandiol, 1,4-Butandiol f 1,6™Hes;andiol, 1 1 8-Octandiol s 1,'10-Decandiol, 1s2~Propandiol, 2?2-Dimetbyl-1,3-propan-diol, 2i.2s4'~l1rinietbylhe2iandiol8 p-Xylendiol, 1,4-CyCIohexandiol, 1$4~-Cyclohexandim.etbaiaol and Bisphenol Ae
Bevorzugt sind Polyester and Copolyester der Terephthalsäure s insbesondere Polyäthylenterepbtbalat«
Die erfindungsgersäßen Polyesterfasern haben· ein stabiles und gut benetzbares Mikroporen-System von beträchtliohem .Ausmaß« wobei die Mikroporen offen, deb. sowohl untereinander als.auch mit der !Faseroberfläche verbunden sind« Der Begriff "Mikroporen" wird in der Literatur nicht einheitlich gebrauchte Im folgenden werden darunter Poren mit Radien von weniger als 30 ma (300 .S ) verstanden. Sie sind im Gegensatz au Makropor-en mit Radien y 30 nia. mit einem Lichtmikroskop nicht meine und elektronenmikroskopisch nur mit spezieller Präparationstechnik nachweisbar^ Geeignete Charakterisierungs-Methoden sindi die Kapillarkondensation 5 -Röntgenbeugung, Quecksilber-Porosiraetrie und schließlich Dichte-Messungen verbunden mit der Mikroskopie,,
Die Kapillarkondensation ist eine sehr wichtige Meßmethode für das vorliegende Porensystern.. Gleichzeitig ist sie auch Grundlage für die praktische Nutzung des Porensystoms,-
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insbesondere im Bereich der Tragehygiene,
Wacb dem Helmholtz-Thomson'sehen Gesetz setzt bekanntlich. Kapillarkondensation durch eine benetzende Flüssigkeit in einer Kapillaren mit dem Krümmungsradius r dann ein, wann der Partialdruck des Flussigköitsdampfes größer ist als Pr$ wobei gilt
P2,-
RTj , r
P ·- Dampfdruck über einer gekrümmten Fläche mit
dem Radius r
P<*» -Dampfdruck über einer ebenen Fläche M, ITo5 ~ Molgewicht, Oberflächenspannung und Dichte
der Flüssigkeit E = Gaskonstante T = absolute Temperatur
Zahlenmäßig ergibt sich,,, daß Kapillarkondensation von Wasser bei 20 C dann eintritt, wenn bei folgenden ,relativen Feuchten (rel*J?e) die unten angegebenen Kapillarradien r unterschritten werden und wenn vollkommene Benetzbarkeit vorliegts
% | 35 | 70 | 80 | 83, | »5 | 90 - | 93 | 97 |
(mn) | Λ | 3 | 4-, 7 | 6 | 10 | 35 |
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Um bei 90 % relativer Feuchtigkeit also bereits Kapillar™ kondensation zu erhalten, sind Kapillaren mit Radien von 10 mn. (100 Δ ) oder kleiner erforderlich« Bei nicht ideal guter Benetzung (Bandwickel ß größer als 0°) ist die o*ae !Formel folgendermaßen z-u erweitern;
Pr M 2 B: cos ß
(Gl0 2)
P00 RT 5 ... r
Es sind dann entsprechend kleinere Radien erforderlich, um Kapillarkondensation zu erhalten« Beispielsweise beträgt bei unmodifizierteni Polyester und Wasser der Benetzungs« winkel ca. 80° (TcHe Grindstaff, Text« Ees.. J. (I969) Seite 958) und damit cos ß = 0s2* Daraus folgtf daß bei unveränderter Benetzbarkeit nur dann Kapillarkondensation eintritt, vjenn die Radien der Poren um den Faktor 5 kleiner sind als die oben angegebenen Werte, Bei überhaupt nicht benetzenden Flüssigkeiten (ß = 9O0 oder 90°έ ß £ 180°) gibt es keine Kapillarkondensation„
Die Kapillarkondensation wurde in der vorliegenden Erfindung erstmals bswußt zur Verbesserung der Hydrophilie von synthetischen Pasern eingesetzt,. Verglichen mit der üblicherweise genutzten Adsorption Z4B, unter Hydratbildung ergeben sich außer der beträchtlichen Adsorptionsmenge noch weitere positive Effekte, Z0B, hohe Adsorptions- und Desorptions~Geschwindigkeits zunehmende Adsorption mit steigender Temperatur t keine Quellung und damit ein weitgehend "trockener" Griff und schließlich keine ungünstigen Wärmeeffekte=
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Bezüglich Kapillarkonaensation wird im übrigen auf Lehrbücher der Physik and der physikalischen Chemie verwiesen, beispielsweise auf Be Brdicka, Grandlagen der Physikalischen Chemie, 11. Auflage, Seiten 551 bis 553? YjSB Deatscber Verlag der Wissenschaften, Berlin 1972·,'auf H0 Pranke, Lexikon der Physik, 3, Auflage, Seiten 776 bis 779, Frankh'sche Verlagshandlang Stuttgart und auf E* Manegold, Kapillarsystemes Band 1 (Grundlagen) 1955)$ Straßenbau, Chemie und Technik Verlagsgesellschaft mbH, Heidelberg.
Mikrohohlräume können ferner mit Hilfe' der kontinuierlichen Röntgenkleimvinkelstreuung nachgewiesen werden. Normalerweise werden bei der Charakterisierung von Chemiefasern durch Röntgenkleinwinkelstreuung die diskreten Kleinwinkelreflexe verwendet. Diese haben ihre Ursache in der periodischen Abwechslung kristalliner und amorpher Bereiche innerhalb der Probe« Je nach der gegenseitigen Anordnung dieser Bereiche erhält man ein Zweipunkt- oder ein Vierpunktdiagramnie Polyesterfasern mit nichtperiodisch angeordneten Bereichen abweichender Slektronendichte ergeben neben diesen diskreten Kleinwinkelreflexen noch e ine kontinuierliche Kleinwinkelstreuung« Handelt es sich bei diesen Bereichen abweichender Elektronendichte um Hohlräume, so erhält man eine starke Kleinwinkelstreuung. (Zu Einzelheiten hierzu sei auf die unten angegebene Literatur verwiesen). Die erfindungsgemäßen hydrophilen Polyesterfasern zeigen eine derartige starke kontinuierliche Kleinwinkelstreuung,»
Durch quantitative Ausweitung der Kleinwinkelstreuung läßt sich das Porensystem der erfindungsgemäßen hydrophilen Polyesterfasern noch genauer charakterisieren«, Im Falle kugelförmiger Mikro hohlräume erhält man eine isotrope Klein·™
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winkelStreuungV Aus der Winkelabhängigkeit der Intensität der kontinuierlichen Kleinwinkelstreuung läßt sich der Radius dieser Kugeln ermitteln«, Im Falle nichtkugelförmiger Mikrohohlräume, die in der Probe eine Vorzugsrichtung haben j erhält man eine anisotrope kontinuierliche Kleinwinkelstreuung, wobei aus der Anisotropie Aussagen über die Orientierung dieser Hohlräume in der Probe gemacht werden-können» Auch hier kann aus der Winkelabhängigkeit der Intensität der kontinuierlichen Kleinwinkelstreuung der Querdurchmesser dieser nicbtkugelförmigen Hohlräume ermittelt werden. Vergleicht man verschiedene Proben mit gleichartigen Hohlräumen, so erhält man aus der Intensität der kontinuierlichen Kleinwinkelstreuung eine Aussage über die relative Anzahl der Hohlräume dieser Probeo
Bezüglich der Theorie, der Messung und der Auswertung der Köntgenkleimvinkelstreuung wird auf die Fachliteratur verwiesen, beispielsweise auf Zahn und .Winter, Kolloid-Zeitschrift 128 (1952), Seiten 142-153$ He Kiessig, Kolloid-Zeitschrift 1,52 -(1957) s Seiten 62-74, 0Φ Kratky, Angew. Chemie 2.2 (1960), Seiten 467-482 sowie auf V0 Hochmann, Paserforschung und Textiltechnik.22. (1976), Heft 8> Zeitschrift für Polymerforschung, Seiten 417-424? .A0 Guinier^ X-Ray Diffraction j H0W6 Freeman and Companys San Francisco
1963« - '
Ein weiteres, die erfindungsgemäßen Polyesterfasern charakterisierendes Merkmal ist das Porenvolumen· in Abhängigkeit vom Porenradius«, Es kann sehr einfach mit einem Quecksilber-Porosimeter bestimmt werden* Hierbei werden Poren mit Radien zwischen 5 nm und 50 000 nm erfaßt, also sowohl Mikro- als auch Makroporene
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oh der Theorie, der Durchführung und der Auswertung cksilber-Porosimetrie wird ebenfalls auf die Fachur verwiesen, beispielsweise auf H. Jüntgen und uger,-Chenu Ingo~Techne 38 (1966), Seiten 1271-1278 '. Wagner, Chemiefasern 8-67 (1967), Seiten 601-606.
