DD300784A7

DD300784A7 - Verfahren zur herstellung von ultrafeinen faserstoffen

Info

Publication number: DD300784A7
Application number: DD31936488A
Authority: DD
Inventors: Werner Berger; Christian Vieth; Gerhard Schaller; Birgit Schwerdt
Original assignee: Univ Dresden Tech
Priority date: 1988-09-01
Filing date: 1988-09-01
Publication date: 1992-07-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ultrafeinen Faserstoffen durch Extrusion einer Folie auf der Basis der Matrix-Fibrillentechnologie, z.B. für die Syntheselederproduktion und die Herstellung von ultrafeinen Faserstoffen. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Verhältnis der Viskosität der Fibrillenkomponente(n) zu der der Matrixkomponente bei einer Schergeschwindigkeit von 100 1/s 2 bis 15 und das Abzugsverhältnis der Folie nach Verlassen der Düse 1:8 bis 1:15 beträgt. Bei Einhaltung dieser Bedingungen entstehen in der Folie ultrafeine Fasern mit dem bekannten kleinen Durchmesser von 1 bis 4 Mym. Der Effekt wurde bisher für Polyamid-6 mit einer Molmasse von ca. 28000 und für Polyethylenterephthalat mit einer Molmasse über 29000 als Fibrillenkomponenten, einzeln oder gemeinsam kombiniert mit Polyethylen oder Polypropylen als Matrixkomponenten nachgewiesen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Vorfahren zur Herstellung von ultrafeinen Faserstoffen mittel der Matrix-Fibrillentechnologie, z. B. für die Herstellung von Vliesstoffen und die Syntheselederproduktion.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Das wichtigste Verfahren zur Herstellung von ultrafeinen Faserstoffen stellt die Matrix-Fibrillen-Technologie dar. Dabei wird das Matrix-Fibrillensystem fast ausschließlich als Faden extrudiert. Hier wiederum werden 2 grundsätzliche Verfahren

unterschieden: Matrix-Fibrillen-Fädon mit endlosen Fibrillen und Matrix-Fibrillen-Fäden mit endlichen Fibrillen.

Nach dem zuerst genannten Verfahren stellt z. B. die japanische Fa. Torey Faserstoffe her (DE-AS 1949170). Als Matrixkomponente wird z. B. Polystyren (ca. 60%) und als Fibrillenkompononte Polyethylenterephthalat verwendet. Die Komponenten werden getrennt mit je einem Extruder einer Spezialdüse zugeführt. Es wird ein Faden mit einem Durchmesser

von 30-40μιη gesponnen. Die inneniiegenden Fibrillen sind von der Matrixkomponente umhüllt. Auch die „Diolen Ultra"-Faserder Enke AG wird nach diesem Verfahren hergestellt (Chemiefaser/Toxtilindustrie 1980, H. 6, S. 514-516). Polyester wird hier als

Fibrillenkomponente und Polyamid-6 als Matrixkomponente eingesetzt. Die Technologie ähnelt der bereits genannten. Mit

einem Heiß-Kalt-Schrumpfspalten werden die Fäden gespalten.

Der Nachteil dieser Verfahren besteht in der sehr aufwendigen Entwicklung von Spezialdüsen und Aufschmelzeinrichtungen. Außerdem iätder Faserquerschnitt nicht rund. Bei der Herstellung von Matrix-Fibrillen-Fäden mit endlichen Fibrillen dominiert d!e Fadenbildung mit herkömmlichen Spinndüsen nach erfolgter mechanischer Schnitzelmischung der Polymergranulf.to. Die Fibrillen werden durch Extraktion der Matrix mit einem selektiven Lösungsmittel bzw. durch pneumatisch-mechanische Spaltung erhalten. Die Fa. Kuraray stellt das Syntheseleder „Astrino" nach diesem Prinzip her (US-PS 3424604). Als Matrix wird Polystyren und als Fibrillenkomponente Polyamid-6 eingesetzt. Es werden Fibrillen mit einem Durchmesser yon 0,1-3 μνη erhalten. Für die Herstellung von Verbundwerkstoffen wird nach US-PS 3382305 Polyamid-6,6 als Matrix- und Polyethylenterephthalat als Fibrillenkomponente angewendet. Nach DE-CS 1913185 können ultrafeine Fasern mit endlosen Fibrillen abweichend von der Fadentechnologie auch durch Extrusion einer Folie hergestellt werden. Die Fibrillen- und die Matrixkomponente werden innerhalb eines dem Extruder

vorgeschalteten speziellen, sehr aufwendigen Mischers mehrfach (im Querschnitt gesehen) nebeneinander geschichtet unddann extrudiert.

