DE102011110154A1

DE102011110154A1 - Verfahren zur herstellung von oberflächenmodifizierten polyolefin-garnen, die danach erhältlichen polyolefingarne sowie deren verwendung

Info

Publication number: DE102011110154A1
Application number: DE102011110154A
Authority: DE
Inventors: Rainer Gutmann; Winfried Schuler; Rolf Neupert
Original assignee: Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Stuttgart
Current assignee: Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Stuttgart
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2013-02-14
Also published as: WO2013023985A3; EP2742174B1; EP2742174A2; WO2013023985A2

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung von aus wässrigen Färbeflotten färbbaren, oberflächenmodifizierten Polypropylengarnen. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass die Filamentgarne aus handelsüblichem Standard PP während der Fadenbildung im Schmelzspinnprozess eine Behandlung mit einer Wasserstoffperoxidlösung erfahren. Ferner betrifft die Erfindung nach diesem Verfahren erhältliche Polyolefingarne sowie die Verwendung dieser Polyolefingarne zur Herstellung von textilen Flächengebilden, wobei ein vorteilhaftes anschließendes Färben mit Küpenfarbstoffen möglich ist. Die angesprochene Behandlung bzw. der Veredlungsschritt, der nach dem Stand der Technik normalerweise in der Produktionskette viel später erfolgt, liefert somit ohne einen zusätzlichen, nachgeschalteten Behandlungsschritt, wie z. B. durch Plasmabehandlung sowie ohne irgendeinen anderen zusätzlichen Energieeintrag, ein hydrophiliertes Filamentgarn. Dies kann in gleicher Weise wie bisher in der industriellen Praxis verarbeitet und veredelt werden. Die erfindungsgemäß erhaltenen Textilien zeigen ohne die Nachbehandlung des Standes der Technik eine wünschenswerte Färbbarkeit. Diese kann ohne weitere Vorbehandlung mittels einer Küpenfärbung nach dem Thermosolverfahren in tiefen Tönen erreicht werden und besitzt dabei gleichzeitig die bekannt hohe Lichtechtheit der Küpenfärbungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aus wässrigen Färbeflotten färbbaren, oberflächenmodifizierten Polyolefingarnen, die nach diesem Verfahren erhältlichen Polyolfingarne sowie deren Verwendung zur Herstellung von textilen Flächengebilden.
Es ist bekannt, dass unmodifiziertes Polypropylen schwer zu färben ist, da es aufgrund seiner unpolaren Struktur nur schlecht von einer wässrigen Färbeflotte benetzt wird, wodurch der Übergang des Farbstoffs aus der flüssigen Phase in den polymeren Feststoff behindert ist. Hinzu kommt, dass der eindiffundierte Farbstoff nur schwache van-der-Waalssche Wechselwirkungen zum Polymer aufbauen kann.
Der jährlich weltweit noch immer steigende Bedarf an Textilien aus Polypropylen (PP) wäre in dieser Form sicherlich nicht festzustellen, wäre es nicht gelungen, das ursprünglich nicht funktionalisierte, wasserabweisende Faserpolymer zumindest an der Faseroberfläche so zu modifizieren, dass als Folge davon Veredlungs- und Gebrauchseigenschaften resultieren, die mit Fasern aus anderen polymeren Rohstoffen vergleichbar sind. Verbesserte Wechselwirkungsmöglichkeiten der PP-Fasern mit ihrer unmittelbaren – meist wässrigen – Umgebung an deren Oberfläche erlangen aber nicht erst für den Verbraucher eine kaufentscheidende Bedeutung, sondern sind bereits bei der Herstellung, Weiterverarbeitung und Veredlung von PP-Garnen bzw. Textilien von unschätzbarem Vorteil.
Aus diesem Grund lag und liegt der Fokus bei der Weiterentwicklung von PP-Garnen noch immer auf der Funktionalisierung. Diese erfolgt entweder am polymeren Rohstoff d. h. am chemischen Grundgerüst und ist damit in der Faser über deren gesamtes Volumen verteilt. Oder sie wird nur an der Faseroberfläche durchgeführt, was auf die Strukturbildung in der Faser und die dadurch bedingten mechanisch-physikalischen Eigenschaften im Gegensatz zur ersteren Variante keinen entscheidenden Einfluss hat. Bezahlt man mit einer Modifizierung des gesamten Rohstoffs für einen lediglich an der Faseroberfläche benötigten Effekt im Verhältnis zu viel, so benötigt dem gegenüber eine Modifizierung, die ausschließlich an der Faseroberfläche durchgeführt wird, in der Regel einen zusätzlichem Prozessschritt, der natürlich mit entsprechenden Energie- und Anlagekosten verbunden ist.