hweis des Porensystems kann auch die Dichtiaessung zogen werden« Bei Vorhandensein eines Porens.ystems Probe erhält man bei der üblichen Dichtemessung a Gradienten aas z,B, Tetrachlorkohlenstoff und unter der'Voraussetzung, daß die Gradienten-Flüssigcht in das Porensystem. eindringen kann» ζβB6.weil außen abgeschlossen ist oder weil die Porenwände ie Gradienten-Flüssigkeit nicht benetzbar sind, h niedrigere Dichtewerte als sie dem reinen, poren-Polymeren entsprechen«, In diesen Fällen läßt sich ^htemessungen das Gesamt-Porenvolumen errechnen* zug des durch mikroskopische Messungen erfaßbaren lumens erhält man das Porenvolumen der mikroskopisch ichtbaren Porene
,abnisse der vier Meßmethoden, nämlich Röntgenklein-•treuung, Quecksilber-Porosimetrie, Kapillarkonden-(Adsorptionsisotherme) und Dichtemessung liefern xeuchsfrei den Beweis, daß die erfindungsgemäßen ein von außen zugängliches, durch Wasser gut be« .;'es Porensystem von beträchtlichem Ausmaß besitzen, Porenradien hauptsächlich weniger als jO nm betragen.
lin ist für die erfindungsgemäßen Polyesterfasern die . nz der hydroTihilen Eigenschaften charakteristische \e der vorliegenden Erfindimg wird das Porensystem
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dann als stabil bezeichnet5 wenn es mindestens gegenüber einer Wäsche und einer nachfo3„g enden Trocknung in Luft von 10O0G beständig iste Hierbei handelt es sich um Mindestanforderungen j das Porensystem der θrfindungsgemäßen Fasern ist jedoch wesentlich stabiler; Es ist gegenüber den üblichen Gebrauchs- und Verarbeitungsbedingungen? wie Te'iiturierens Heißliiftf ixieren, ζ «Β« eine Minute bei 1900Gs sowie Hochtamperaturwäschen und -färben, ζοΒβ einer Stunde bei 120 O5 einschließlich einer Heißlufttrocknung bei 120 C/3 Minuten, sowie einer Kochwäsche beispielsweise bei 100 C und 60 Minuten in Gegenwart von 5 g Waschmittel pro Liter j und unter den Trockenreinigungsbedingungen stabile Ebenso stabil, d.h. ebenfalls im wesentlichen unverändert bleiben die durch das Porensystem bedingten hydrophilen Eigenschaften der erfindungsgeinäßen Polyesterfasern. Nach Durchführung der oben erläuterten Messungen können die erfindungsgemäßen Polyesterfasern wie folgt durch ihr Porensystem und durch ihre hydrophilen Eigenschaften beschrieben werden«
Wie bereits oben gesagt, können die erfindungsgemäßen Polyesterfasern bei 400C und 92 % relativer Luftfeuchte mehr als 2 Gewichtsprozent Feuchtigkeit aufnehmen«, Diese Gssamt-3?euchtigkeitsaufnähme der erfindungsgemäßen hydrophilen Polyester setzt sich im. wesentlichen aus der für unmodifi«= zierten Polyester üblichen Peucntigkeitsaufnabiae von ca, 0j5 % und der durch Kapillarkondensation bedingten Feuchtig ke it sauf η ahme ζ us amme η β Dei1 Anteil der durch Kapillarkondensation bedingten Feuchtigkeitsaufnähme beträgt wenigstens 25 % der Gesamt-Feuchtigkeitsaufnähme, ist also bei einer geringen Ge samt «-Feuchtigkeit sauf nähme vergleichsweise niedrigj zeBe 25 %, und bei einer hohen Gesamt-Feuch-
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tigkeitsaufnähme vergleichsweise hoch, Z4B, 95 %'* Vorzugs~ weise beträgt er 70 % der Gesamt-Feuchtigkeitsaufnähme.