Weiterhin wird der bekannte Effekt genutzt, daß einige Polymermischungen stark anisotrope Eigenschaften aufweisen, eine

hohe Längs- und eine geringe Querorientierung besitzen und hierdurch gut spaltbar sind. Zu diesen Mischungen gehören auch:

Eine Mischung von Polyethylen und Polyethylenterephthalat im Verhältnis von etwa 90:10 (Florofol des VEB Spinnstoffworke Glauchau), eine Mischung von Polypropylen und Polyamid im Verhältnis 90:10 und eine Mischung von Polypropylen und Polyolefin im Verhältnis von etwa 60:40. Diese Polymermischungen werden aus dem Extruder durch eine Breitschlitzdüse

gepreßt und mit einem Verhältnis von etwa 1 zu 4 zu Folien abgezogen.Sie werden zur Herstellung von Spinnfaserstoffeneingesetzt oder zu Folienbändchen gespalten.

Die nach diesem oder anderen ähnlichen Verfahren (zum Beispiel DE-OS 2044633 oder DD-PS 118904) in der Folie entstehenden Fibrillen haben zwar den Durchmesser, aber bei weitem nicht die Länge von Fasern. Diese Verfahren sind darum zur Herstellung ultrafeiner Faserstoffe nicht geeignet. Die Fibrillenkomponente hat lediglich den Zweck, die Spaltbarkeit der Folie zu verbessern. Form und Größe der Fibrillen sind von untergeordneter Bedeutung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ultrafeine Faserstoffe rationell herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von ultrafeinen Faserstoffen durch Extrusion einer Folie auf der Basis der Matrix-Fibrillentechnologio anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Verhältnis der Viskosität der Fibrillenkomponente(n) zu der der Matrixkomponente bei einer Schergeschwindigkeit von 1001/s 2 bis 15 und das Abzugsverhältnis der Folie nach Verlassen der Düse 1:8 bis 1:15 beträgt.

Bei Einhaltung dieser Bedingungen entstehen in der Folie ultrafeine Fasern mit dem bekannten kleinen Durchmesser von 1 bis 4 pm und Längen von über 2 mm bis etwa 20 mm. Der Effekt wurde bisher für Polyamid-6 mit einer Molmasse von ca. 28000 und für Polyethylenterephtalat mit einer Molmasse über 29000 als Fibrillenkomponenten, einzeln oder gemeinsam kombiniert mit Polyethylen oder Polypropylen als Matrixkomponenten'nachgewiesen. Dabei sind relativ hohe Viskositätsverhältnisse, wie in den Ausführungsbeispielen angegeben, einzuhalten.

Das Abzugsverhältnis liegt vorzugsweise bei 1:10. Bei einem Abzugsverhältnis von 1:13 wird in etwa das gleiche Ergebnis erreicht. Mit einem noch wesentlich größeren Abzugsverhältnis wird die Zahl der Fasern je Längeneinheit durch den dann zu kleinen Querschnitt der Primärfolie zu gering. Bei einem niedrigen Abzugsverhältnis (kleiner 1:8) werden nur Schichtenstrukturen oder Fibrillen mit einem Durchmesser größer 8Mm erhalten. Bei einem für die Herstellung spaltbarer Folien üblichen Abzugsverhältnis von 1:4 wurde beispielsweise im System Polyethylen mit einer Dichte von 0,910-0,919g/cm³ und einem Schmelzindex von 17,1-25g/10min und Polyethylenterephthalat mit einer spezifischen Viskosität S_v von 1200 nur ein Fibrillendurchmesser ovn 6-10pm erzielt.

