DD142289A1 - Synthetische borsten fuer pinsel,buersten und besen - Google Patents

Abstract

Synthetische Borsten für Pinsel, Bürsten und Besen aus Polymeren oder Copolymeren des Akrylnitrils mit einer Elementarfadenfeinheit von 8 bis 30 tex. Das Borstenmaterial soll als ein vollwertiger Ersatz für Naturborsten und -haare dienen und entsprechende gebrauchsspezifische Eigenschaften, insbesondere ein hohes Farbflottehaltevermögen entwickeln. Die Aufgabe besteht in einer besonderen Modifizierung der Form des Borstenschaftes. Die Borstenschäfte weisen in Abständen wulst- oder perlenartige Verdickungen auf. Gleichzeitig verlaufen Furchen über die Schaftoberfläche. Der Querschnitt ist von völlig unregelmäßiger Gestalt. Die Borsten werden durch Spinnen einer Polymerlösung in organischem Lösungsmittel durch runde Düsenöffnungen nach einem Naßspinnverfahren'erhalten, wobei bestimmte Teraperatur- und Verzugsbedingungen zu beachten sind. Vor ihrer endgültigen Verstreckung werden die Fäden einem Waschprozeß unterworfen. Das synthetische Borstenmaterial dient zur Fertigung von Erzeugnissen der Pinsel-, Bürsten- und Besenindustrie. - Fig.2 -

Description

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Titel der Erfindung

Synthetische Borsten für Pinsel, Bürsten und Besen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein synthetisches Borsten- oder Haarmaterial auf Polyakrylnitrilbasis, das zur Herstellung von Pinseln, Bürsten und Besen geeignet ist. Ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Borstenmaterial wird angegeben.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die Fertigung von Artikeln der Pinsel- und Bürstenwarenindustrie wurden ursprünglich Naturborsten verwendet, wie dies für hochwertige Produkte auch noch geschieht. Vorwiegend kommen hierfür Schweineborsten in Frage, zum Teil auch Dachshaar, für Besenartikel Roßhaar. Da Naturborsten nur in begrenztem Umfang zur Verfügung stehen und zur Befriedigung des Bedarfs heute keineswegs mehr ausreichen, hat man bereits seit längerer Zeit die Borsten durch synthetische Materialien auf Basis thermoplastischer Polymerer substituiert. Die Nachteile gegenüber den Naturborsten sind allerdings erheblich, und es hat nicht an Versuchen gefehlt, durch bestimmte Modifizierungen die Qualität der synthetischen Borsten su verbessern. Diese Verbesserungen zielen sowohl auf die mechanischen Eigenschaften ab (Geschmeidigkeit, Formstabilität), als auch auf solche Eigenschaften, die mit dem Farbaufnahme- und Farbhaltevermögen und der Streichfähigkeit zusammenhängen. Während die Abnutzung der eingesetzten polymeren Materialien gegenüber Naturborsten im allgemeinen geringer ist, muß eingeschätzt werden, daß die für den Gebrauch entscheidenden Qualitätsmerkmale bisher nicht nachgestellt werden konnten. Als einen Hauptmangel erkannte man die zu glatten Faserschäfte der künstlichen Borsten (vgl. DE - PS 1 205 051).

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Die wichtigsten vorgenommenen Modifizierungen bestehen daher neben einer Spitzenverfeinerung in bestimmten Gestaltungen des Borstenquerschnittes, wodurch die Schaftoberfläche gegenüber der regulären zylindrischen Form vergrößert wird und zur Flüssigkeitsspeicherung besser geeignet gemacht werden soll. Außer schon länger bekannten kreuz- oder sternförmigen Querschnitten werden hierfür flügeiförmige Querschnitte vorgeschlagen (DE - OS 2 206 901). In der DE-PS 1 205 051 wird eine Borste vorgeschlagen, die eine in ihrer Längsrichtung zunehmende Querschnittsabflachung aufweist. Einen anderen Weg beschreitet die DE - PS 906 444, die die Fähigkeit zur Farbhaltung des Besteckmaterials dadurch zu erreichen sucht, daß die Borsten über Teile ihrer Länge miteinander verklebt sind, wodurch Hohlräume geschaffen werden.

Andere Modifizierungen betreffen die Auswahl geeigneter Polymermaterialien, als Ausgangsbasis für die Borstenherstellung. Unter dem Aspekt günstiger mechanischer Eigenschaften (Spitzenverfeinerung, Streifigkeit) ist hier besonders das Polybutylen-1,4-terephthalat bekanntgeworden (DE - AS 1 963 766). Neuerdings wurden auch Akrylnitrilcopolymerisate vorgeschlagen, die an der Polymerkette hydrophile Gruppen in Form von einpolymerisierten Sulfonsäuren enthalten und hierdurch eine gegenüber den thermoplastischen Polymerisaten wesentlich verbesserte Benetzbarkeit aufweisen (DE - OS 26 26 577).