Die erfindungsgemäßen hydrophilen Polyesterfasern besitzen bei 4O0O und 92 % relativer Luftfeuchte eine Feuchtigkeitsauf nähme bis au 25 Gewichtsprozente Bevorzugt sind Polyester mit einer Feuchtigkeitsaufnahme von 5 "bis 15 Gewichts·» Prozente Derartige Produkte lassen sich ohne-Schwierigkeiten verarbeiten und besitzen ausgezeichnete textile,Eigenschaften. Auch die erfindungsgemäßen Polyesterfasern mit einer Feuchtigkeitsaufnahme bei 40 G und 92 % relativer Luftfeuchte von 15 bis 25 Gewichtsprozent lassen sich ebenfalls ohne größere Schwierigkeiten herstellen, insbesondere im Falle gröberer Titer° infolge ihres vergleichsweise hohen Porenvolumen besitzen sie allerdings· entsprechend geringere Festigkeiten«
Die scheinbare Dichte der Fasern liegt unter 1350 kg/cnr, vorzugsweise im Bereich von IO5O bis 1150 kg/m»
Vorzugsweise besteht das Porensystem der erfindungsgemäßen Polyesterfasern aus Mikro- und Makroporen„ Die Radien der Mikroporen liegen unter 30 ma, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 15 nme Die Eadien der Makroporen .'können im Bareich von 100 bis 3OOO -nm liegen,». Das Volumen der Mikroporen beträgt -mehr als 0„04 cm-/ge Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Fasern Mikroporen, deren Radien im Bereich von 5 bis 15 um und deren Volumen im Bereich von OjO4 bis 0j15 car/g liegen» Das Volumen der Makroporen kann im Bereich von 0s01 bis 0?10 cnryg liegen,. Produkte
3 mit einem noch größeren Porenvolumen 9 und zwar bis 0^5 cnr/g sind ebenfalls herstellbar; sie kommen für solche Anwen-
5.4.1979 15 - AP D01.F/209 660
dungsbeispiele in Betracht, wo keine odex nur eine geringe Faserfestigkeit erforderlich ist*
Sowohl die Mikro™ als auch die Makroporen der erfindungsgemäßen Polyesterfasern sind offen, dehe sie sind sowohl untereinander als auch mit der Faseroberflache verbunden,,
Die erfindungsgemäßen Polyesterfasern "besitzen vorzugsweise nichtkugelför-üiige Mikroporen, ihre Längs ab nies sung ist ein Vielfaches der Querabmessung« Der Hauptteil dieser nichtkugölförmigen Poren ist parallel zur Faserachse orientiert«
Charakteristisch für die erfindungsgemäßen Polyesterfasern ists daß die Wände des Porensystems mit Wasser gut benetzbar sindο Diese spezielle Beschaffenheit der Poronwände ist ebenso wie das beschriebene Porensystem ursächlich flij: die hydrophilen Eigenschaften der erf indungsgemäßen Polyesterfasern«,
Die erfindungsgemäßen Produkte besitzen - verglichen mit den üblichen Polyestern - eine überraschend hohe Peacht igkeitsaufnähme« In der nachstehenden Tabelle sind einige Vierte für eine normale Polyathylenterophthalat-Faser, für eine unter Verwendung von 10 Gewichtsprozent KaliumaluminiuiRQxalat (K^Al(CpO21)^J) hergestellte eriindungsge»» mäße Polyäthylenterephthalat-Faser sowie für Wolle angegeben* Die Messungen wurden nach DI3J 54 201 durchgeführt, und zwar bei den Konstantklimaten 200C/65 % rol«. Luftfeuchte (Normalklima gemäß DIK 50 014), 200C/92 % rel„ Luftfeuchte, 340C/92 % rel. Luftfeuciate und 400C/92 % rel. Luftfeuchte (feuchtwarmes Konstantklima gemäß J)TE 50
5.A-. 1979
AP D01F/209
Feuchtigkeitsaufnähme (in Gewe-$>)
„Faserart
Klima
Normaltype
20uC/65 % 200C/92 % 340C/92 % r.L.P1 400G/92 % r.L.P.
Polyäthylenterephthalat
Erfindungsgemäße Type
Wolle
Die Tabelle zeigt folgendes?
Ira konditionierten Zustand besitzen die erfindungsgemäßen Polyesterfasern sowohl bei Normalklima 200C/65 % relativer. Luftfeuchte als auch bei höheren Temperaturen und bei höheren relativen Luftfeuchten eine wesentlich höhere Feuchtigkeitsaufnähme als die normalen Polyestertypen« . Hierbei ist für den Bereich der Tragehygiene weniger die absolute Feuchtigkeitsaufnahme von Interesse, als vielmehr die Differenz der Feuchtigkeitsaufnahme bei 20 C/65 % rel«, Luftfeuchte und bei dem Konstantklima 340C/92 % relativer Luftfeuchte« Das Konstantklima 34°C/92 % relativer Luftfeuchte entspricht nämlich dem hautnahen Körperklima an der oberen Grenze des Bebaglichkeitsberei~ cheSj und die Differenz der Feuchtigkeitsaufnähme.entspricht demzufolge dem Feucbtigkeitsaufnahmevermögen des Textilmaterials während des Tragens bis zur Grenze des Behaglicbkeitsbereiches. Bei der Polyäthylenterepbthalat-Normaltype beträgt die Differenz.nur 0s2 %f bei den er-
5.4.1979 - 17 - AP D01F/209
findlingsgemäßen hydrophilen Polyesterfasern hingegen 75O %· Es wird also ein gleichgroßer Wert wie bei Wolle erhalten,, Im Gegensatz zu den hydrophilen Polyesterfasern nimmt "Wolle mit steigender Temperatur weniger Feuchtigkeit aufa Dieser Effekt wirkt dem Tragekomfort des Textilmaterials insofern entgegen, als mit steigender Hauttemperatur und somit steigender Transpiration das Textilmaterial mehr und nicht weniger Feuchtigkeit aufnehmen sollte«
Sine weitere wichtige Eigenschaft der erfindungsgemäßen Fasern ist ihr hohes Wasserrückhaltevermögen. Im Gegensatz zur Feuchtigkeitsaufnahme j welche im wesentlichen durch das Mikroporensystem "bestimmt wird, hängt das Wasserriickhsl te vermögen sowohl von der Mikro~ als auch von der Makroporenstruktur ab* Das Wasserrückbaltevermögen wird üblicherweise nach DlN 53 814- bestimmtί Eine bestimmte Menge des zu untersuchenden Materials wird unter Verwendung eines ITÖtzmittels vollständig mit Wasser getränkt und dann in einer Zentrifuge unter genau definierten Bedingungen geschleudert« Die geschleuderte Probe wird gewogen, getrocknet und wieder gewogen« Die Differenz der beiden Gewichte ist das nach dem Schleudern der Probe zurückgehaltene Wasser* Normaler Polyester besitzt in der Hegel ein Wasserrückhaltevermögen von ca« 2 bis 5 %t ^ie erfindungsgemäßen Fasern von 10 bis 50 %? vorzugsweise von 20 bis 30 % and die bekannten5 durch lösungsmittelinduzisrte Strukturänderung erhältlichen Polyester von cao 8f5 %„ Das Wasser™ rückhaltevermögen ist ebenfalls für die Gebrauchseigenschaften von Textilien von entscheidender Bedeutung: Baumwolle und Wolle besitzen ein Wasserrückhalteverniögen von Ca0 40 bis 50 %» so daß also die erfindungsgemäßen Fasern diesbezüglich die Eigenschaften der genannten Natur=-
5.4.1979
- 18 - AP DO1F/2O9 660
fasern erreichen. Hierbei ist zu. berücksichtigen, daß Wolle und Baumwolle bereits beim Lagern 8 bis 15 % Feuchtigkeit'
aufgenommen habenβ
Eine weitere, für den Tragekomfort wichtige Eigenschaft von Textilmaterialien ist die Feuchtfühlgrenze. Sie gibt an j bei welchem Feuchtigkeitsgehalt (in %) sich eine Textilprobe feucht anfühlt«,.
