DE10101627B4

DE10101627B4 - Textilfasermaterial mit permanenter Phobierwirkung

Info

Publication number: DE10101627B4
Application number: DE10101627A
Authority: DE
Inventors: Michael Eisele
Original assignee: C Cramer Weberei Heek-Nienborg & Co KG GmbH; CRAMER WEBEREI C
Current assignee: C Cramer Weberei Heek-Nienborg & Co KG GmbH; CRAMER WEBEREI C
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: ES2239711T3; US20090214862A1; PT1356141E; EP1356141B1; EP1356141A1; DE50203271D1; ATE296911T1; DE10101627A1; US20070126143A1; US20040004305A1; WO2002063078A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Textilfaser, welche eine permanente Phobierwirkung aufweist, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
– Bereitstellen einer verspinnbaren Polymerkomponente (1) und einer ambivalenten Polymerverbindung (2), die eine Phobiergruppe (2.1) und eine zur verspinnbaren Polymerkomponente (1) affine Restgruppe (2.2) enthält,
– Mischen der ambivalenten Polymerverbindung (2) mit der verspinnbaren Polymerkomponente (1) in einem Lösungsmittel und
– Ausspinnen des Gemisches, wobei sich die Phobiergruppen (2.2) in Richtung der Oberfläche der entstehenden Faser orientieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Textilfaser mit permanenter Phobierwirkung und auf eine Verwendung einer solchen Textilfaser.
Textilmaterialien mit Phobiereigenschaften, insbesondere zur Abweisung von Öl, Wasser und Schmutz sind aus dem Stand der Technik bekannt. So ist in der EP 0 377 813 ein Verdeckstoff für Kraftfahrzeuge beschrieben, wo zur Erzielung der Phobiereigenschaften das Obergewebe mit einem Phobiermittel, hier ein Polymer auf Basis von Fluorpolymeren, ausgerüstet wird. Weiterhin bekannt sind Fluorwachse, z.B. Imprägniersprays für Bekleidungstextilien, die auf die Faseroberfläche aufgesprüht werden. Nachteilig ist jedoch, dass diese Phobiermittel mit der Zeit wieder abgetragen werden, da sie keine dauerhafte feste Verbindung zur Faseroberfläche besitzen.
Bekannte und in DE 33 33 457 offenbarte Fluorcarbon-Systeme als Phobiermittel sind mit Harzgruppen (Melaminharze, Polyisocyanate) versehen, welche mit sich selbst vernetzen können. Dies führt dazu, dass nach der Beschichtung der Faser mit diesen Fluorcarbonen die Faser von einem aus den Harzgruppen gebildeten Netz eingehüllt wird (siehe 3). Die Fluorcarbongruppen ragen aus diesem Netz heraus und entfalten ihre abstoßende Wirkung z.B. gegen Wasser oder Schmutz. Derartige Fluorcarbone kommen beispielsweise bei Autoverdeckstoffen zum Einsatz und haben sich durchaus bewährt. Nachteilig ist, dass der beschriebene Phobiereffekt beim Gebrauch der Autoverdeckstoffe, z.B. durch Abtrieb bei Fahrtwind, durch Friktion von Staub, durch Faltvorgänge und andere Umwelteinwirkungen gemindert wird oder gänzlich verloren geht. Das die Faser umhüllende Netz kann nämlich durch die beschriebenen Einflüsse aufreißen. Damit löst sich das Phobiermittelsystem teilweise sogar großflächig vom Faserprodukt ab. Dies führt auch zu einer verstärkten Schmutzanhaftung und damit zu einem unschönen Aussehen des Verdeckstoffs. Das wird derzeit insbesondere dadurch überdeckt, dass nur dunkle Verdeckstoffe Anwendung finden. Gewünscht sind jedoch gerade in diesem Anwendungsbereich farbige Faserprodukte, passend zur Lackfarbe eines Kraftfahrzeuges.