Generell muß eingeschätzt werden, daß es mit den verschiedenartigen Modifizierungen der thermoplastischen Kunststoffborsten bis heute nicht gelungen ist, die Eigenschaften in gewünschtem Maße an die der natürlichen Borsten anzunähern. Geschmeidigkeit, Formstabilität, Farbflottenaufnahme- und -haltevermögen und Streichfähigkeit sind unzureichend. Beim malermäßigen Gebrauch kommt es zum Auseinanderspreizen der Borsten, zu ungenügender Farbdeckimg und zu Streifigkeit des Anstrichs.

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Bei einer Substitution in Roßhaar-Artikeln (Besen) kommt es auf Grund der elastischen Eigenschaften der thermoplastischen Polymermaterialien zu einem sehr schlechten Kehr-

* effekt, indem die zusammengekehrten Schmutzteilchen durch das federnde Zurückspringen der Borsten immer wieder auseinandergespritzt werden. ·

Bezüglich der vorgeschlagenen Akrylnitrilcopolymerfasern ist festzustellen, daß der hydrophile Effekt der enthaltenen Sulfonatgruppen bei gröberen Titern nicht mehr ausreicht, um ein gutes V/asser- bzw. Farbflotteaufnahmevermögen zu gewährleisten. Bei Feinheiten von über 8 tex ist dieser Effekt nicht mehr im erforderlichen Maße zu bemerken. Darüber hinaus kommt diese Eigenschaft bei Verarbeitung nichtwäßriger Medien, wie z. B. von Ölfarben oder von in organi- sehen Lösungsmitteln gelösten Lacken, ohnehin nicht zur Geltung. Andererseits machen sich gewisse Nachteile der mechanischen Eigenschaften der Polyakrylnitrilfasern bemerkbar, die aus ihrer Sprödigkeit resultieren und die sich insbesondere in ihrer Biegeempfindlichkeit und Bruchanfälligkeit äußern.

Es ist daher nur möglich, die Polyakrylnitrilfasern in Mischungen mit anderen Materialien, wie anderen künstlichen Borsten oder Naturborsten einzusetzen, wobei auch dieser . Einsatz aus den Gründen der mechanischen Eigenschaften auf Feinheiten bis zu etwa 8 tex beschränkt ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Borstenmaterial zu schaffen, das als ein vollwertiger Ersatz für entsprechende

• Naturborsten angesehen werden kann. Es soll sowohl in seinen mechanischen Eigenschaften, wie Steifigkeit, Geschmeidigkeit und Elastizität, als auch in seinem Farbflottehaltevermögen bei Verwendung wäßriger und nichtwäßriger Medien höchsten Ansprüchen genügen.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Borste hinsichtlieh der Gestalt ihres Schaftes sowie ihrer Querschnittsform so zu modifizieren, daß innerhalb des Besteckmaterials eine hohe Flüssigkeitsmenge gespeichert werden kann. Darüber hinaus soll die Borste gute mechanische Eigenschaften, wie insbesondere Geschmeidigkeit und Biegebeständigkeit besitzen.

Erfindungsgemäß ist der Schaft einer synthetischen Borste mit wulstförmigen und/oder perlenartigen Verdickungen ver- sehen, die über die Länge des Schaftes in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen verteilt sind. Gleichzeitig ist die Oberfläche des Borstenschaftes mit in Längsrichtung verlaufenden Furchen versehen. Bei Betrachtung einer derartigen Borste unter dem Mikroskop gewinnt man den Eindruck des Bildes eines knorrigen Baumstammes

Die Querschnitte der erfindungsgemäßen Borsten weisen völlig unregelmäßige Gestalt auf, eine Zuordnung zu einer bestimmten geometrischen Figur ist nicht möglich. Die Formen reichen von unregelmäßigen Vielecken bis zu gelappten und ausgebuchteten Formen, wobei die Querschnittsbilder in einer be-

j trachteten Vielzahl untereinander ungleichartig gestaltet sind.

Die Borsten besitzen eine Feinheit von 8 bis 30 tex, insbesondere von 8 bis 20 tex. Ihrer stofflichen Beschaffenheit nach bestehen sie aus Polymerisaten oder Copolymer!säten des Akrylnitrils, die sich mindestens zu 80 Masse-% aus Akrylnitril zusammensetzen. Als Comonomerbestandteile kommen bekannte mit Akrylnitril copolymerisierbare Verbindungen in Frage, wie beispielsweise Alk.ylakrylate, Vinylester, Halogenalkene u. dgl

Die erfindungsgemäßen Borsten lassen sich durch Verformung der genannten Polymerisate nach einem besonderen Naßspinn-

verfahren gewinnen, das durch Anwendung milder Koagulationsbedingungen, durch einen sehr niedrigen Spinnverzug und durch ein Auswaschen des dabei erhaltenen Fadenkabels im unverstreckten oder im gering verstreckten Zustand gekennzeichnet ist.

