DD249054A1 - Verfahren zur herstellung hydrophiler polyesterfasern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hydrophiler Polyesterfasern, die auf Grund ihrer guten tragephysiologischen Eigenschaften zur Substitution von nativen Fasern verwendet sind. Ziel und Aufgabe ist es, ein kostenguenstiges Verfahren auf der Basis des Zusatzes einer herausloesbaren strukturanalogen Polymersubstanz zum Polyester zu entwickeln. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe geloest, indem dem zu verspinnenden Polyester vor dem Verspinnen ein wasserloeslicher Polyetherester, bestehend aus Terephthalsaeure-, Natriumsulfoisophthalsaeure-, Oligoethylenglykol- und Trimethylolpropaneinheiten, zugesetzt wird.

Description

HO [CH₂-CH₂-O]_n H entspricht, wobei η eine ganze natürliche Zahl von 2—7 darstellt.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hydrophiler Polyesterfasern, insbesondere Polyethylenterephtalatfasern, die auf Grund ihrer guten tragephysiologischen Eigenschaften zur Substitution von nativen Fasern in speziellen Einsatzgebieten (Unterwäsche, Sportbekleidung, Hygienevliese) verwendet werden können.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Neben den vielen positiven Eigenschaften, die die Polyesterfasern aufweisen und die damit zu ihrer dominierenden Stellung innerhalb der Synthesefasern geführt haben, besitzen die Polyesterfasern in ihrem Eigenschaftsprofil allerdings auch strukturbedingte Merkmale, wie zum Beispiel die extrem hohe Hydrophobie, die leichte Anschmutzbarkeit und die leichte elektrostatische Aufladbarkeit, die einem universellen Einsatz der Fasern entgegenstehen.

Im Rahmen der Verbesserung der tragephysiologischen Eigenschaften der Polyesterfasern stellt die Reduzierung der Hydrophobie und somit die Erzielung einer naturfaseranalogen Hydrophilie, für die das Wasserrückhaltevermögen ein meßbares Kriterium ist, das entscheidende Problem dar.

Entsprechend dieser Zielstellung sind verschiedenartige Verfahren bekannt. So wird einerseits auf ein nachträgliches Ausrüsten der Fasern mit hydrophilen Agenzien orientiert. Neben der einfachen technologischen Verfahrensweise besitzen diese Verfahren jedoch den Nachteil, daß der erzielte Effekt nicht permanent ist und dadurch im Ergebnis wiederholter Waschvorgänge verlorengeht. Demgegenüber steht andererseits die Vielzahl der Verfahren, die auf eine chemische Modifizierung der Polyesterfasern während des Herstellungsprozesses ausgerichtet sind.

Eine zentrale Stellung nehmen dabei die Verfahren ein, die auf dem Erspinnen von mit herauslösbaren Additiven modifizierten Polyesterfasern beruhen. Durch das Herauslösen der Additive mit geeigneten Lösungsmitteln bzw. Reagenzien entstehen in der Faseroberfläche Poren, die der Faser einen hydrophilen Charakter verleihen und eine wesentliche Erhöhung des Wasserrückhaltevermögens bewirken. Bei der Additivauswahl wird nach zwei prinzipiell verschiedenen Verfahrensweisen gearbeitet.

Das DD-AP 136856 ist hierbei als repräsentativ für die Verfahren zu werten, die zur Herstellung von Fasern mit poröser Struktur in das Matrixpolymer eine nicht mischbare Flüssigkeit oder einen unlöslichen Feststoff in fein verteiltem Zustand homogen dispergieren, das so erhaltene Gemisch verspinnen und die disperse Phase entfernen. Der Nachteil dieser Verfahrensweise besteht darin, daß die für die Gewährleistung einer zufriedenstellenden Spinnsicherheit notwendige, sehr gute Verteilung der Additive nur mit äußerst großem Aufwand praktisch zu realisieren ist. Weiterhin ergeben sich Probleme beim Herauslösen der Additive, da diese quantitativ von der Polymermatrix umgeben sind und diese damit noch vordem Herauslösen der Additive in aufwendiger Weise partiell entfernt werden muß.

Diese Nachteile werden bei der Verfahrensweise des Zusatzes matrixpolymerlöslicher Additive umgangen.