Dieser zusätzliche Prozessschritt wird nach dem heutigen Stand der Technik u. a. dadurch erreicht, dass durch Einwirkung energiereicher Strahlung im Wesentlichen an der Polymeroberfläche reaktionsfähige Radikale erzeugt werden. Diese können z. B. mit Sauerstoff oder mit Sauerstoff enthaltenden Verbindungen, im einfachsten Falle Wasser, reagieren und führen so zur Bildung von Hydroxygruppen an der PP-Oberfläche. Als Quellen zur Eintragung der nötigen Strahlungsenergie in das Textil werden dazu heute vielfach UV-, Röntgen- oder γ-Strahlen sowie Elektronenstrahlen (β-Strahlung) eingesetzt. Daneben werden aber auch häufig Behandlungen mit verschiedenen Gas-Plasmen durchgeführt, die je nach eingesetztem Gas neben Hydroxygruppen auch andere reaktionsfähige funktionelle Gruppen erzeugen können. Allen Verfahren gemeinsam ist, dass sie in der Regel am fertigen Textil angewendet werden und dass dafür eine spezielle Anlage zur Strahlen- bzw. Plasmabehandlung benötigt wird. Dies stellt heute ein zunehmendes Wirtschaftlichkeitsproblem dar, dem begegnet werden muss, auch wenn unabhängig davon diese Technik in der Lage ist, ein breites Spektrum interessanter Oberflächeneigenschaften zu erzeugen. Hierzu zählen beispielsweise die Verbesserung der Benetzbarkeit, der Hydrophilie, der Antistatik, der Färbbarkeit oder der Haftung an der Polymergrenzfläche. Diese Eigenschaftsverbesserungen sind daher auch stets Inhalt und Zielrichtung aller Ansätze, die unabhängig von der angewandten Methode zunächst funktionelle (reaktive) Gruppen auf der PP-Oberfläche generieren, die dann häufig dazu genutzt werden niedermolekulare Verbindungen oder Oligomere/Polymere chemisch zu binden bzw. zu pfropfen.
Die erwähnten unterschiedlichen Ansätze lassen sich nach ihrer verwendeten Methodik in physikalisch bzw. chemisch initiierte Verfahren einteilen. So werden nach ersterem z. B. PP-Faser einer UV- oder auch kurzwelligerer Strahlung ausgesetzt, wobei entlang der Polymerkette Radikale erzeugt werden, die dann in unterschiedlichen Folgereaktionen unter Bildung polarer, funktioneller Gruppen oder auch leicht flüchtiger, niedermolekularer Verbindungen abreagieren (S. Aslanzadeh, M. Haghighat Kish "Photo-oxidation of polypropylene fibers exposed to short wavelength UV radiations", Fibers and Polymers (2010), 11(5), 710–718). In vielen praktischen Anwendungen wird die Strahlungsbehandlung des Polymers in Gegenwart von Luft, Singlett-Sauerstoff oder Ozon (R. L. Clough, K. T. Gillen, "Polymer degradation under ionizing radiation: The role of ozone", Journal of Polymer Science: Part A-1 27(1989), 2313–2324). durchgeführt, was die Ausbeute an funktionellen Gruppen erhöht, auf der anderen Seite eine Reaktionskontrolle aber schwieriger macht. Dies kann gerade die kontrollierte Veränderung der Oberflächeneigenschaften schwierig gestalten. Die spektroskopischen Methoden (FTIR, NMR, MS), die zur Identifizierung der erzeugten Gruppen eingesetzt wurden, ergaben, dass Alkohol-, Peroxid-, Keton-, Aldehyd-, Ester-, Perester-, Carbonsäure- und Anhydridgruppen gebildet werden. Zu den auch mengenmäßig bedeutendsten zählen die Alkohol-, Peroxid- und Carbonyl-Funktionen, die nicht nur zur Reaktion mit entsprechenden Veredlungschemikalien genutzt werden können, sondern die sich auch mittels nass-chemischer Analyse nachweisen lassen (D. Knittel, E. Schollmeyer, "Functional group analysis on oxidized surfaces of synthetic textile polymers", Talanta (2008), 76(5), 1136–1140).
Naturgemäß führt jeder Polymerabbau, auch wenn er nur an der Oberfläche einer Faser stattfindet, zu strukturellen Veränderungen und zu einem Verlust an mechanischen Eigenschaften ( EP 1825052 , ”Gefärbte Polyolefinfasern, deren Verwendung sowie Verfahren zu deren Herstellung”). Das Ausmaß dieser Veränderungen hängt dabei auch von der im Polymer vorhandenen Struktur ab. So führt die UV-Behandlung eines unorientierten oder wenig orientierten PP-Garns in Luft zu einer deutlichen Erniedrigung der Bruchdehnung während ein verstreckter PP-Faden keine Veränderung zeigt (Y. J. Hwang, J. S. An, M. G. McCord, S. W. Park, B. C. Kang, "The effect of etching on low-stress mechanical properties of polypropylene fabrics under helium/oxygen atmospheric pressure plasma", Fibers and Polymers (2003), 4(4), 145–150). Ein weiteres häufig beobachtetes Phänomen strahlen- und sauerstoffbehandelter PP-Materialien ist ein Alterungseffekt. D. h. das hergestellte Garn verliert nach beendeter Behandlung bei Lagerung zunehmend an Festigkeit. Die Ursache dafür liegt in der unterschiedlichen Abbaukinetik der verschiedenen in der Behandlung erzeugten Peroxidstrukturen. So wird das tertiäre Hydroperoxid im Gegensatz zum schnell abbauenden Säureperoxid für den beobachteten Effekt bei der Lagerung verantwortlich gemacht (P. Gijsman M. Kroon, M. van Oorschot, „The role of peroxides in the thermooxidative degradation of polypropylene", Polymer Degradation and Stability (1996), 51(1), 3–13).