Es wurden zwei Verfahren angewandt, um, die Feuchtfühlgrenze zu bestimmen„ Einerseits geht man von getrockneten Textiiprobens z»Be Flachstrickstücken aus und setzt diese einem zunehmend feuchteren Klima aus« Andererseits geht man von Textiiproben aus, die entsprechend dem Verfahren zur Bestimmung des Wasserrückhaitevermögens (DIlT 53 814·) angefeuchtet und dann im Normalklima (200C und 65 % rel. LeFe) getrocknet werden« In beiden Fällen fühlen währenddessen mindestens 4- Personen, ob die Strickstücke sich so feucht bzw. trocken anfühlen, daß sie ein Unterhemd daraus nicht mehr bzw. gerade nun anziehen würden» Die Feucbtfühlgrenze von normalem Polyester liegt bei cae 0,4· %f von Wolle bei oa. 19 % und von Baumwolle bei ca, 8 %e Bei den erfindungsgemaßen Fasern liegt die Feuchtfühlgrenze bei ca« 7 bis 11 %0 Praktische Konsequenz ist, daß Textilien aus unmodifi ziert ein. Polyester nur cao 0,1 Gewichtsprozent Feuchtigkeit aufnehmen, wenn sie nach einer Lagerung bei Normalklima bis zur Feuchtfühlgrenze angefeuchtet werden, Textilien aus Wolle nehmen unter diesen Bedingungen ca* 4 Gewichtsprozent Feuchtigkeit auf, Textilien aus den erfindungsgemäßen Polyesterfasern jedoch ca6 8 Gewichtsprozent«
5.4.1979 - 19 - AP D01F/209 660
Auch hinsichtlich der Feuchtigkeitsabgabe besitzen die erfindungsgemäßen Fasern aasgeseichnete Eigenschaften. Die Peuchtigkeitsabgabe charakterisiert den zeitlichen Verlauf der Feuchtigkeitsabgabe einer zuvor nach DIIT 53 184 angefeuchteten Probe im Normalklima 200C und 65 % relativer Luftfeuchte« Hier ist insbesondere die Zeitspanne bis zum Erreichen der Feuchtfühlgrenze von Interesse«, Diese Zeitspanne vorha.lt sich bei normalem Polyethylenterephthalats erfindungsgeraäßem hydrophilen Polyester, Wolle und Baumwolle etwa wie 1 : 2 : 2j5 : 3s ^a s heißt also, daß bei den erfindungsgemäßen hydrophilen Polyestern im Verlaufe des Trocknens der1 Zeitpunkt, nach welchem sich das Textilmaterial trocken anfühlt, rascher erreicht wird als bei V/olle oder Baumwolle 0
Neben den oben abgehandelten, die Hydropbilie betreffenden Eigenschaften5 besitzen die erfindungsgemäßen Pasern auch ausgezeichnete textile Eigenschaften, die sich durchaus mit jenen der normalen Polyester-Typen messen lassen. Die erfindungsgemäßen Pasern lassen sich in den. üblichen Titern herstellen und besitzen beispielsweise folgende textlien Eigenschaftens
5.4.1979
AP
Titer (dtex) Dehnung (%) Festigkeit Bezugskraft bei 10 % Dehnung (EF/)
erfindungsgemäße hydrophile Poly- " äthylenterephthalat-Faser
3,3 45 33
normale Polyäthylenterephthalat-Paser
3,3
40
42 12
Auch die Anfärbbarkeit der erfindungsgemäßen Fasern ist sehr gut. T^ie zu erwarten, ist die Geschwindigkeit der Farbstoffaufnähme bei den erfindungsgemäßen Polyesterfasern höher als bei den normalen Polyesterfaser-Typen» Um eine vergleichbar tiefe Änfärbung zu erzielen, ist bei den erfindungsgemäßen hydrophilen Polyesterfasern wie bei den bisher bekannten makroporösen Polyestern die benötigte Farbstoffmenge größer als bei den normalen Polyesterfaser-Typen»
Die hydrophilen Polyesterfasern lassen sich nach einem besonders geeigneten Verfahren in der Weise herstellens daß man eine Polyestermasse, welche 1 bis 20 Gewichtsprozent eines oder mehrerer Qxalatokomplexe der allgemeinen Formel . . .
Ife
enthält, verspinnts den erhaltenen Faden verstreckt und bei' Temperaturen im Bereich von 90.bis 17O0C in Gegenwart von flüssigem Wasser bydrofixierts wobei bedeuten?
5 .-A-. 1.979
21 ~ AP D01F/209
Me :'wenigstens eines der Ionen Li, Na, K, Eb, Cs oder
Z : wenigstens ein koraplexbildendes Zentralatom aas der Gruppe Mg5 Ca9 Sr, Ba, Zr, Rf5 Ce, V, Cr, Fm., Pe5 Co, ITi5 CUj Zn5 Cd, B5 Al5 Ga5 In, Sn, Pb und Sb
η ι ve 1,ί^2,ί2?3 oder?s4 m ί Ρ® 2 j55» 3 oder r;^·!-e
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benötigten ein oder mehrere Oxalatokomplexe enthaltenden Polyester sind in der Patentanmeldung P 26 28 964·ο5-43 ausführlich beschrieben«. Sie werden in der Weise hergestellt, daß man ein oder mehrere Oxalatokomplexe in üblicher Weise in die Polyestermasse einbringt«, In Betracht kommen hierfür ueae Verfahrensweisen, wonach der Oxalatokoniplex bereits während der Umesterung oder der Polykondensation den Polyester-Ausgangs™ stoffen zugesetzt und auf diese V/eise homogen im. entstehenden Polyester dispergiert wird«, Eine weitere Möglichkeit der Einarbeitung besteht darin, die Polyestermasse aufzuschmelzen, mit dem Oxalatokomplex zu vermischen und anschließend zu Granulat zu verarbeiten und direkt zu. verformen« Eine andere Möglichkeit besteht darins daß man den feinverteilten Oxalatokoniplex auf das Polymergranulat aufpudert und zusammen mit diesem verarbeitet»
Bezüglich der -Oxalatokomplexe und deren Herstellung wird auf K0V4, Krishnamurty und G01M0 Harris in Chemical Reviews, VoI0 51 (1961), Seiten 213 "bis 246 verwiesen» Die Anzahl der Liganden, beträgt in der Segel 1, 2 , 3 oder 4, die Ladung des K.ompleixanions -1, ~2, ~3» "4 oder --5 und die Anzahl der Zentralatome 1, wobei die Anzahl der Liganden und die Ladung, des Komplesanions durch die Koordinations-
- 22 - AP D01F/209
zahl und die Ladung des Zentralatoms "bestimmt sind» Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden unter Oxalatokoiaplexen mit Kom.plexan.ionen vom. Typ Tz(C2O^) j ~*Θ nicht nur jene Verbindungen verstanden, deren Zusammensetzung exakt stöchiometrisch ist, sondern auch solche Verbindungen, bei denen die Werte für m und -θ nach oben oder unten von ganzen Zahlen abweichen» Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein kleiner Teil der Oxalatoliganden durch andere Liganden ersetzt ist«, Derartige Verbindungen können dadurch entstehen, daß bei oder nach der Synthese der .Oxalatokomplexe Fremdliganden in das Komplexanion eingebaut bzw« ausgetauscht werden» Das gleiche gilt dement"» sprechend auch für das Zentralatom, dehe mitumfaßt im Sinne der vorliegenden Erfindung sind auch solche Oxalatokomplexe, deren kationischer Bestandteil nicht streng stöchiometrisch zusammengesetzt ist» Auch hier kann also der Wert für das Zentralatom von einer ganzen Zahl-abweichen. Dies .wird dann der Fall sein, wenn ein Teil des.Zentralatoms durch ein anderes Zentralatom mit einer anderen Koordinatiönszahl oder einer anderen Wertigkeit ersetzt wird«, Derartige Abweichungen von der exakten .Stöohiometrie sind in der Komplexchemie bekanntlich häufiger anzutreffen und dem Fachmann wohl νertrautβ