Des Weiteren wird in der US 6,063,474 eine thermoplastische Faser, insbesondere Polyolefinfaser beschrieben, wobei in die Polyolefinschmelze vor der Schmelzextrusion Fluorcarbonester eingebracht wird. Diese eingelagerten Fluorcarbonester können, wenn es ihre Natur erlaubt, sich an der Oberfläche konzentrieren und damit Phobierwirkungen entfalten. Da sowohl die Fluorcarbongruppe als auch die zum Ester zugehörige Kohlenwasserstoffgruppe keine Verbindung mit der Thermoplastfaser eingeht, wird das Phobiermittel in diesem Fall ebenso rein mechanisch in der Fasermasse gehalten. Eine dauerhafte Phobierwirkung ist nicht zu erwarten.
Das Patent US 5 459 188 beschreibt eine Schmelzextrusion von Polymerzusammensetzungen. Diese Polymerzusammensetzungen bestehen aus einer Mischung einer verspinnbaren Komponente (Polypropylen, Polyäthylen, Polyamid, Polyester) und einem Fluorcarbon. Das entstehende Produkt dieser Schmelzextrusion besitzt Phobierwirkung. Nachteilig bei der Schmelzextrusion ist, dass die Flurcarbonkomponente aufgrund der homogenen Verteilung in der Schmelze auch in der entstehenden Faser gleichmäßig über den Querschnitt verteilt vorliegt und nur der Anteil der Fluorcarbone, die sich an der Oberfläche befinden, zur Phobierwirkung beiträgt. Des Weiteren ist die Schmelzextrusion auch nicht auf alle verspinnbaren Polymere anwendbar. Eine Polyacrylnitrilfaser lässt sich durch Schmelzextrusion nicht herstellen.
Das Patent DE 696 12 112 T2 betrifft ebenfalls eine Faserherstellung auf „trockenem Wege", nämlich durch Schmelzblasverfahren bzw. Schmelzextrusionen. In diesem Fall werden fluorierte Polyester mit einer verspinnbaren Polymerkomponente (Polyolefin, Polyamid, Polyacrylat, Polyester) gemischt und die homogene Mischung beispielsweise schmelzextrudiert. Die Nachteile dieser Schmelzextrusion wurden oben bereits genannt. Diese Nachteile treffen für das Schmelzblasverfahren in gleicher Weise zu.
Das Patent DE 693 29 232 T2 beschreibt ebenfalls eine Schmelzextrusion. Die Polymerschmelze besteht aus einer thermoplastischen Polymerkomponente (Polyamid, Polyester, Polyolefin oder Polyurethan) und einem Fluorcarbon. Auch hier sind die Nachteile der Schmelzextrusion anzuführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erzielung einer dauerhaften Phobierwirkung bei einem Faserprodukt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Textilfaser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erzielt. Wesentliches Merkmal der Erfindung ist die ambivalente Polymerkomponente, die aus zwei unterschiedlichen Gruppen zusammengesetzt ist, einerseits der Phobiergruppe und andererseits der zur Fasermatrix hin affinen Restgruppe. Im Gegensatz zu dem bekannten oben beschriebenen substantiven Systemen, die an der Faseroberfläche aufliegen, ist die Phobiergruppe in diesem Fall über die affine Restgruppe mit dem Faserpolymer verbunden. Ein Abrieb der Phobiergruppe ist kaum möglich, da gleichzeitig die affine Restgruppe aus dem Faserpolymerverbund herausgerissen werden müsste. Weitere Vorteile und Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Als Phobiergruppen sind insbesondere Fluorcarbongruppen vorgesehen, es sind jedoch auch Silikon-Polymere denkbar.
Die affine Restgruppen sind Gruppen, die eine deutliche Affinität zu dem Faserpolymer aufweisen, soll beispielsweise eine Polyacrylnitrilfaser hergestellt werden, werden ambivalente Polymerkomponenten mit Nitrilgruppen als affine Restgruppen bevorzugt. Bei der Verwendung anderer Faserpolymere (Polyamiden, Polyacrylaten, u.a.) wären entsprechend der chemischen Struktur des Faserpolymers die affinen Restgruppen für die ambivalente Polymerkomponente auszuwählen.