Eines der am häufigsten eingesetzten Polymere ist das Polyethylenglykol, welches gemäß DE-OS 1954502, FR-PS 2376230 oder JP-PS 71 37367 in verschiedenster Qualität und Quantität gemeinsam mit Polyethylenterephthalat zu Fasern versponnen und anschließend in unterschiedlicher Art und Weise aus der Faser unter Zurücklassung von Poren herausgelöst wird. Unter den Bedingungen des Schmelzspinnens ist die Schmelzviskosität der Polyethylenglykolderivate im Vergleich zum Polyester jedoch äußerst niedrig, so daß im Konzentrationsbereich über 5Gew.-% die Spinnsicherheit nicht mehr gewährleistet ist.

Durch gehäuft auftretende Spinnfehler wird die Qualität des Spinnmaterials extrem verschlechtert, und bei der Verstreckung des Spinnkabels resultieren große Abfallmengen. Eine Möglichkeit, diese Nachteile zu umgehen, besteht darin, indem gemäß JP-PS 7249175,JP-PS 7214056, JP-PS 79132666 und JP-OS 82161125 das Polyethylenglykol als Polyestercokondensat eingesetzt wird. Dies führt aber wiederum zu schwerwiegenden Nachteilen beim Herauslösen der Additive in der Art, daß deren Löslichkeit im Vergleich zu unmodifizierten Polyethylenglykolen wesentlich schlechter ist. Des weiteren wird gemäß DE-OS 2659263 wasserlösliches Polyamid als Additiv vorgeschlagen. Speziell Polyethylenterephthalat bildet jedoch mit derartigen modifizierten Polyamiden nur im begrenzten Umfang ein echtes physikalisches Gemisch beim Extrudieren, so daß die Gefahr des Entmischens besteht und daraus die bereits diskutierten Nachteile abzuleiten sind.

Hierzu stellt die Verwendung von wasserlöslichem Polyester (DE-OS 2659616) eine Alternative dar, da auf Grund dergleichen Struktur und der Möglichgkeit der gezielten Einstellung der Schmelzviskosität des wasserlöslichen Polyesters ein günstiges Extrudier- und Spinnverhalten gewährleistet ist. Durch den alleinigen Einbau von Natriumsulfoisophthalsäure als wasseraffinen Bestandteil in die Polymerkette muß der Anteil dieser Verbindung mit 22—50Gew.-%, bezogen auf die Gesamtsäurekomponente, sehr hoch gewählt werden, um einen noch wasserlöslichen Polyester zu synthetisieren. Daraus resultiert dann letztendlich auch die relativ große Additivkonzentration von bis zu 50Gew.-% beim Verspinnen. Auf Grund der hohen Herstellungskosten des wasserlöslichen Polyesters in Verbindung mit der großen Einsatzkonzentration ist das Verfahren aus ökonomischer Sicht als äußerst ungünstig zu bewerten.

Ein weiterer schwerwiegender Nachteil ist darin zu sehen, daß die Verweilzeit des Gemisches der Polyester im Extruder möglichst gering (max. 10min) gehalten werden muß, um einen Einbau des wasserlöslichen Polyesters in die Kette des Matrixpolymers zu verhindern. Die im Patent beschriebene Methode der Endgruppenblockierung mittels Benzoesäuremethylesters ist — abgesehen von der Problematik der technologischen Realisierbarkeit — ein weiterer kostenerhöhender Faktor des Verfahrens, der sich im Endprodukt letztendlich nicht niederschlägt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges Verfahren mit hoher technologischer Sicherheit zur Herstellung von hydrophilen Polyesterfasern, die zur Substitution nativer Fasern geeignet sind, zu entwickeln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Polyesterfasern auf der Basis des Zusatzes eines strukturanalogen wasserlöslichen -Polymeren mit verminderter Umesterungsaktivität zum Polyester zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem zu verspinnenden Polyester vor dem Verspinnen 5-20Gew.-% eines wasserlöslichen Polyetheresters zugesetzt werden, wobei der Polyetherester aus Terephthalsäure-, Natriumsolfoisophthalsäure-, Oligoethylenglykol- und Trimethylolpropaneinheiten aufgebaut ist.