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden Polyestermassen können auch gemischte Oxalatokomplexe enthalten , welche statt der stöchiometrischen Menge eines Zentralatoms die entsprechende Menge unterschiedlicher Zentralatome aufweisen. Selbstverständlich können die Poly·» esterniassen auch Gemische: verschiedener einheitlicher oder gemischter Oxalatokomplese enthalten*
5-. 4.1979 - 23 - AP D01F/209
33a die Werte für h und m von ganzen Zahlen abweichen können,.wurde in der Formel,das Zeichen & gewähltβ
Vorzugsweise werden beim erfindungsgemäßen Verfahren Polyester eingesetzt5 welche einen Oxalatokomplex mit einem oder mehreren der Zentralatome Mg, Ba, Zr, Pe5 Co, Cu., Zn5 Al, Sn5 Cr und Sb enthalten. Bevorzugte Polyester enthalten einen Alkali~Aluniiniura.-OxalatokorD.plex der allgemeinen Formel
0 TlI(G2O11)O] oder Me £Δ1(C2O^)2I , insbesondere
[Al(C0O,,)ol j oder die Dxalatokomplexe
«» c. 4· j) Js
[Zn(C2O^)3] , K4[Zr(C2O^)4], K3 [Or(O2O4)3] ,
K3 [> (C2O4) 3 J , K3 Γ Sb (C2O4) 3] , K2 [ Mg(C2O4) 2] ,
, K2 [zn(C204)2] , K
Die Verbindungen sind komplexe Lithium-, Natrium-, Kalium-, Eubidium-, Caesium--, Ammonium-Aluminiumdioxalato- bzw, Aluminiumtrioxalatosalze mit koordinativ vier- bzvj, sechswertigem Aluminiumatom, Sie sind bekannt und werden in einfacher Weise durch Fällung aus-wäßrigen Losungen ihrer Komponenten, beispielsweise durch Umsetzung einer Aluminiumsulfatlösung mit einer Lithium-»,' Natrium-, Kalium-, Rubidium-, Caesium- bzwe Aiüraoniumoxalatlösung erhalten,. Bezüglich der Herstellungsverfahren und der Eigenschaften dieser Komplexsalze wird auf Gmelins Handbuch der Anorganischen Chemie, 8e Auflage5 "Aluminium", Teil B Lieferung 1„ Verlag Chemie GiBbH Weinhoim, Bergstro I933 verwieseno Ein weiteres, für die Herstellung des Kalium-Aluininiumtrioxalatsalzes geeignetes Verfahren 5 wonach frisch gefälltes Aluminiumhydroxid, mit einer wäßrigen Lösung von Kaliumhydrogenoxalat behandelt
5.4.1979 24 - AP DOIF/2O9 660
wird, ist in Inorganic Synthese, VoI41 I, McGraw-Hill Book Comp*, Inc., Hew Xork und London 1939» Seite 36, beschrieben» Von den Oxalatokomplexen mit anderen Zentralatomen sind die meisten der erfindungsgemäß anzuwendenden Verbindungen ebenfalls bekannt und ausreichend beschrieben« Sie können durch Umsetzung eines Salzes des Zentralatoms mit Älkalioxalat erhalten werden* Geeignete Verbindungen des Zentralatoms sind Z0B0 Sulfate, Chloride, Hydroxide, Acetate, Carbonate und Oxalate. Bezüglich näherer Einzelheiten der Herstellung dieser Komplexe wird auf folgende Literaturstella verwiesen;
DePe Graddon, J. Inorg. & Uucl. Chem, 1956, VoI0 3, Seiten
308-322
Bailar et al« Inorg. Syntheses, Band I, Seite 36
K.V6 Krishnamurty et al«,-, Cheme Ee ν * 61 (1961), Seiten 213-
Oxalatokomplexe, deren Herstellung in den zitierten Publikationen nicht explizit beschrieben' wird, können analog hergestellt werden. Selbstverständlich gilt auch hier, daß die Anzahl der Alkali- und Erdalkaliatome, dehe die Größe von η ' sowie die Größe von m durch die Wertigkeit des Z-entralatoms bestimmt wird und daß die Erfindung auch die Verwendung solcher Verbindungen umfaßt, deren Zusammensetzung nicht exakt stöchiometrisch im Sinne der oben angegebenen Formel ist, d.h. also auch solche Verbindungen, bei denen die V/er te für η und m nach oben oder unten von ganzen Zahlen abweichen.
Das Schmelzspinnen und das Verstrecken der beim erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden Oxalatkomplex haltigen
5.4.1979 - 25 - AP D01F/209
Polyester erfolgt unter den bei Polyester.üblichen Bedingungen und in den üblichen Vorrichtungen.
Das Ausmaß und die Stabilisierung der hydrophilen Eigenschaften erlangen die Polyester beim erfindungsgemäßen Verfahren durch die Hydrofinierung unter bestimmten Bedingungen» Die Hydrofixierung wird in Gegenwart von. flüssigem Wasser bei Temperaturen im Bereich von 90 bis 1700C durch™ geführts vorzugsweise im Bereich von 120 bis 1400C0
Es ist erfindungswesentlich j daß die Fasern vor der Hydrofixierung weder einer Heißluftbehandlung über 1200C, also z,B. einer Stabilisierung, Heißluftfixierung oder Texturierung noch einer Wäsche bei Temperaturen unter 90 C mit anschließender Heißlufttrocknung ausgesetzt werden« Produktes welche nicht erfindungsgemäß hydrofixiert? sondern der oben-genannten Heißluftbehandlung oder Wäsche unterworfen werden, besitzen eine deutlich und bis zu etwa einem Drittel geringere Feuchtigkeit sauf nähme als die erfindungsgemäßen Produkte«, Dies gilt ebenso für das Wasserrückhaltevermögenβ Produkte, welche zuvor der obengenannten Heißluftbehandlung oder Wäsche ausgesetzt; und anschließend hydrof ixiert warden/besitzen nur noch geringe hydrophile Eigenschaften«, Hieraus wird ersichtlich, daß der Zeitpunkt , der Hydrof ixierung j dch* die !Reihenfolge von Verstrecken, Hydrofixieren und den üblichen thermischen Behandlungen, wichtig ist« .
Auch die Hydrofisier-Teciperatur hat einen entscheidenden Einfluß auf die hydrophilen Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Polyester. Mit steigender Hydrofixier~ Temperatur steigen sowohl die Feuchtigkeitsaufnähme als auch
5Λ.1979
- 26 ~ AP DOIP/2O9
C-
das Wasserrückhaltevermögen« Wird die Hydrofinierung bei Temperaturen unterhalb 9O0C durchgeführt t besitzen die Produkte eine vergleichsweise geringe Feuchtigkeitsauf~ nähme und ein ebenso geringes Wasserrückbaltevermögen„
Ohne wesentlichen Einfluß auf die Feuchtigkeitsaufnahme der orfindungsgemäßen Produkte erwiesen sich die Dauer der Hydrofinierung innerhalb von einigen Minuten bis zu einer halben Stunde und die Schrumpfungsmöglichkeiten der Faser während des Pixier-Prozesses, d„he also, daß die Fixierung der erfindungsgemäßen Fasern sowohl ohne Spannung 5 zeBe an der Stapelfaser oder am laufenden spannungslosen Faden, als auch unter Spannung bis zur Schrumpf spannung j zum Beispiel auf der Spule s durchgeführt werden kann. Das Wasserrückhaltevermögen und das YoIunten der Makroporen werden aber dadurch deutlich beeinflußte Wenn die Faser frei schrumpfen kann, werden -. verglichen mit einer Hydrofinierung unter Schrumpf ~- spannung - deutlich höhere We 22t e erhalten.