Unterhalb eines Viskositätsveihältnisses von etwa 2 entstehen kaum noch ultrafeine Fasern. Es werden nur sehr kleine kugelförmige Teilchen ohne Fasercharakter erzeugt. Bei einem Viskositätsverhältnis von beispielsweise 1,6 im System Polyethylen mit den obigen Parametern und Polyethylenterephtalat mit einer spezifischen Schmelzviskosität S„ von 900 werden bei einem Durchmesser von 4-8pm und bei einem Abzugsverhältnis von 1:10 kugelförmige Teilchen mit einem Durchmesser von 2-4pm erhalten. Hieran wird deutlich, daß das Einhalten beider Parameter, Abzugs- und Viskositätsverhältnis, notwendig ist, um die erfindungsgemäße Wirkung zu erzielen. Nach oben ist das Viskositätsverhältnis im wesentlichen von den Qualitätsparametern der herstellbaren Polymere begrenzt.

Es können übliche Mischungsverhältnisse der Matrix- zur Fibrillenkomponente von vorzugsweise 80:20 bis 60:40 bei Zweierkombinationen bzw. von 80:10:10 bis 60:20:20 bei Dreierkombinationen, d. h. mit zwei Fibrillenkomponenten, und entsprechende Zwischenstufen der Mischungsverhältnisse hergestellt werden.

Die Fibrillen können durch Extraktion der Matrix in einem selektiven Lösungsmittel oder anderweitig freigelegt werden.

Als Lösungsmittel für die Matrixkomponente können Dekalin und Xylen verwendet werden. Es wird heiß gelöst. Die Lösungsmittel haben den Vorteil, daß die Matrixkomponente in Kälte fast vollständig wieder ausfällt und so relativ einfach zurückgewonnen werden kann.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1:

Granulate eines Polyethylene mit einer Dichte von 0,910-0,919g/cm³, einem hohen Verzweigungsgrad und einem Schmelzindex von 17,1-25g/10min als Matrixkomponente, eines Polyethylenterephthalats mit einer spezifischen Viskosität S_v von 1200 und einer Molmasse von ca. 34800 als Fibrillenkomponente und eines Polyamids-6 mit einer spezifischen Lösungsviskosität Ly von 3,46 und einer Molmasse von ca. 28000 als weitere Fibrillenkomponente wurden im Verhältnis von etwa 80:10:10 (Ma.-%) gemischt und durch eine Breitschlitzdüse (100 x 0,4mm²) extrudiert. Das Verhältnis der Viskosität der Fibrillenkomponente zu der der Matrixkompomnte betrug bei einer Schergeschwindigkeit von 1001/s für Polyethylenterephthalat als Fibrillenkomponente 11 und für Polyamid-6 3,2. Die Folie wurde unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Breitschlitzdüse mit einem Ventilator abgekühlt und lief anschließend über ein Walzensystem durch ein Wasserbad von 18⁰C mit einem Abzugsverhältnis von 1:10. Als Lösungsmittel für die Matrixkomponente wurden Dekalin und Xylen verwendet. Die Fibrillen hatten einen Durchmesser von 1-4 pm.

Beispiel 2:

Das zweite Beispiel unterscheidet sich vom ersten nur hinsichtlich des Mischungsverhältnisses der Granulate. Es betrug nach der im ersten Beispiel genannten Reihenfolge 70:15:15. Die Fibrillen hatten einen Durchmesser von 1-3

Beispiel 3:

Das dritte Beispiel unterscheidet sich vom ersten nur hinsichtlich des Mischungsverhältnisses der Granulate. Es betrug nach der im ersten Beispiel genannten Reihenfolge 60:20:20. Die Fibrillen hatten einen Durchmesser von 2-4Mm.

