DD249054A1

DD249054A1 - PROCESS FOR PRODUCING HYDROPHILIC POLYESTER FIBERS

Info

Publication number: DD249054A1
Application number: DD29022086A
Authority: DD
Inventors: Juergen Boettger; Johannes Wolf; Theodor Edler; Wilhelm Schmidt
Original assignee: Engels Chemiefaserwerk Veb
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1986-05-14
Publication date: 1987-08-26

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.The invention relates to a process for producing hydrophilic polyester fibers, which are used for the substitution of native fibers due to their good physiological properties. The aim and task is to develop a cost-effective method based on the addition of a herausloesbaren structure-analogous polymer substance to the polyester. According to the invention, the object is achieved by adding to the polyester to be spun, before spinning, a water-soluble polyether ester consisting of terephthalic acid, sodium sulfoisophthalic acid, oligoethylene glycol and trimethylolpropane units.

Description

HO [CH₂-CH₂-O]_n H entspricht, wobei η eine ganze natürliche Zahl von 2—7 darstellt.HO [CH ₂ -CH ₂ -O] _n H, where η represents an integer of 2-7.

Field of application of the invention

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.The invention relates to a process for the production of hydrophilic polyester fibers, in particular polyethylene terephthalate fibers, which due to their good physiological properties of wear can be used for the substitution of native fibers in special fields of use (underwear, sports clothing, hygiene mats).

Characteristic of the known technical solutions

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.In addition to the many positive properties that have the polyester fibers and thus led to their dominant position within the synthetic fibers, the polyester fibers in their property profile but also have structural characteristics, such as the extremely high hydrophobicity, easy soiling and easy electrostatic chargeability that oppose a universal use of the fibers.

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.In the context of improving the physiological properties of polyester fibers, the reduction of hydrophobicity and thus the achievement of a natural fiber-analogous hydrophilicity, for which the water retention is a measurable criterion, is the crucial problem.

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.According to this objective, various methods are known. Thus, on the one hand, it is oriented to retrofitting the fibers with hydrophilic agents. In addition to the simple technological procedure, however, these methods have the disadvantage that the effect obtained is not permanent and is lost as a result of repeated washing operations. On the other hand, on the other hand, there is a variety of processes aimed at chemically modifying the polyester fibers during the manufacturing process.

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.Central to this are the processes which are based on the spinning of polyester fibers modified with leachable additives. By dissolving out the additives with suitable solvents or reagents, pores are formed in the fiber surface which impart a hydrophilic character to the fibers and cause a substantial increase in the water retention capacity. In the additive selection, two fundamentally different procedures are used.

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.DD-AP 136856 is to be considered as representative of the methods which homogeneously disperse a non-miscible liquid or an insoluble solid in a finely divided state to produce fibers with a porous structure in the matrix polymer, spinning the mixture thus obtained and the disperse phase remove. The disadvantage of this procedure is that the necessary for ensuring a satisfactory spinning safety, very good distribution of the additives can be practically realized only with extremely great effort. Furthermore, problems arise in the dissolution of the additives, since these are quantitatively surrounded by the polymer matrix and this must be partially removed before the dissolution of the additives in a complex manner.

Diese Nachteile werden bei der Verfahrensweise des Zusatzes matrixpolymerlöslicher Additive umgangen.These disadvantages are circumvented in the procedure of adding matrix polymer-soluble additives.

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.One of the most commonly used polymers is the polyethylene glycol, which according to DE-OS 1954502, FR-PS 2376230 or JP-PS 71 37367 spun in various quality and quantity together with polyethylene terephthalate to fibers and then in different ways from the fiber leaving behind is removed from pores. However, under the conditions of melt spinning, the melt viscosity of the polyethylene glycol derivatives is extremely low compared with the polyester, so that in the concentration range above 5% by weight, the spinning safety is no longer guaranteed.

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.Due to frequent spider defects, the quality of the spun material is extremely degraded, and when the tow is stretched, large amounts of waste result. One way to circumvent these disadvantages is that, according to JP-PS 7249175, JP-PS 7214056, JP-PS 79132666 and JP-OS 82161125, the polyethylene glycol is used as a polyester co-condensate. However, this in turn leads to serious disadvantages in the dissolution of the additives in such a way that their solubility is much poorer compared to unmodified polyethylene glycols. Furthermore, according to DE-OS 2659263 water-soluble polyamide is proposed as an additive. Especially polyethylene terephthalate forms with such modified polyamides only to a limited extent, a real physical mixture during extrusion, so that there is a risk of segregation and from this the disadvantages already discussed are derived.

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.For this purpose, the use of water-soluble polyester (DE-OS 2659616) represents an alternative, since due to the same structure and the possibility of targeted adjustment of the melt viscosity of the water-soluble polyester, a favorable extrusion and spinning behavior is ensured. Due to the sole incorporation of sodium sulfoisophthalic acid as an aqueous component in the polymer chain, the proportion of this compound with 22-50Gew .-%, based on the total acid component, must be very high in order to synthesize a still water-soluble polyester. This ultimately results in the relatively large additive concentration of up to 50% by weight during spinning. Due to the high manufacturing cost of the water-soluble polyester in conjunction with the large use concentration, the method is from an economic point of view to assess extremely unfavorable.

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.A further serious disadvantage is the fact that the residence time of the mixture of the polyesters in the extruder must be kept as low as possible (max 10 min) in order to prevent incorporation of the water-soluble polyester into the chain of the matrix polymer. The method described in the patent for endblocking by means of benzoic acid methyl ester is - apart from the problem of technological feasibility - another cost-increasing factor of the process, which is ultimately not reflected in the final product.