Verfahrenswesentlich ist, daß die Hydrofinierung bei den angegebenen Temperaturen in Gegenwart von flüssigem Wasser durchgeführt wird,, Hierbei ist es erforderlich t daß das zu hydrofixierende Material mit dem flüssigen Wasser in Berührung gebracht wird* Vorzugsweise beträgt die Menge des flüssigen .Wassers mehr als 100 Gewichtsprozent, bezogen auf das zu hydrof ixierende Material» Es ist darauf z-u achten^ daß das Wasser möglichst gleichmäßig auf bzw«, in dem Material verteilt "ist. Das Wasser kann beispielsweise durch Eintauchen des Materials in Wasser und anschließendes Abtropfenlassen oder durch Besprühen des Materials aufgebracht werden»
5.4.1979 - 27 - AP D01F/2Q9
Es.ist nicht erforderlich, daß das Eydrofi:xiermsdium nur aus Wasser-"besteht«, Es kann auch Zusätze in kleineren oder größeren Mengen, wie zcB. wasserlösliche Salze oder mit Wasser mischbare Flüssigkeiten, enthaltenβ Zusätze, welche den Siedepunkt des Wassers erhöhen, können "beispiels weise dazu dienen, die Hydrofinierung unter den genannten Temperaturen bei niedrigeren Drücken durchzuführen«,
Es ist besonders vorteilhaft, die Hydrofinierung während einer unter den angegebenen Bedingungen durchzuführenden Hochtemperatur-»]?ärbung oder -Weißtönung vorzunehmen. Zuvor sind jedoch ~ wie bereits oben dargelegt - Heißluftbehandlungen über 1200C und Waschen unter 90°C za vermeiden, da sonst wesentlich schlechtere Ergebnisse hinsichtlich der Feuchtigkeitsaufnabme und des WasserrückhalteVermögens erzielt werden«
Es ist auch möglich, anstelle der Poly- baw« Copolyesterfasern aus einer einzigen Komponente eine Bikomponentan-Polyesterfaser einzusetzen,, Hierbei können der Mantel und der Kern der Easer ein unterschiedliches Polyester-Substrat und/oder unterschiedliche Oxalatokomplexe. und/oder unterschiedliche Mengen desselben enthalten» Vorzugsweise enthalten derartige Ausgangs-Bikomponentenfasern jedoch einen Mantel, der aus einem unmodifizierten Polyester besteht, beispielsweise aus' Polyalkylenterephthalat, und einem Kern aus einem Oxalatkomplex haltigen modifizierten Polyester,, Unterwirft man derartige Bikomponentenfaser, dem erfindungsgeiuäßen Verfahren, so erhält man .ebenfalls die erf indungsgemäikm Fasern. Erstaunlich ist, daß dies auch dann der Fall ist, vjonn der Mantel aus einem unmodifizierten Polyester besteht«, Die hierbei erhältlichen Produkte
- 28 - AP DOIP/2O9
zeichnen sieb dadurch aas, daß sie außen„glatter sind und einen GrIiT wie die normalen Polyestertypen besitzen,
Mr- dor vorliegenden Erfindung ist es nunmehr gelungen, einen neuen Polyester.;:.;.;;·;o.r-Typ herzustellen, welcher neben den Vorteilen der üb lic Lk-: :o Polyesterfasern auch die guten Eigenschaften, der Maturfa;:;·;-.cn. aufweist und in mancher Hinsicht die;se sogar übertrifft,, Besonders hervorzuheben ist j daß die Eigenschaften während der üblichen Weiterverarbeitung und während des Gebrauchs beibehalten werden.
Die erfindungsgemäßen hydrophilen Polyesterfasern .zeigen vorzügliche Gebrauchseigenschaften« Verglichen mit den normalen Polyester-Typen besitzen sie außergewöhnliche hydrophile Eigenschaften, die sich insbesondere durch die hohe Feuchtigkeitsaufnahmes die hohe Feuchtfühlgrenze und das hohe Wasserrückhaltevermögen bemerkbar machen«, Die Feuchtigkeitsaufnahme durch Kapillarkondensation erfolgt ohne Hydratationswärme. Demgegenüber findet bei der Wolle und bei der Baumwolle die. Feuchtigkeitsaufnahme auch durch Hydratation statt$ und diese ist mit einer positiven Wärmetonung verbunden. Das hat zur Folge, daß bei höherer Körpertemperatur und der hierdurch bedingten Transpiration die freiwerdende Hydratisierungswärme der Wolle bzw. der Baumwolle die Körpertemperatur erhöht«, Vorteilhaft gegenüber Wolle und Baumwolle sind die erfindungsgemäßen Polyesterfasern - wie bereits oben erwähnt - auch insofern, als sie bei steigender Temperatur auch steigende Mengen Feuchtigkeit aufnehmen köbnene Schließlich ist noch auf die hohe Geschwindigkeit der Feuchtigkeitsabgabe und auf den Umstand hinzuweisen, daß die erfindungsgemäßen hydrophilen Polyesterfasern durch die Feuchtigkeitsaufnahme nicht
5.4.1979
- 29 - AP DOiP/209 660
quellenβ Dös macht sich beim Trocknen des Textilmaterial positiv bemerkbare
Die Erfindung wird durch die folgenden Ausführungsbeispiele im einzelnen näher ©rläutert*
Beispiele 1 bis 4
Beispiele 1 and 2 Herstellung einer erfindungsgemäßen
a) Herstellen and Vermählen des Oxalatokomplexes;·
K_iiLl(Co0,,) '1 wurde in der von J.O. Bailar und E0M5. Jones in Inorganic Synthese I- (1939)? Seite 36 beschriebenen Weise hergBste3.lt. Das erhaltene Komplexsalz wurde anschließend 1$ Standen bei 15O0G und etwa 10 Torr getrocknet» Die Analyse von Proben, welche in verschiedenen Ansätzen erhalten wurden, lagen zwischen K0 pn
C. 5 O/
und K33
200 g des getrockneten Komplexsalzes wurden mit 400 g Ätbylenglykol etwa 2 Stunden in einer Per!mühle (Fabrikat PMl der I'1 irma Draiswerke, Mannheim) mit 410 g Quarzperlen eines Durchmessers von 1 bis 3 mm gemahlen* JMach der Mahlung betrug der Durchmesser der größten Komplexsalzteilchen in der Dispersion etwa 4 psx^ während die Hauptmenge der teilchen eine Größe von 1 /im besaßen« Anschließend wurden die Quaraperlen durch Filtration durch ein Sieb abgetrennt5 mit 200 ml iithylenglykol ge-.. spült und die Dispersion mit der Spüllösung verdünnt«, Durch Stehenlassen dor Dispersion während 72 Stunden
5.4.1979
- 30 - AP D01F/209
in hohen Standgefäßen wurden die Teilchen, die eine Größe von mehr als 2 pm besaßen, weitgehend abgetrennt (Sedimentation)„
600 g baw. 3OO g dieser verdünnten Dispersion mit einem Ko^l(C2O.)öl -Gehalt von 150 g bzw. 75 g wurden mit dem Umesterungsprodukt aus 1350 g Dimethylterephthalat und 1200 g Äthylenglykol bei einer Rübrgeschwindigkeit von 30 U/min und bei einer Temperatur von etwa 245 0 in das Polykondensationsgefäß überführt« Als Umesterungskatalysator dienten 15O ppm Zinkacetat, als Kondensationskatalysator 200 ppm Antimontrioxid. Das abdestillierte Äthylenglykol konnte ohne Reinigung für neue Kondensationen verwendet werden. Das Polykondensat enthielt 10 (Beispiel 1) bzw» 5 (Beispiel 2) Gewichtsprozent Ko[Al(CpO,.) ο i · · .