Zur Erspinnung der Borsten wird eine Lösung des Akrylnitrilpolymeren in einem organischen Lösungsmittel, vorzugsweise in Dimethylformamid verwendet, die durch Spinndüsenplatten mit runden Düsenöffnungen in ein wäßriges, Polymerlösungsmittel enthaltendes Koagulationsbad ausgesponnen wird. Die Einstellung milder Koagulationsbedingungen geschieht durch Begrenzung der Koagulationsbadtemperatur auf Werte von^unterhalb 20 ⁰C, vorzugsweise von 10 bis 18 ⁰C, und/oder durch Einstellen relativ hoher Konzentrationen an organischem Polymerlösungsmittel in der Koagulationsflüssigkeit. Im letzteren Fall empfiehlt es sich, die Koagulation der gebildeten Fäden in einem nachgeschalteten zweiten zweiten Bad • mit geringerer Lösungsmittelkonzentration fortzusetzen. (Eine entsprechende Verfahrensweise ist zum Beispiel in der DD - PS 78 624 angegeben,) Beim Einbadverfahren beträgt die Lösungsmittelkonzentration etwa 50 bis 60 %. Der Spinnverzug - als das Verhältnis der Düsenabzugsgeschwindigkeit in m/min zur linearen Ausspritzgeschwindigkeit der Lösung in m/min - wird auf Y/erte von kleiner als 0,4, vorzugsweise zwisehen 0,2 und 0,4 eingestellt. Von entscheidender Bedeutung ist weiterhin, daß das ersponnene Fadenkabel vor seiner endgültigen Verstreckung einem Waschprozeß unterworfen wird. Hierzu wird es entweder unmittelbar im Anschluß an das Koagulationsbad durch eine Yfaschwanne geführt und anschließend

16O gereckt. Es ist auch möglich, nach dem Koagulationsbad zunächst eine Teilverstreckung des Kabels vorzusehen, wobei hier nur bis maximal 60 % des endgültig einzustellenden Reckgrades realisiert werden. In diesem teilverstreckten Zustand erfolgt dann zunächst eine Wäsche des immer noch stark lö-

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sungsmittelhaltigen Fadenkabels, bevor in einer weiteren Verstreckeinrichtung die endgültige Reckung erfolgt. Unter den geschilderten milden Koagulationsbedingungen - die in Ansehung der für ein Haßspinnverfahren ungewöhnlich starken Titer der Elementarfäden unü-blich sind und im Gegensatz zu den für die Fasererspinnung "bekannten vorliegenden Erfahrungen stehen - kommt es in Verbindung mit dem extrem niedrigen Spinnverzug zur Ausbildung der erwünschten Borstenform. Die nach Verlassen des Koagulationsbades noch sehr stark lösungsmittelhaltigen fadenförmigen Gebilde werden zunächst möglichst weitgehend vom organischen Lösungsmittel befreit, bevor die starken Zugkräfte der EndverStreckung auf das Material einwirken. Im gewaschenen Zustand können die Fäden dann endgültig gereckt und getrocknet werden, wobei die ausgebildete Form erhalten bleibt und fixiert wird.

Indem die stark lösungsmittelhaltigen dickstrahligen Borstenfäden, die auf Grund ihrer tragen Koagulationsbereitschaft an sich möglichst harten Fällbedingungen unterworfen werden müßten, entgegen den Erfahrungen der Naßspinntechnik bei sehr milden Fällbedingung.en behandelt und in der beschriebenen Weise weiterverarbeitet werden, erhält man die erfindungsgemäße interessante Form des Fadengutes, die das Problem eines geeigneten Besteckmaterials in Erzeugnissen der Bürstenindustrie in überraschender Weise löst. Die neue Borstenform verleiht dem Material hervorragende Geschmeidigkeits- und Elastizitätseigenschaften bei Dauerbeanspruchung und erteilt dem Borsten- oder Haarbündel eines Pinselkopfes ein hervorragendes Aufnahme- und Haltevermögen für Flüssigkeiten aller Art

Das Material läßt sich sowohl rein als auch in Mischung mit anderen Borsten- oder Haarmaterialien weiterverarbeiten.