Obwohl die Plasmaentladung eine physikalisch initiierte Methode zur Behandlung von PP darstellt, kann sie auch als chemisches Verfahren angesehen werden, da die eigentliche Modifizierung der Polymeroberfläche durch das Gas des Plasmas erfolgt und dadurch bereits modifiziert wird bevor evtl. anschließend noch eine Umsetzung mit weiteren reaktiven Verbindungen stattfindet. Die Untersuchungen hierzu sind so zahlreich, dass nur eine beispielhaft genannt werden soll, um zu verdeutlichen, dass das in diesem Vorhaben geplante innovative Verfahren zur Oxidation der PP-Oberfläche im Hinblick auf das Ergebnis natürlich in Konkurrenz zu den etablierten Plasmaverfahren steht. Auch mit dem Einsatz der Plasmatechnologie soll speziell bei PP als textilem Substrat wiederum eine Oberflächenmodifizierung erreicht werden, welche eine bessere Benetzbarkeit, Feuchteaufnahme sowie Färbbarkeit herbeiführt (P. Cocolios, F. Coeuret, F. Forster, J.-L. Gelot, B. Martens, E. Prinz, G. Rames-Langlade, A. Villermet, ”Method for surface treatment of polymeric substrates”, PCT Int. Appl. (2001), WO 2001058992 ). Wie erwähnt, wird auch die Plasmabehandlung meist in Kombination mit einer anschließenden chemischen Reaktion an den erzeugten funktionellen Gruppen genutzt, was aber nicht zwingend notwendig ist. So ist es beispielsweise möglich, ein PP-Gewebe nach einer Behandlung mit einem Argon-Plasma und einer anschließenden Umsetzung mit Acrylverbindungen, Diaminen oder Aminocarbonsäuren mit anionischen oder kationischen Farbstoffen zu färben. Dies gelingt aber auch schon ohne die beschriebene Umsetzung mit den genannten Verbindungen. Hier reicht offenbar die aufgrund der hydrophileren Oberfläche verbesserte Benetzbarkeit bereits aus, die Adsorption des Farbstoffs an der Faseroberfläche und damit die Diffusion in die Faser zu erleichtern.
Um gute Hydrophilie zu erreichen, ist eine intensive Plasmabehandlung erforderlich oder es kommen neue Techniken zur Anwendung, wie die Unterwasser-Plasma-Technik. Dies ist aber mit einer z. T. deutlichen Veränderung der Fasermorphologie verbunden (Ätzen), was in Richtung Absorptionsvermögen durchaus gewünscht sein kann, aber auch einen unerwünscht hohen Effekt auf die mechanischen Eigenschaften haben kann. Um die richtige Balance zu erreichen, kann man bereits bei der Zusammensetzung der Gasmischung, die im Plasma zur Anwendung kommt, diesem Effekt Rechnung tragen, indem man ein Gasgemisch aus einem oxidierenden und einem reduzierenden Gas einsetzt, deren Mischungsverhältnis wird jeweils auf die Oberflächenspannung des polymeren Substrats abgestimmt.
Neben den beiden oben beschrieben Möglichkeiten eine Oberflächenmodifizierung der PP-Faser zu erreichen, ist dies prinzipiell auch durch eine direkte Behandlung mit geeigneten Chemikalien, in der Regel meist Peroxiden oder Sauerstoff, möglich (V. E. Caudill, G. W. Halek, "Polypropylene surface characteristics after exposure to hydrogen peroxide and heat processing" Journal of Plastic Film & Sheeting (1992), 8(2), 140–54). Untersuchungen dazu werden schon recht lange angestellt und betreffen sowohl Reaktionen in der Gasphase als auch in Lösung, Allen Arbeiten gemeinsam ist das Ergebnis, dass eine Oxidation des PP nur unter erhöhter Temperatur stattfindet. Die Reaktionen in der Gasphase verwenden Sauerstoff oder Ozon als Oxidationsmittel, wobei als Substrate sowohl Fasern als auch Gewebe zum Einsatz kommen (S. Honda, H. Shimizu, ”Surface Oxidation of polyolefin fibers with ozone during melt spinning” Jpn. Kokai Tokyo Koho (1973), JP 48018519 ). Obwohl für die Behandlung meist Temperaturen von über 100°C angegeben werden, sind die Behandlungszeiten mit mehreren Minuten im Hinblick auf moderne Produktionsverfahren sehr lang. Daher werden mitunter auch oxidationsfördernde Agentien, wie z. B. Metallsalze (D. E. Bergbreiter, N. White, J. Zhou, "Modification of polyolefin surfaces with iron cluster oxidants" Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry (1992), 30(3), 389–96) auf das polymere Substrat aufgebracht, welche die Oxidationsausbeute erhöhen sollen.