Eine Zusammensetzung aus einer verspinnbaren Polymerkomponente und einer ambivalenten Polymerverbindung, wobei die affine Restgruppe der ambivalenten Polymerverbindung eine Affinität zur verspinnbaren Polymerkomponente aufweist, kann zur Herstellung von Textilfasermaterial, wie beispielsweise Monofilamenten, Multifilamenten, Fasern. Garne oder Flächengebilde verwendet werden. Dies wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
1a bis 1c verschiedene Stufen des erfindungsgemäßen Herstellungsprozesses einer Textilfaser,
2 eine nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Textilfaser im Schnitt und
3 eine Textilfaser aus dem Stand der Technik im Schnitt.
Die 1a zeigt eine erfindungsgemäße Zusammensetzung. Die zwei bereitgestellten wesentlichen Komponenten zur Herstellung einer Textilfaser mit permanenter Phobierwirkung, nämlich die verspinnbare Polymerkomponente 1 und die ambivalente Polymerverbindung 2 werden vermischt. Die ambivalente Polymerverbindung 2 weist zwei unterschiedliche Gruppen auf, einerseits die Fluor enthaltende Polymerkette als Phobiergruppe 2.1, beispielsweise Polytretafluorethylen und andererseits besitzt die ambivalente Polymerverbindung 2 am anderen Ende eine affine Restgruppe 2.2. Diese affine Restgruppe 2.2 hat die Fähigkeit in Wechselwirkung mit dem Faserpolymer 1 zu treten. Als Faserpolymer 1 ist in 1a Polyacrylnitril vorgesehen und als affine Restgruppe 2.2 ein Kohlenwasserstoff mit Nitrilgruppen. Beide Polymerkomponenten 1 und 2 sind im vorliegenden Beispiel in einem Lösungsmittel 3, insbesondere einem Polyalkohol, wie beispielsweise Polyetherglykol gelöst. Der Anteil der Polymerkomponenten 1 und 2 im Lösungsmittel beträgt ca. 20 bis 30 Gew%. Nach dem Mischen der Komponenten 1 und 2 erfolgt das Ausspinnen des Gemischs, wobei das Lösungsmittel ausgetrieben wird. Die Phobiergruppen 2.1, die vom Faserpolymer 1 abgestoßen werden, orientieren sich bereits in Pfeilrichtung 4, d.h. in Richtung Faseroberfläche (1b). Die Restgruppen 2.2 verlangsamen diesen Prozess aufgrund Ihrer Affinität zum Faserpolymer 1. In 1c ist die ausgesponnene Faser zu sehen. Die Phobiergruppen 2.1 ragen aus der Oberfläche 5 der Faser 6 heraus.
Zwischen dem Faserpolymer 1, dem Polyacrylnitril und den Nitrilgruppen der affinen Restgruppe 2.2 bestehen van der Waal'sche-Wechselwirkungen, wodurch die ambivalente Polymerverbindung 2 im Faserverbund gehalten wird. Abhängig vom Gewichtsanteil der Polymerverbindung 2 in der Faser 6, bevorzugt werden 10 bis 15 Gew%, können sich natürlich auch noch Polymerverbindungen 2 innerhalb der Faser befinden, wie dies in 2 angedeutet ist. Diese können erst an die Oberfläche 5 nachrücken, wenn an der Oberfläche 5 ein Platz frei ist.
Auch wenn dies aus den Figuren nicht so deutlich wird, die Faser 6 weist umfangseitig, d.h. auf ihrer gesamten Oberfläche 5, Polymergruppen 2.2 mit Phobiereigenschaften auf.