Beispiel 4:

Granulate eines Polyäthylens mit einer Dichte von 0,910-0,919 g/cm³, einem hohen Verzweigungsgrad und einem Schmelzindex von 17,1-25g/10min als Matrixkomponente und eines Polyethylenterephthalats mit einer spezifischen Viskosität S_v von 1200 und einer Molmasse von ca. 34800 als Fibrillenkomponente wurden im Verhältnis von etwa 80:20 (Ma.-%) gemischt und durch eine Breitschlitzdüse (100 χ 0,4mm²) extrudiert. Das Verhältnis der Viskosität der Fibrillenkomponente zu der der Matrixkomponente betrug bei einer Schergeschwindigkeit von 1001/s 11. Die Folie wurde unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Breitschlitzdüse mit einem Ventilator abgekühlt und lief anschließend über ein Walzensystem durch ein Wasserbad von 18⁰C mit einem Abzugsverhältnis von 1:10. Als Lösungsmittel für die Matrixkomponente wurden Dekalin und Xylen vorwendet. Die Fibrillen hatten einen Durchmesser von 1- 3pm.

Beispiel 5:

Das fünfte Beispiel unterscheidet sich vom vierten nur hinsichtlich des Abzugsverhältnisses. Es wurde mit einem Abzugsvorhältnis von 1:13 gearbeitet. Die Fasern hatten etwa gleiche Qualität.

Beispiele:

Das sechste Beispiel unterscheidet sich vom vierten nur hinsichtlich des Abzugsverhältnisses. Es wurde mit einem Abzugsverhältnis von 1:15 gearbeitet. Die Fasern hatten etwa gleiche Qualität. Je Längoneinheit sind bei gleicher Schlitzbreite bereits spürbar weniger Fasern enthalten.

Beispiel 7:

Das siebente Beispiel unterscheidet sich vom vierten durch den Einsatz eines Polyethylenterephthalats mit einer spezifischen Viskosität S_v von 1100 und einer Molmassee von ca. 30000 als Fibrillenkompononte. Das Verhältnis der Viskosität der Fibrillenkomponente zu der der Matrixkomponente betrug bei einer Schergeschwindigkeit von 1001 /s 8. Die Fasern hatten etwa gleiche Qualität.

Beispiel 8:

Granulate eines Polyethylene mit einer Dichte von 0,910-0,919 g/cm³, einem hohen Verzweigungsgrad und einem Schmelzindex von 17,1-25g/10min als Matrixkomponente und eines Polyamids-6 mit einer spezifischen Lösungsviskosität L_v von 3,46 und einer Molmasse vcn ca. 28C00 als Fibrillenkomponente wurden im Verhältnis von etwa 80:20 (Ma.-%) gemischt und durch eine Breitschlitzdüse (100x 0,4 mm²) extrudiert. Dac Verhältnis der Viskosität der Fibrillenkomponente zu der der Matrixkomponente betrug bei einer Schergeschwindigkeit von 1001/s 3,2. Die Folie wurde unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Breitschlitzdüse mit einem Ventilator abgekühlt und lief anschließend übor ein Walzensystem durch ein Wasserbad von 18⁰C mit einem Abzugsverhältnis von 1:10. Als Lösungsmittel für die Matrixkomponente wurden Dekalin und Xylen verwendet. Die Fibrillen hatten einen Durchmesser von 1,5bis3Mnr..

Beispiel 9:

Granulate eines Isotaktischen Polypropylens mit einer Dichte von 0,900-0,920g/cm³ und einem Schmelzindex von 2,4-4g/ 10min als Matrixkomponente, eines Polyethylenterephthalats mit einer spezifischen Viskosität S_v von 1200 und einer Molmasse von ca. 34800 als Fibrillenkomponente und eines Poiyamids-6 mit einer spezifischen Lösungsviskosität L_v von 3,46 und einer Molmasse von ca. 28000 als weitere Fibrillenkomponente wurden im Verhältnis von etwa 80:10:10 (Ma.-%) gemischt und durch eine Breitschlitzdüse (100 χ 0,4mm²) extrudiert. Das Verhältnis der Viskosität der Fibrillenkomponente zu der der Matrixkomponente betrug bei einer Schergeschwindigkeit von 1001/s für Polyethylenterephthalat als Fibrillenkomponente 5,3 und für Polyamid-6 2,9. Die Folie wurde unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Breitschlitzdüse in einem Wasserbad von 18⁰C abgekühlt. Durch die sofortige Abkühlung im Wasserbad bilden sich in der Folie viele kleine Kristalle, die beim Reckprozeß zu einer erhöhten Festigkeit der Folie führen. Das Abzugsverhältnis lag bei 1:10. Als Lösungsmittel für die Matrixkomponente wurden Dekalin und Xylen verwendet. Dia Fibrillen hatten einen Durchmesser von 1 bis4pm. ,