Eine erste Beschreibung der Behandlung von Spinnfasern mit Ozon bzw. einer Ozon-Luft-Mischung findet sich in den 60er und 70er Jahren in Patentanmeldungen. Hierin wird eine zehnminütige Einwirkung auf einen 100°C heißen Faden beschrieben (M. Lazar, J. Pavlinec, D. Berek, Z. Manasek, M. Micko, ”Oxidation of polypropylene to accumulate peroxide and hydro-peroxide functional groups”, (1963), CS 106425 , Application: CS 19610313) und/oder eine Einwirkung während des Verstreckprozesses (F. Geleji, G. Odor, ”Modified polypropylene fiber”, (1964), HU 151336 ). Die mechanische Festigkeit der Fasern soll bei ersterem Verfahren nur wenig abfallen.
In den bekannt gewordenen Versuchen die Oxidation einer PP-Oberfläche über die flüssige Phase zu erreichen, werden meist Wasserstoffperoxid oder organische Peroxide eingesetzt (C. Marco, C. Blancas, "Degradation of isotactic polypropylene in solution with organic peroxide" Revista de Plasticos Modernos (2002), 84(554), 176–184; CAN 138:288070). Auch dabei wird die Reaktion durch erhöhte Temperatur unterstützt, aufgrund der wässrigen Systeme liegen diese aber unter 100°C. Obwohl sich dabei u. U. ATR-FTIR-spektroskopisch kein Sauerstoff auf der PP-Oberfläche nachweisen lässt, zeigen Kontaktwinkelmessungen und elektronenmikroskopische Aufnahmen eine Veränderung an. Wird die Oxidation mit Wasserstoffperoxid in einem organischen Lösungsmittel durchgeführt und gleichzeitig das entstehende Wasser entfernt, so kann der Prozess verbessert und auf eine Vielzahl von organischen Substraten angewendet werden (M. Emsenhuber, G. Kwant, K. Van Straaten, M. Janssen, P. Alsters, H. Hoving, ”Process for singlet Oxygen Oxidation of organic substrates”, Eur. Pat. Appl. (2004), EP 1403234 A2 ).
Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die komplexe Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so weiterzubilden, dass die bekannte Nachbehandlung von Textilien mittels Plasmabehandlung, welche momentan den Stand der Technik ausmacht, nicht mehr notwendig ist. Vielmehr soll die Erfindung ”inline”, d. h. im Schmelzspinnprozess, eine geeignete Behandlung mit dem Ergebnis vorschlagen, dass die Garne bzw. die daraus hergestellten Textilien vorteilhaft mit Küpenfarben, insbesondere nach einem Standardfärbeverfahren, gefärbt werden können und dass hohe Gebrauchsechtheiten, insbesondere hohe Lichtechtheiten, erhalten werden.
Erfindungsgemäß wird die oben beschriebene Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von aus wässrigen Färbeflotten färbbaren, oberflächenmodifizierten Polyolefingarnen gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Polyolfingarne auf Basis von Homo- und/oder Copolymerisaten von Propylen und/oder Ethylen, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Comonomeren, während der Fadenbildung im Schmelzspinnprozess zur Hydrophilisierung der Oberfläche unterhalb des Schmelzpunktes der Polyolefinmaterialien mit einer Wasserstoffperoxidlösung, insbesondere mit einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung, behandelt werden. Die Oberflächenbehandlung mit Wasserstoffperoxid erfolgt unterhalb des jeweiligen Schmelzpunktes des Garnmaterials. Würde diese oberhalb des Schmelzpunktes, demzufolge bei flüssigem Zustand des Materials, erfolgen, würden die Garne bzw. Fäden zerstört werden. Auch darf der Faden nicht weitgehend abgekühlt werden. Ein nachträgliches Erwärmen und Behandeln mit Wasserstoffperoxid würde nicht zu dem gewünschten Erfolg führen.