Ausführungsbeispiel

Eine. 23,2 %ige Lösung eines Copolymeren aus 92,9 Masse-% Acrylnitril, 6,2 Masse-% Methylakrylat und 0,9 Masse-%

Natriumallylsulfonat (relative Lösungsviskosität 1,88, ge-

messen an einer 0,5 i^igen Polymerlösung in Dimethylformamid bei 20 ⁰C) in Dimethylformamid wird mit einer Spritzgeschwindigkeit von 12,6 m/min aus einer Düse mit 1500 runden Löchern mit einem Lochdurchmesser von 0,45 nun in ein aus 55 % Dimethylformamid und 45 % Wasser bestehendes, auf 15 ⁰G temperiertes Koagulationsbad von 2 m Länge gesponnen. Das

Fadenkabel wird von einem Walzentrio mit einer Geschwindigkeit von 4,8 m/min aufgenommen, was einem Spinnverzug von 0,38 entspricht. Das Kabel wird anschließend in einem aus 50 % Dimethylformamid und 50 % V/asser bestehenden Bad bei 98 C

zunächst um 350 % gereckt und in nachfolgenden Bädern mit

V/asser gewaschen. Nach einer Vorwärmung wird das Kabel einer zweiten Verstreckstufe zugeführt, wo in einem vollkommen aus V/asser bestehenden Bad bei einer Temperatur von 100 ⁰C eine' weitere Reckung um 235 % erfolgt. Das feuchte Fadenkabel

besitzt an dieser Stelle einen Feuchtigkeitsgehalt von 140 % und einen Restlösungsmittelgehalt von 0,5 %, bezogen auf das Polymermaterial. Das Kabel wird präpariert und im Siebtrommeltrockner bei einer Temperatur von 160 ⁰C getrocknet.

Die Reißfestigkeit des erhaltenen Borstenmaterials beträgt 183 MN/tex, die Schiingenreißfestigkeit 85 mW/tex, die Bruchdehnung 23 %, die Bruchtorsionszahl 0,68

Die Borsten besitzen einen Titer von 15,5 tex

Die mikroskopischen Ansichten der erhaltenen Borsten sind in der zugehörigen Zeichnung dargestellt. Hierin zeigt die Figur 1 die Umrisse einiger Querschnitte, die völlig regellose Formen aufweisen. Figur 2 zeigt die erfindungsgemäßen Borsten in der Längsansicht. Die Schaftverdickungen umfassen zum Teil den ganzen Umfang des Schaftes (sogenannter "Wulst"), was daran sichtbar wird, daß bei einer Drehbewegung der Borste um ihre Achse die betrachtete Verdickung beidseitig sichtbar bleibt. Zum Teil befinden sich die Verdickungen auch nur an einer Seite des Schaftes (sogenannte "Perle"), daran erkenn-

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bar, daß die betrachtete Verdickung bei axialer Drehbewegung verschwindet bzw. an der Gegenseite auftaucht. In Verbindung mit der sichtbaren Oberflächenfurchung wird der "Baumstammcharakter" des Borstenschaftes deutlich.

Claims (3)

Erfindungsanspruch

1. Synthetische Borsten für Pinsel, Bürsten und Besen aus Polymeren oder Copolymeren des Akrylnitrils mit mindestens . 80 Masse-% Akrylnitril im Polymeren mit einer Elementarfadenfeinheit von 8 bis 30 tex, gekennzeichnet dadurch, daß der Borstenschaft wulstförmige und/oder perlenartige Verdickungen aufweist, die über die Länge des Schaftes verteilt sind.

2. Synthetische Borsten nach Punkt 1, gekenntzeichnet dadurch, daß die Oberfläche der Borstenschäfte mit in Längsrichtung verlaufenden Furchen versehen ist und der Querschnitt der Borsten völlig unregelmäßige,keiner bestimmten geometrischen Form zuordenbare Gestalt besitzt.

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3· Verfahren zur Herstellung von synthetischen Borsten für Pinsel, Bürsten und Besen aus Polymeren oder Copolymeren des Akrylnitrils mit mindestens 80 Massel Akrylnitril im Polymeren mit einer Elementarfadenfeinheit von 8 bis 30 tex durch Verspinnen einer Lösung des Polymeren in einem organischen Lösungsmittel durch runde Düsenöffnungen in ein wasserhaltiges Koagulationsbad bei Temperaturen von unterhalb 20 ⁰C, gekennzeichnet dadurch, daß die ersponnenen Borsten mit einem Spinnverzug von 0,2 bis 0,4 aus dem Koagulationsbad abgezogen und vor ihrer' endgültigen Ver-Streckung einem Waschprozeß unterworfen werden, wobei das Reckverhältnis vor dem Waschprozeß 0 bis 60 %, nach dem Waschprozeß 40 bis 100 % des Gesamtreckverhältnisses beträgt.

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