c)Verfprnmng_
lisa.
Das erhaltene Polykondensat wurde wie üblich zu Schnitzeln verarbeitet und 24 Stunden lang bei 125°C und 60 Torr getrocknetβ Die Schnitzel wurden bei 2960C (Spinnkopftemperatur) zu einem Filamentgarn mit einem Einzeltiter von 3?0 dtex und einem Gesamttiter von 150 dtex f 48 versponnen» Das Filamentgarn wurde im Verhältnis 1 : 4S2 verstreckt und anschließend verzwirnt«, Die textlien Daten des erhaltenen Materials entsprechen bezüglich Lichtbeständigkeit, Lichtechtheit und Lösungsviskosität weitgehend denen von üblichem Polyethylenterephthalat, welches unter den oben angegebenen Bedingungen ohne Zusatz eines Oxalatokomplexes erhältlich ist.
5.4.1979 & 6 O. - 31 - AP DOIF/2O9
Jeweils etwa I5 S c^s obigen Materials oder daraus hergestellter Strickstücke und 200 ml Wasser wurden zusammen in einem 270 ml großen druckbeständigen Gefäß in das auf 1400C vorgeheizte Linitest-Gerät gegeben,, Mach einer Verweilzeit von 15 Minuten wurde das Gefäß wieder herausgeholt und mit fließendem Wasser in 5 Minuten auf 60 bis 800C abgekühlte Nach dom Spülen mit destilliertem Wasser wurden die Textilien eine Stunde bei 100 C im Umluft-Trockenschrank .vorgetrocknet und dann für Messungen weitere 4 Stunden bei 1200C und 15 mb (20 Torr) bis zur Gewichtskonstanz getrocknet»
Beispiel 3· Herstellung einer unmodifizierten Polyäthylen-
Zu Vergleichsswecken wurde eine unmodifizierte Polyätbylen terephthalatfasor herangezogen, ^ie Polykondensation und die Verformung erfolgte in der unter Beispiel 1 b) bzw«, c) . "beschriebenen Weise«
Beispiel 4; Herstellung einer durch Dimethylformamid medi-»
Weiterhin wurde zu Vergleichszwecken eine Polyäthylenterephthalatfa'ser untersucht, welche nach dem. von H6-D. Weigraann et ale (1c) beschriebenen Verfahren durch eine Behandlung mit Dimethylformamid modifiziert wurde0 ^ie Probe wurde 2 Minuten lang bei 1400G ohne Spannung mit Dimethylformamid behandelt j anschließend'mit Wasser von Lösungsmittel befreit (15 Minuten bei 1000C) und dann an der Luft getrocknet«. Da die Autoren keine Trockentemperaturen angeben, wurde a) bei 20JG und b) bei 100 C getrocknet«
5*4.1979 - 32 - , AP D01F/209
Im folgenden -werden die porösen and hydrophilen Eigenschaften der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Faser tabellarisch (Tabelle 1) angegeben und den oben angegebenen Vergleichsfasern gegenübergestellte
Die Meßmethoden sind stichwortartig in der Tabelle 1 angegeben. Bezüglich der Durchführung, derselben wird auf die Beschreibung und die dort genannten Literaturstellen bzwβ liormen verwiesen«,
- 33 Tabelle 1
5 . 4.1979
A? D01P/209 660
Eigenschaften
Meßmethode
Dimension
Beispe1
Beisp.2
Beisp.3
(Vergl,-
Beisp.
Beisp, 4 (Yergl,-Beisp,
j i-'orenvolumen r< 15 w®- I - .
r < 2000 nm
1000 rna' 10 nm
r = ca r = ca
Orientierung
! Dictate
j Relative Anfärbbarkeit
j (vgl»Η.-D, Weigmann et al.I.e.)
la Gleichgewicht Trockengewi ent)
bezogen a of
I bei 65 % rel< I bei 92 % rel,
LuftfePuchte/20
Luftfeucbte/34°C
bei 92 % rel, Laftfeuchte/40 C
Hg-Porosimetrie Hg~Porosimetrie
Mikroskopie
Höntgen-Kleinw.
RÖntgen-Kleinw«,
Organ.Gradient
Extinktion bei 250 nm
cmVg
Vs
DIN
201
g/cm
0,125 0,250 0,050
intensiv da
1,088
2,9
0,085
8SO 1055
1,242
O5OIO O9O16
schwach
1*390 0,4
0,3
0,5 0,6
a) 0,016
b) 0,008
a) 0,024
b) 0,020
a). 9,5
a) 1,0
b) 0«3
- 34 Tabelle 1 (!Fortsetzung)
5.4.1979
AP D01F/209 660
Eigenschaften | Meßmethode | Dirnen- sion | Beisp.1 | Beispe2 | Beisp.3 (Vergl,- Beisp.) | Beisp.4 (Yergl,- Beisp.) |
Geschwindigkeit der Feuchtig- keltsänderung (Halbwertzeit) | ||||||
von 65 %/20°C nach Q2 %/40°G | Min | 35 | ||||
von 92 %/4O°C nach 65 %/20°C | Min | 15 | ||||
Peuchtfühlgrenze | ||||||
beim Anfeuchten,, rel. 3?«, ]?eachtegeba2;t | % | 92 9 | 0,4 | |||
beim Trocknen, Trockenzeit Feuchtegehalt | Min % | 45 9 | 23 7 | 8 0,4 | ||
Wasserrückhaltevermögen | ||||||
an Fasern | DIN 538I3 | % | 30 | 16 | VJl | |
an Strickstücken | analog DIE 53813 | % | 21 | 12 | 1 | 3 |
Troclraungjsze it | ||||||
bei 65 % rel, Fe/20°C | ||||||
vom Wasserrückhältevermögen bis zur Feuchtfühigrenze in % beze auf Wolle i | % · | 75 | 40 |
5.4.1979 35 - AP D01P/209
Beispiele 5 bis 15
Die folgenden Ausführungsbeispiele betreffen die Herstellung von hydrophilen Polyäthylenterephthalatfaserns Polybutylenterephthalatfasern und von Copolyesterfasern aus Terephthalsäure/Adipinsäure, Terephthalsäure/Azelain-= säure sowie Terephthalsäure/Isophthalsäure und Äthylen- . glykol«, Es wurden Flachwirkstücke aus verstreckten Polyester- bzw« Copolyester-Pilamentgarnen eingesetzte Die Hydrof ixierung wurde 15 Minu.1 einem Linitestgerät durchgeführt,
Die Hydrofixierung wurde 15 Minuten lang bei 1400C in
In der Tabelle 2 worden' die eingesetzten Polyester- bzw, Copolyesteriaassens a<,he das Polymere, der Oxalatokomplex sowie dessen Gehalt in der Polymermasse und die bei 40 C und 92 % Luftfeuchte gemessene Feuchtigkeitsaufnahme angegeben«, Zum Vergleich sind auch die Feuchtigkeitsaufnahme einer unmodifizierten Polyäthylenterephthalatfaser und einer umnodifizierten Copolyesterfaser aus Terephthalsäures Azelainsäure und ilthylenglykol angegeben.