Es ist bevorzugt, dass eine wässrige Wasserstoffperoxidlösung eingesetzt wird, deren Konzentration an Wasserstoffperoxid weniger als etwa 35 Gew.-%, insbesondere etwa 0,5 bis 35 Gew.-%, beträgt. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Konzentration der wässrigen Wasserstoffperoxidlösung an Wasserstoffperoxid bei etwa 1 bis 30 Gew.-%, insbesondere 1,5 bis 10 Gew.-%, liegt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es wesentlich, dass die Behandlung der Oberfläche der Polyolefingarne mit einer Wasserstoffperoxidlösung erfolgt. Dabei gilt es als besonders bevorzugt, wenn diese Behandlung im Blasschacht der Spinneinrichtung unterhalb der Spinndüse mittels eines Präparationsstiftes mit Zwangsdosierung durchgeführt wird. Es handelt sich hier zweckmäßigerweise um eine Präparationseinrichtung bzw. einen Präparationsstift, der üblicherweise zum Spin finishing herangezogen wird. Die angesprochene Zwangsdosierung ist deswegen zweckmäßig, um einen gleichmäßigen Oberflächenauftrag der Wasserstoffperoxidlösung mit der Folge zu erzielen, dass die spätere angestrebte Färbung gleichmäßig erscheint. Wenn im Übrigen die Auftragseinrichtung, mit der Wasserstoffperoxid erfindungsgemäß eingebracht wird, insbesondere mit dem Präparationsstift, zu nahe an der Spinndüse liegt, dann führt dies, wenn der Faden noch flüssig ist, zu einem Verkleben in der Auftragseinrichtung bzw. dem Präparationsstift. Damit wird der erfindungsgemäße Rahmen verlassen. Somit lässt sich nun fachmännisch und einfach ermitteln, wann frühestens mit der Behandlung mit Wasserstoffperoxidlösung im erfindungsgemäßen Verfahren begonnen werden kann. Der weitere Parameter, wie weit man von der Düse Abstand nehmen sollte, könnte beispielsweise auch dadurch ermittelt werden, indem bei einem späteren Test der Färbbarkeit ermittelt wird. Ist die Färbbarkeit schlecht, dann muss der Auftrag der Wasserstoffperoxidlösung auf die Fäden bzw. das Garn in einem geringeren Abstand zur Spinndüse vorgenommen werden. Eine Temperaturangabe ist hier nicht möglich bzw. reproduzierbar. Der Faden reißt aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit noch Luft mit sich, so dass letztlich mit beispielsweise einer Wärmebildkamera der Faden nicht als solcher vermessen wird, sondern die Luftumhüllung des Fadens.
Es hat sich dabei als besonders zweckmäßig erwiesen, dass der Applikationsabstand (zwischen Spinndüse und Applikationsstelle) der Wasserstoffperoxidlösung im Blasschacht weniger als etwa 4 m, insbesondere weniger als etwa 2 m beträgt. Ganz besonders wird es bevorzugt, wenn der Applikationsabstand bis zu etwa 1,5 m beträgt.
Um die gestellte Aufgabe in wünschenswertem Umfang zu lösen, ist es zweckmäßig, der Menge an aufgebrachtem (reinem) Wasserstoffperoxid Aufmerksamkeit zuzuwenden. Dabei gilt es als vorteilhaft, wenn die Menge an aufgebrachtem (reinem) Wasserstoffperoxid, bezogen auf das Garngewicht, auf bis zu etwa 10 Gew.-%, insbesondere auf mehr als etwa 0,1 Gew.-%, eingestellt wird. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Menge an aufgebrachtem (reinem) Wasserstoffperoxid, bezogen auf das Garngewicht, auf etwa 0,2 bis 2 Gew.-% eingestellt wird.
Zur Optimierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es sinnvoll, die Filamentgarne unter der Spinndüse mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 300 und 3000 m/min, insbesondere zwischen etwa 750 und 2700 m/min, abzuziehen und danach zu verstrecken.
Im Rahmen der Erfindung und bei sämtlichen vorstehend bezeichneten Ausgestaltungen ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere über den Polymerdurchsatz im vorgeschalteten Extruder, so gesteuert wird, dass der Filamenttiter der hergestellten Filamentgarne auf 0,1 dtex bis 20 dtex eingestellt wird. Dabei erfolgt die Einstellung des Filamenttiters vorzugsweise derartig, dass bei der späteren Anwendung der Filamentgarne in Teppichen der Filamenttiter zwischen etwa 10 und 20 dtex, in Kleidung zwischen etwa 1 und 5 dtex und in Textilien auf Basis von Mikrofasern weniger als etwa 1 dtex, insbesondere etwa 0,1 bis 0,8 dtex, beträgt.
Zu den Ausgangsmaterialien ist noch Folgendes auszuführen: Besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren auf Polyolefingarne anzuwenden, bei denen es sich um Homopolymerisate des Propylens (PP) handelt. Hierbei sind insbesondere solche Homopolymerisate des Polypropylens von Bedeutung, deren Schmelzflussrate MFR [g/10 min], gemessen nach ISO1133, bei 230°C und 2,16 kg Belastung, zwischen etwa 1 und 600, insbesondere zwischen etwa 10 und 45, liegt. Als ein für die Verarbeitung geeigneter vorteilhafter Rahmen für die Temperatur der Polymerschmelze (PP) kann hier ein Bereich von etwa 230 bis 270°C, insbesondere von 235 bis 265°C, definiert werden.
Von Vorteil sind im Rahmen der Erfindung als Ausgangsmaterial auch Homopolymerisate des Ethylens. Für dieses gelten als bevorzugte MFR-Werte [g/10 min], gemessen bei 190°C und 2,16 kg Belastung, etwa 0,5 bis 150, insbesondere etwa 5 bis 20.