Die quantitative Zusammensetzung des Polyetheresters beträgt, bezogen auf die Säurekomponente, 80-90Gew.-% Terephthalsäureeinheiten und 10-20Gew.-% Natriumsulfoisophthalsäureeinheiten, bezogen auf die Alkoholkomponente 98,5 bis 99,5Gew.-%Oligoethylenglykoleinheiten und 0,5-1,5Gew.-%Trimethylpropaneinheiten.

Das Oligoethylenglykol entspricht der allgemeinen Formel HO [CH₂-CH₂-O]_n H, wobei η eine ganze natürliche Zahl von 2 bis 7 darstellt.

Je nach der Struktur des Oligoethylenglykols ist eine Verweilzeit des Polyester-Polyetherestergemisches im Extruder von max.

20min für η = 2 bis max. 40min für η = 7 ohne nachweisbare Umesterung möglich.

Das Herauslösen des wasserlöslichen Polyetheresters aus dem Polyester erfolgt in bekannter Art und Weise während und/oder nach der Verstreckung des Faserkabels mittels heißen Wassers bzw. Wasserdampfes.

Durch eine geeignete technologische Führung des Löseprozesses ist ein Recycling des Polyetheresters möglich oder aber auch eine Verwendung der wäßrigen Polyetheresterlösung als Spinnpräparationsmitte! gegeben.

Die erfindungsgemäßen Polyesterfasern weisen eine mikroporöse Oberflächenstruktur auf und besitzen ein in Abhängigkeit von der Additivkonzentration stark erhöhtes Wasserrückhaltevermögen (2-6fache, bezogen auf Normalfaser).

Ausführungsbeispiel

Ein wasserlöslicher Polyetherester wurde wie folgt synthetisiert:

85 Teile Dimethyltherephthalat und 15 Teile Natriumsulfoisophthalsäuredimethylester wurden mit Diethylenglykol im Molverhältnis von 1:2 unter Einsatz von 1,2 Teilen Trimethylclpropan und 0,06Gew.-% (bezogen auf den Gesamtpolyetherester) Zinkacetat in bekannter Art undVVeise umgeestert.

Nach der Umesterung wurden 0,075 Gew.-% polymeres Glykolphosphat und 0,02 Gew.-% Kaliumhexafluorotitanat zugegeben.

Die Kondensation erfolgte bei 25O⁰C und einem Enddruck von 150Pa bis zum Erreichen einer relativen Lösungsviskosität von mindestens 1,20 (gemessen in Tetrachlorethan/Phenol im Verhältnis 1:1 bei 25°C).

Nach dem Erreichen des gewünschten Kondensationsgrades wurde das Produkt in eine Massel abgelassen und granuliert.

Zur Erspinnung der Fasern wurden 90 Teile Polyethylenterephthalatgranulat und 10 Teile Polyetherestergranulat intensiv vermischt, getrocknet und mittels eines Doppelschneckenextruders extrudiert.

Dabei war eine sehr gute Spinnsicherheit zu verzeichnen. Die ersponnenen Fasern wurden im Ergebnis der Nachbehandlung auf das 4,5fache verstreckt. Das Herauslösen des Polyetheresters erfolgte im Streckbad bei 80⁰C sowie im Anschluß an die Verstreckung während einer längeren Wäsche bei 95°C. Nach der Spannungsfixierung bei 140°C wurden hydrophile Polyesterfasern mit folgenden Eigenschaften erhalten:

Titer: 0,40tex

Festigkeit: 314mN/tex

Reißdehnung: 34%

Wasserrückhaltevermögen: 6,8% (Bestimmung erfolgte analog TGL 16650276 an einer Fiockeprobe)

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung hydrophiler Polyesterfasern unter Zusatz von wasserlöslichen Polymerverbindungen auf der Basis von Terephthalsäure, Natriumsulfoisophthalsäure und multivalenten Alkoholen und Zugabe vor dem Verspinnen mit nachfolgendem Herauslösen, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserlösliche Polymerverbindung 5—20Gew.-% eines Polyetheresters, der neben den bekannten Säurekomponenten Oligoethylenglykol und Trimethylolpropan enthält, eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyetherester 80-90 Gew.-% Terephthalsäure und 10-20Gew.-% Natriumsulfoisophthalsäure, bezogen auf die Säurekomponente und 98,5-99,5Gew.-% Oligoethylenglykol und 0,5-1,5Gew.-% Trimethylolpropan, bezogen auf die Alkoholkomponente, enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oligoethylenglykol der allgemeinen Formel