5.4*1979
AP D01P/209 660
Polyestermasse Gxalatokomplex
Formel
Anteil bez
auf die Polyestermasse
Feuchtigkeitsauf- nähme bei 40°C/92 % rele Luft-feuchte in %
j(Ve-rgleichsbeispiel)'
^Vergleichs-
Polyathylenterephthalat Polyathylenterephthalat Polyathylenterephthalat Polyathylenterephthalat Polyathylenterephthalat Polyätbylenterephthalat
Copolyester aus Terephthalsäure, 8 Mol-% Adipinsäure und Äthylenglykol
Copolyester aus Terephthalsäure, 8 Mol-fo Azelainsäure und Äthylenglykol
Copolyester aus Terephthalsäure, 8 Siol-% Azelainsäure und Äthylenglykol
K3 Z*ai (C2O
K2 /"Zn(C2O4)
k3£ai(c2o4)3J
[Al(C2O4)
10 10
20 10
10
10
6,0
9,3 4,2
4,3 4,1 0,6
7,9
8,9 0,2
Tabelle 2 (Fortsetzung)
5.4.1979
AP DO1P/2O9 660
Polyestermasse Oxalatokomplex
Formel Anteil bez,
auf die Polyesterinasse Gewe-%
Pe uc ht igke it sauf nähme bei 4CTC/92 % rel.
T.ι
jjuftfeucbte
m %
Copolyester aus Terephthalsäure s 4 .Mol-% Isophthalsäure und Äthylenglykol
Polybutylenterephthalat
10 10
8,2 6,2
Claims (1)
1. Hydrophile Polyesterfaser, gekennzeichnet dadurch, daß sie ein stabiles, "bei 2o° C und relativen Luftfeuchtigkeiten von weniger als 97 % zur Kapillarkondensation befähigtes Porensystem besitzt und bei-40° C und 92 % re~* lativer Luftfeuchte eine !Feuchtigkeitsaufnähme von mehr als 2 Gewichtsprozent hat f wobei der Anteil der durch Kapillarkondensation bedingten Peuchtigkeitsaufnähme wenigstens 25 °h beträgt«.
2e Faser nach Punkt I3, gekennzeichnet dadurch, daß das Porensystem aus Mikro- und Makroporen besteht„
ο laser naoh den Punkten 1 und 2S gekennzeichnet dadurch, daß ihre scheinbare Dichte unter 1350 kg/m , vorzugsweise .im Bereich von 1050 bis 1150 kg/m3 liegt·
4β I'aser nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, .daß ihre Feuchtigkeitaufnahme bei 40° C und 92 % relativer Luftfeuohte 5 bis 15 Gewichtsprozent beträgt.
5* Paser nach den Punkten 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Radien der Mikroporen unter 30 m&s vorzugsweise im Bereich von 5.bis 15 nm liegen«
6« Paser nach den Punkten 1 bis 55 gekennzeichnet dadurch, daß sie Mikroporen enthält, fieren Volumen mehr als 0?04 cm~Vg beträgt«
54 634.12 y *" ο ό ~~
7«, Paser nach den Punkten 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß sie Mikroporen enthält, deren Eadien im Bereich, von 5 bis 15 m und deren Volumen im Bereich von 0,04 "bis 0j15 cm /g liegen«
8, Faser nach den Punkten 1 bis 7, gekennzeichnet dadurchs daß sie Milcroporen nicht kugelförmig sind und der Hauptteil der Poren parallel aur Faserachse angeordnet 1st.
9* Faser nach den Punkten 1 bis 8S gekennzeichnet dadurch, daß das Wasserrückhaltevermögen nach DIN 53 814 über 10 vorzugsweise im Bereich von 20 bis 30 % liegte
10» Faser nach den Punkten 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß sie im we sentlichen aus Polyestern oder Copolyestern der Terephthalsäure,, vorzugsweise aus Polyethylenterephthalat besteht ο
11 ο Faser na oh den Punkten 1 bis 10s gekennzeichnet
daß sie als Bikomponentenfaser mit Kern-Mantel-Struktur ausgebildet ist, wobei der Kern und der Mantel der Faser eine unterschiedliche Polyester-Masse und/oder unterschiedliche Oxälatokofflplexe unü/oaer unterschiedliche Mengen desselben enthaltene
12e Faser nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß der Mantel der Bikomponentenfaser aus einem unmodifisierten Polyester und der Eem aus einem Oxalatokomplex haltigen Polyester besteht».
13«. Verfahren sur Herstellung hydrophiler Polyesterfasern gemäß den Punkten 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß man eine Polyeetern\asse5 welche 1 bis 20 G-ewichtsproserit eines oder mehrerer Oxalatkonrplexe der allgemeinen Formel
54 634 .12
enthält, verspinnt, den erhaltenen Faden verstreekt und "bei Temperaturen im Bereich von 90 bis.,1700 C in Gegenwart von flüssigem Wasser hydrofixiert, wobei bedeuten:
Me : wenigstens eines der Ionen Li2 Na5 K 3 Rb5 Cs oder
wenigstens ein-komplexbildendes Zentralatom aus der Gruxrpe Mg, Ca, Sr5, Ba5 Zr? Hf, Ce 9 Y$ Cr5 Mn, Fe? CojNij Cu5, Zn, Cd31 B5Al5 G-a? In5 Sn/ Pb und Sb
n.: £^1, Ä 2, ^5'3 oder 9&h und ms ^ 2j ^ 3 oder ^4φ
14α. Verfahren nach Anspruch 13S gekennzeichnet dadurohs daß der Oxalatokomplex ein Alkali-Aluminium-Oxalatokomplex der allgemeinen Formel Me-.[^Al(O2O.)-! oder IeJ AT (C2 0
insbesondere K^ I Al(C2O. )^ I ist«,
15· Verfahren nach den Punkten 13 und 14, gekennzeichnet dadurch^ daß man unterschiedliche Polyestermassen mit unterschiedlichen Oxalatokomplexen und/oder unterschiedlichen Mengen desselben zu einer Kern~Mantel~Bikomponenten
faser verspinnt« . . .
I6e Verfahren, nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß man eine unniodifisierte Polyesterraasse als Mantel mit einer oxalatokomplexhaltigen Polyesteriaasse als Kern zu einer Kern—Mantel-Bikomponentenfaser verspinnt* :
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