Auch Copolymerisate von Propylen sowie Ethylen mit mindestens einem weiteren Comonomer sind für die Zwecke der Erfindung bedeutsam. Bei der Herstellung des Copolymerisats wird hier zweckmäßigerweise neben Propylen bzw. Ethylen mindestens ein weiteres Comonomer mit einer olefinischen Doppelbindung eingesetzt. Hierbei kann es sich beispielsweise um: Vinylacetat, Butadien, cyclische Olefine und dergleichen handeln.
Gegebenenfalls können die erfindungsgemäß eingesetzten Polymere oder Copolymere, die auf Propylen und/oder Ethylen zurückgehen, ein oder mehrere weitere Polymere oder Copolymere enthalten. Hierbei kann es sich beispielsweise handeln um: chemisch gleiche Polymere des Propylens oder Ethylens oder Copolymere hiervon aber mit unterschiedlichem Molekulargewicht oder um chemisch verschiedene Polymere oder Copolymere. Der Anteil an diesen weiteren Komponenten unterliegt in diesen Polymermischungen zweckmäßigerweise folgenden Rahmenbedingungen: ihre Mischungsanteile sind für jede einzelne Komponente stets geringer als der des Ausgangspolymers oder -copolymers.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Polyolefingarne. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Polyolefingarne in guter Übereinstimmung mit der Aufgabe, von der die Erfindung ausgeht, stehen. So zeigen sie eine Farbtiefe, angegeben als K/S-Wert, die mindestens doppelt so groß wie der entsprechende Wert ist, der mit einer nicht mit Wasserstoffperoxid behandelten Probe erreicht wird. Damit wird eine Farbtiefe erzielt, die mit den Handelsprodukten, wie nachfolgend gezeigt, vergleichbar ist bzw. höher liegt. Dies ist mit dem besonderen Vorteil der Erfindung verbunden, dass keine nachteilige Nachbehandlung der Polyolefingarne entsprechend dem Stand der Technik mit einer aufwändigen Plasmabehandlung verbunden ist.
Durch diese besondere Färbbarkeit der erfindungsgemäß erhältlichen Polyolefine werden diese vorteilhaften Verwendungsmöglichkeiten zugänglich. So ist Gegenstand der Erfindung auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Polyolefingarne zur Herstellung von textilen Flächengebilden, insbesondere von Gestricken, Geweben, Vliesen und Gewirken, wobei sich deren vorteilhafte Eigenschaften insbesondere darin erweisen, dass ein vorteilhaftes anschließendes Färben mit Küpenfarbstoffen erfolgen kann. Es ist besonders bevorzugt, wenn die Färbung der erfindungsgemäß erhaltenen textilen Flächengebilde mit üblichen Küpenfarbstoffen, insbesondere nach dem Thermosolverfahren, aus einer wässrigen Färbeflotte vorgenommen wird.
Die Erfindung soll nachfolgend noch näher erläutert werden, dies insbesondere im Hinblick auf technologische Gesichtspunkte: Für die Erfindung reicht es demzufolge, ohne eine Veränderung am gesamten, polymeren Ausgangsmaterial vorzunehmen zu müssen, ausschließlich die bei der Fadenbildung im Schmelzspinnprozess erzeugte Faseroberfläche nass-chemisch in der beschriebenen Weise zu modifizieren und damit die Bulkphase, sprich das Faserinnere, unverändert zu lassen. Die hierfür vorgesehene Behandlung erfolgt demzufolge erfindungsgemäß ”inline”, d. h. im Schmelzspinnprozess kurz unterhalb der Spinndüse, dies mit einer Wasserstoffperoxidlösung, wobei eine partielle Oxidation an der Faseroberfläche und die Erzeugung funktioneller Gruppen mit u. a. hydrophilen Eigenschaften erreicht wird. Dadurch kann auf einen separaten Prozessschritt verzichtet werden, wie er üblicherweise im späteren Verlauf der Verarbeitungskette nach dem Stand der Technik benötigt wird (z. B. Plasmabehandlung), um einen vergleichbaren Effekt zu erzielen.
Der oben beschriebene erfindungsgemäße Ansatz ist bisher nicht beschrieben und unterscheidet sich damit prinzipiell von einem Nachbehandlungsverfahren mittels Plasmabehandlung von Textilien, welches momentan den Stand der Technik ausmacht. Demgegenüber führt der erfindungsgemäße peroxidische Abbau der Homo- und Copolymeren der vorstehend beschriebenen Art durch Reaktivextrusion, der in der industriellen Praxis primär auch dazu genutzt wird, um ein besser verarbeitbares Polymer mit kontrollierter Rheologie zu erzeugen, zwar auch dazu, dass sich die gebildeten funktionellen, sauerstoffhaltigen Gruppen nach der Fadenbildung nicht nur im Faserinneren, sondern, eine homogene Verteilung vorausgesetzt, auch an der Faseroberfläche wiederfinden. Die resultierende Oberflächenkonzentration ist jedoch vergleichsweise minimal, so dass keine merklichen Veränderungen der Grenzflächeneigenschaften zu verzeichnen sind. Wollte man mittels peroxidischem Abbau eine wirksame Funktionalisierung der Faseroberfläche erreichen, so müsste das Ausgangshomo- oder -copolymer so stark abgebaut werden, dass die nötigen mechanischen Eigenschaften und die Spinnbarkeit nicht mehr gegeben wären. Aus diesem Grund kann der peroxidische Abbau und jede andere Art der Bulkmodifizierung nicht als echte Alternative zu einer Oberflächenbehandlung der beschriebenen Garne angesehen werden.