Object of the invention

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.The object of the invention is to develop a cost-effective process with high technological safety for the production of hydrophilic polyester fibers which are suitable for the substitution of native fibers.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to develop a process for the preparation of hydrophilic polyester fibers based on the addition of a structurally analogous water-soluble polymers with reduced transesterification activity to the polyester.

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.According to the invention the object is achieved in that 5-20Gew .-% of a water-soluble polyether ester are added to the polyester to be spinned before spinning, wherein the polyether ester of terephthalic acid, sodium, iso-oligoethyleneglycol and Trimethylolpropaneinheiten.

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.The quantitative composition of the polyether ester is, based on the acid component, 80-90% by weight of terephthalic acid units and 10-20% by weight of sodium sulfoisophthalic acid units, based on the alcohol component 98.5 to 99.5% by weight of oligoethylene glycol units and 0.5-1, 5 wt .-% Trimethylpropaneinheiten.

Das Oligoethylenglykol entspricht der allgemeinen Formel HO [CH₂-CH₂-O]_n H, wobei η eine ganze natürliche Zahl von 2 bis 7 darstellt.The oligoethylene glycol corresponds to the general formula HO [CH ₂ -CH ₂ -O] _n H, where η is an integer from 2 to 7.

Je nach der Struktur des Oligoethylenglykols ist eine Verweilzeit des Polyester-Polyetherestergemisches im Extruder von max.Depending on the structure of Oligoethylenglykols a residence time of the polyester-polyetherester mixture in the extruder of max.

20min für η = 2 bis max. 40min für η = 7 ohne nachweisbare Umesterung möglich.20min for η = 2 to max. 40min for η = 7 without detectable transesterification possible.

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.The dissolution of the water-soluble polyether ester from the polyester takes place in a known manner during and / or after the drawing of the fiber cable by means of hot water or water vapor.

Durch eine geeignete technologische Führung des Löseprozesses ist ein Recycling des Polyetheresters möglich oder aber auch eine Verwendung der wäßrigen Polyetheresterlösung als Spinnpräparationsmitte! gegeben.By a suitable technological guidance of the dissolving process a recycling of the polyether ester is possible or else a use of the aqueous polyetherester solution as spinning preparation center! given.

Die erfindungsgemäßen Polyesterfasern weisen eine mikroporöse Oberflächenstruktur auf und besitzen ein in Abhängigkeit von der Additivkonzentration stark erhöhtes Wasserrückhaltevermögen (2-6fache, bezogen auf Normalfaser).The polyester fibers according to the invention have a microporous surface structure and, depending on the additive concentration, have a greatly increased water retention capacity (2-6 times, based on normal fiber).

embodiment

Ein wasserlöslicher Polyetherester wurde wie folgt synthetisiert:A water-soluble polyetherester was synthesized as follows:

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.85 parts of dimethyl terephthalate and 15 parts of sodium sulfoisophthalate were transesterified with diethylene glycol in a molar ratio of 1: 2 using 1.2 parts trimethylpropane and 0.06 wt% (based on the total polyether ester) of zinc acetate in a known manner.

Nach der Umesterung wurden 0,075 Gew.-% polymeres Glykolphosphat und 0,02 Gew.-% Kaliumhexafluorotitanat zugegeben.After transesterification, 0.075% by weight of polymeric glycol phosphate and 0.02% by weight of potassium hexafluorotitanate were added.

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).The condensation was carried out at 25O ⁰ C and a final pressure of 150Pa until reaching a relative solution viscosity of at least 1.20 (measured in tetrachloroethane / phenol in the ratio 1: 1 at 25 ° C).

Nach dem Erreichen des gewünschten Kondensationsgrades wurde das Produkt in eine Massel abgelassen und granuliert.After reaching the desired degree of condensation, the product was discharged into a pig and granulated.

Zur Erspinnung der Fasern wurden 90 Teile Polyethylenterephthalatgranulat und 10 Teile Polyetherestergranulat intensiv vermischt, getrocknet und mittels eines Doppelschneckenextruders extrudiert.To spin the fibers, 90 parts of polyethylene terephthalate granules and 10 parts of polyetherester granules were thoroughly mixed, dried and extruded by means of a twin-screw extruder.

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:It was a very good spin security recorded. The spun fibers were stretched 4.5 times as a result of the post-treatment. The dissolution of the polyether ester was carried out in the drawing bath at 80 ⁰ C and subsequent to the stretching during a longer wash at 95 ° C. After stressing at 140 ° C, hydrophilic polyester fibers were obtained with the following properties:

Titer: 0,40texTiter: 0.40tex

Festigkeit: 314mN/texStrength: 314mN / tex

Reißdehnung: 34%Elongation at break: 34%

Wasserrückhaltevermögen: 6,8% (Bestimmung erfolgte analog TGL 16650276 an einer Fiockeprobe)Water retention capacity: 6.8% (determination was carried out analogously to TGL 16650276 on a Fiockeprobe)

Claims

1. A process for preparing hydrophilic polyester fibers with the addition of water-soluble polymer compounds based on terephthalic acid, sodium sulfoisophthalic acid and multivalent alcohols and adding before spinning followed by dissolution, characterized in that the water-soluble polymer compound 5-20Gew .-% of a polyether ester, in addition to contains known acid components oligoethylene glycol and trimethylolpropane is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that the polyether ester 80-90 wt .-% terephthalic acid and 10-20Gew .-% sodium sulfoisophthalic acid, based on the acid component and 98.5-99.5Gew .-% oligoethylene glycol and 0.5 -1.5Gew .-% trimethylolpropane, based on the alcohol component.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the oligoethylene glycol of the general formula