Vergleicht man nun diese erfindungsgemäße Faser aus 2 mit dem Stand der Technik, dargestellt in 3, so wird der wesentliche Unterschied deutlich. Auch bei der bekannten phobierten Faser ragen Fluorcarbone 7.1 von der Oberfläche 5 der Faser 1 ab und entfalten die Phobierwirkung. Endständig befinden sich jedoch keine Gruppen, die in der Fasermasse gehalten werden, sondern eine Harzkomponente 7.2, die mit sich selbst reagiert und das die Faser 6 umspannende Netz 8 bildet. Durch äußere Einflüsse ist es möglich die Polymerverbindung 7 mit der Phobiergruppe 7.1 aus dem Netz herauszulösen, oder gar Teile des Netzes von der Faser abzureißen. Die Faser ist an diesen Stellen dann ferner schmutzanfällig.
Bei der erfindungsgemäßen Faser 6 (2) ist dies nicht und schon gar nicht in diesem Ausmaß möglich, da die ambivalente Polymerverbindung 2 über die Gruppen 2.2 mit der Fasermasse 1 verbunden ist.
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Faser, vorbeschrieben ein Nassspinnverfahren durch Lösungsmittelaustreibung, ist auch auf anderem Wege möglich. Beispielsweise kann die Faser aus einem Fällungsbad mit anschließendem Ausspinnen oder über ein Trockenspinnverfahren erzielt werden.
Die zur Herstellung der Textilfasern eingesetzten Zusammensetzungen aus Polymerkomponente 1 und ambivalenter Polymerverbindung 2 können je nach Einsatzgebiet der Fasern weitere Additive enthalten. Bei Bekleidungstextilien und Stoffen für die Kraftfahrzeugindustrie sind ferner farbige Fasern gewünscht. Der erfindungsgemäßen Zusammensetzung werden in solchen Fällen entsprechende Farbpigmente zugemischt. Für andere Anwendungen sind Beimischungen von Stabilisatoren, Quencher, Gleitmitteln oder keramische bzw. metallische Verstärkungsfasern denkbar.

1: Faserpolymer
2: ambivalente Polymerkomponente
2.1: Phobiergruppe
2.2: affine Gruppe
3: Spinnlösung
4: Pfeil in Richtung Oberfläche
5: Faseroberfläche
6: Faser
7: Phobiermittel (Stand der Technik)
7.1: Phobiergruppe
7.2: Vernetzungsgruppe
8: Polymernetz von 7

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Textilfaser, welche eine permanente Phobierwirkung aufweist, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte – Bereitstellen einer verspinnbaren Polymerkomponente (1) und einer ambivalenten Polymerverbindung (2), die eine Phobiergruppe (2.1) und eine zur verspinnbaren Polymerkomponente (1) affine Restgruppe (2.2) enthält, – Mischen der ambivalenten Polymerverbindung (2) mit der verspinnbaren Polymerkomponente (1) in einem Lösungsmittel und – Ausspinnen des Gemisches, wobei sich die Phobiergruppen (2.2) in Richtung der Oberfläche der entstehenden Faser orientieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 20 Gew% der ambivalenten Polymerverbindung (2) bezogen auf die Gesamtmenge der bereitgestellten Polymerkomponenten, nämlich der verspinnbaren Polymerkomponente (1) und der ambivalenten Polymerverbindung (2), eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 20 bis 30 Gew% an bereitgestellten Polymerkomponenten, nämlich der verspinnbaren Polymerkomponente (1) und der ambivalenten Polymerverbindung (2), im Lösungsmittel dispergiert und gelöst werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch weitere Additive, wie Lichtstabilisatoren, Quencher oder Farbpigmente, zugesetzt werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine ambivalente Polymerverbindung (2) mit Fluorcarbongruppen als Phobiergruppen (2.1) und mit Nitrilgruppen als affine Restgruppe (2.2) eingesetzt wird, welche mit einem Polyacrylnitrilpolymer als verspinnbare Polymerkomponente (1) vermischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die entstehende Faser zu einem Monofilament, einem Multifilament, einer Spinnfaser, einer Stapelfaser, einem Garn oder einem Flächengebilde weiterverarbeitet wird.
Verwendung der Textilfaser, welche eine permanente Phobierwirkung aufweist, für Bekleidungstextilien oder technische Textilien, beispielsweise für die Kraftfahrzeugindustrie.