Unter diesem Gesichtspunkt ist die Anwendung der zu Beginn genannten und vom Verfahren her völlig neuen Art der Modifizierung der Faseroberfläche – wie sie in dieser Erfindung beschrieben wird – besonders vorteilhaft, da die immanente Reaktionsfähigkeit des noch heißen sich bildenden Fadens unter der Spinndüse dazu genutzt wird, durch Reaktion mit dem kostengünstigen Oxidationsmittel die Funktionalisierung herbeizuführen. Als Nebenprodukt wird dabei lediglich Wasser gebildet, was dieses Verfahren auch aus ökologischen Gründen reizvoll macht.
Erfindungsgemäß spielen bei der Realisierung des hier beschriebenen Verfahrens zwei Teilaspekte eine gleichrangige Rolle: die Chemie der Modifizierung und die Position im Prozessablauf, an der die Modifizierung stattfinden muss. Beide sind im Schmelzspinnprozess notwendigerweise miteinander verbunden, denn die Position bestimmt die Reaktions- d. h. die Fadentemperatur, die an der Applikationsstelle zur chemischen Modifizierung der Faseroberfläche ausgenutzt wird, und damit die Reaktivität und den Umsatz. Im Hinblick auf den ersten Aspekt erfolgt wie bei vielen der heute angewandten Verfahren die chemische Modifizierung der Faseroberfläche, insbesondere der PP-Faseroberfläche, über eine Oxidation der Faser-/Polymeroberfläche. Entscheidend dafür und damit grundsätzlich verschieden von den angewandten Verfahren ist dabei aber, dass diese Oxidationsreaktion im vorliegenden Verfahren einzig und allein mit verdünnter Wasserstoffperoxid-Lösung (H₂O₂) erfolgt. Normalerweise reicht diese Randbedingung allein für eine Oxidation der Textiloberfläche, insbesondere der PP-Textiloberfläche, in der Praxis nicht aus, weshalb üblicherweise der Einsatz eines Initiators in Form von Strahlungs- oder thermischer Energie oder in Form eines Radikalbildners notwendig wird. Erst so ist man bislang in der Lage eine Radikalstelle beispielsweise in der PP-Kette zu erzeugen, welche dann zur gewünschten Funktonalität (Hydroxygruppe, Carbonylgruppe etc.) abreagieren kann.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich nun überraschenderweise gezeigt, dass eine Initiierung bereits dadurch erreicht werden kann, dass man den Behandlungsschritt vom Stadium der Textilveredlung in das Stadium der Fadenbildung beim Schmelzspinnprozess vorverlegt. Unter den dort vorherrschenden Bedingungen und den sich im und am Faden bildenden Strukturen, die von den Prozessvariablen geprägt sind, wird dabei die angestrebte Funktionalisierung der Faseroberfläche erreicht, welche dann die Realisierung der für die Weiterverarbeitung und Anwendung wichtigen Eigenschaften und Effekte der Filamentgarne ermöglicht.