Beispiel 10:

Granulate eines isotaktischen Polypropylens mit einer Dichte von 0,900-0,920g/cm³ und einem Schmelzindex von 2,4-4g/ 10min als Matrixkomponente und eines Polyethylenterephthalats mit einer spezifischen Viskosität S_v von 1200 und einer Molmasse von ca. 34800 als Fibrillenkomponente wurden im Verhältnis von etwa 80:20 (Ma.-%) gemischt und durch eine Breitschlitzdüse (100x 0,4 mm²) extrudiert. Das Verhältnis der Viskosität der Fibrillenkomponente zu der der Matrixkomponente betrug bei einer Schergeschwindigkeit von 1001/s 5,3. Die Folie wurde unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Breitschlitzdüse in einem Wasserbad von 18⁰C abgekühlt. Durch die sofortige Abkühlung im Wasserbad bilden sich in der Folie Viele kleine ' Kristalle, die beim Reckprozeß zu einer erhöhten Festigkeit der Folie führen. Das Abzugsverhältnis lag bei 1:10. Als Lösungsmittel für die Matrixkomponente wurden Dekalin und Xylen verwendet. Die Fibrillen hatten einen Durchmesser von 1 bis 3μιη.

Beispiel 11:

Grarulate eines isotaktischen Polyproylens mit einer Dichte von 0,900-0,920 g/cm³ und einem Schmelzindex von2,4-4 g/10min als Matrixkomponente und eines Polyamids-6 mit einer spezifischen Lösungsviskosität L_v von 3,46 und einer Molmasse von ca. 28000 als weitere Fibrillenkomponente wurden im Verhältnis von etwa 80:20 (Ma.-%) gemischt und durch eine Breitschlitzdüse (100 x 0,4 mm²) extrudiert. Das Verhältnis der Viskosität der Fibrillenkomponente zu der der Matrixkomponente betrug bei einer Schergeschwindigkeit von 1001/s 2,9. Die Folie wurde unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Breitschlitzdüse in einem Wasserbad von 18⁰C abgekühlt. Durch die sofortige Abkühlung im Wasserbad bilden sich in der Folie viele kleine Kristalle, die beim Reckprozeß zu einer erhöhten Festigkeit der Folie führen. Das Abzugsverhältnis lag bei 1:10. Als Lösungsmittel für die Matrixkomponente wurden Dekalin und Xylen verwendet. Die Fibrillen hatten einen Durchmesser von 1 bis 3pm.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von ultrafeinen Faserstoffen durch Extrusion einer Folie auf der Basis der Matrix-Fibrillentechnologie, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis der Viskosität der Fibrillenkomponente(n) zu der der Matrixkomponente bei einer Schergeschwindigkeit von 1001 /s 2 bis 15 und das Abzugsverhältnis der Folie nach Verlassen der Düse 1:8 bis 1:15 beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Primärfolie 20-30 μιη dick ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Abzugsverhältnis etwa 1:10 beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Fibrillenkomponente Polyethv '"nterephthalat mit einer Molmasse größer 29000 eingesetzt wird.

5. Verfahre ndch Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Fibrillenkomponente Polyamid-6 mit einer Molmasse von etwa 28000 eingesetzt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4 oder/und 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Matrixkomponente Polyethylen eingesetzt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4 oder/und 5, gekennzeichnet dadurch, daß als Matrixkomponente Polypropylen eingesetzt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 6/ gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis der Viskosität der Fibrillenkomponente zu der der Matrixkomponente bei einer Schergeschwindigkeit von 1001/s etwa 8-12 beträgt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6 oder 5 und 7, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis der Viskosität der Schergeschwindigkeit von 1001 /s etwa 3 beträgt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 7, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis der Viskosität der Fibrillenkomponente zu der der Matrixkomponente bei einer Schergeschwindigkeit von 100 1/s etwa 5 beträgt.