Als wichtige physikalisch-chemische Eigenschaften treten dabei an den Filamentgarnen u. a. Veränderungen des Feuchteaufnahmevermögens, der Fadenreibungskoeffizienten sowie der fadenmechanischen Daten auf, während am textilen Flächengebilde außerdem Veränderungen des Oberflächenwiderstands und des Färbeverhaltens zu verzeichnen sind. Gerade beim Färbeverhalten mit Küpenfarbstoffen werden erfindungsgemäß sehr gute Effekte hinsichtlich der Farbstoffaufnahme beobachtet.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eröffnet eine neuartige Möglichkeit, die Modifizierung von Polyolefinfasern, insbesondere PP-Fasern, während des Herstellungsprozesses in die existierende Produktionstechnik zu integrieren, ohne dass dazu eine grundsätzliche Änderung am Aufbau der Produktionsanlage oder an den Einstellungen der Produktionsparameter notwendig ist. Dies stellt eine bisher nicht bekannte Neuerung dar, bei der gegenüber der bisherigen Praxis lediglich im bzw. nach dem Blasschacht bis etwa vier Meter unterhalb der Spinndüse, d. h. dort wo üblicherweise die Spinnpräparation aufgetragen wird, eine verdünnte H₂O₂-Lösung auf das Filamentbündel appliziert wird. Die an dieser Stelle noch heiße Oberfläche der Filamente wird durch den angreifenden Sauerstoff des Wasserstoffperoxids ohne weitere Initiierung direkt oxidiert und die angegriffene Stelle in der Polymerkette reagiert zur Hydroxygruppe weiter. Dadurch steigen die Hydrophilie und die Benetzbarkeit der Polyolefinfaser, insbesondere der PP-Faser, außerdem werden alle damit zusammenhängendes Eigenschaften verbessert. In welchem Ausmaß dies geschieht ist neben der H₂O₂-Konzentration von den verschiedenen Variablen im Extrusionsprozess abhängig. Die wichtigsten Variablen sind dabei die Verarbeitungs-/Schmelzetemperatur, der Filamenttiter, die Applikationshöhe (Abstand zur Schmelzspinndüse) und die Anblasung sowie die Abzugsgeschwindigkeit unter der Düse. Die Applikation des Wasserstoffperoxids erfolgt über einen Präparationsstift (auch als Präparationsdüse bezeichnet) mit Zwangsdosierung wie sie üblicherweise zur Auftragung von Spinfinishes in Schmelzspinnprozessen verwendet wird. Die Vorrichtung zum Auftrag des Spinfinish ist ein unverzichtbarer Bestandteil der Extrusionsanlage, so wie er in jeder produktionsüblichen Anlage zum Einsatz kommt, und besteht aus einer Keramikdüse, die von einer Präzisionszahnradpumpe mit der zu applizierenden Flüssigkeit aus einem Vorratstank heraus versorgt wird. Diese Flüssigkeiten sind Lösungen, Emulsionen oder reine Spinfinishöle; in der vorliegenden Erfindung sind dies Wasserstoffperoxidlösungen.
Die Extrusions- und Wickelbedingungen bei der Filamentgarnherstellung liegen im Rahmen der üblichen Werte für die Produktion von LOY, POY- bzw. FDY-Materialien aus Polypropylen. Als besonders günstig haben sich dabei erwiesen: Massetemperaturen in der Extrusionsspinnanlage im Bereich von etwa 220°C bis 290°C und/oder Düsenlochzahlen von etwa 10 bis 100 Loch und/oder Abzugsgeschwindigkeiten von etwa 300 m/min bis 3000 m/min. Mit diesen werden vorzugsweise Filamenttiter von etwa 0,1 dtex bis 20 dtex ersponnen, wobei die erzielten Reißfestigkeiten im Bereich von bis zu etwa 60 cN/tex liegen. Die erfindungsgemäßen Garne können unter üblichen Bedingungen zu textilen Flächengebilden, vorzugsweise Gestricken, weiterverarbeitet werden.
Wie vorstehend bereits dargestellt, ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung der erhaltenen Polyolefingarne, insbesondere Polypropylengarne, und der daraus erhältlichen Flächengebilde zu einem vorteilhaften Färben. Dabei können die erfindungsgemäßen Polyolefingarne bzw. die daraus erhaltenen Flächengebilde nun in einfacher Weise nach einem Standardverfahren aus wässriger Färbeflotte gefärbt werden. Dies wird anhand von Küpenfärbungen erreicht, die nach einem Thermosolverfahren durchgeführt werden und die im erfindungsmäßen Verfahren hohe Gebrauchsechtheiten, insbesondere Lichtechtheiten aufweisen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen noch näher erläutert.
Beispiel 1
Kommerzielles Polypropylengranulat von Lyondell/Basen mit der Bezeichnung Moplen HP561R (MFR[230°C/2,16 kg] 25 g/10 min nach ISO 1133) wird der Extrusionsspinnanlage zugeführt und bei einer Massetemperatur von 260°C zu einem LOY-Filamentgarn mit 24 Filamenten und einem Garntiter von 90 dtex versponnen. Die Konzentration der verwendeten Wasserstoffperoxidlösung betrug 3,5%. Die auf den Garntiter bezogene, aufgetragene Wasserstoffperoxidmenge betrug 0,77%, wobei in einem Abstand von 1,2 m unter der Spinndüse appliziert und das Garn mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 1000 m/min produziert wurde.
Beispiel 2
Kommerzielles Polypropylengranulat von Lyondell/Basell mit der Bezeichnung Moplen HP561R (MFR[230°C/2,16 kg] 25 g/10 min nach ISO 1133) wird der Extrusionsspinnanlage zugeführt und bei einer Massetemperatur von 260°C zu einem LOY-Filamentgarn mit 24 Filamenten und einem Garntiter von 90 dtex verspannen. Die Konzentration der verwendeten Wasserstoffperoxidlösung betrug 35%. Die auf den Garntiter bezogene, aufgetragene Wasserstoffperoxidmenge betrug 7,7%, wobei in einem Abstand von 1,2 m unter der Spinndüse appliziert und das Garn mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 1000 m/min produziert wurde.
Beispiel 3
Kommerzielles Polypropylengranulat von Lyondell/Basell mit der Bezeichnung Moplen HP561R (MFR[230°C/2,16 kg] 25 g/10 min nach ISO 1133) wird der Extrusionsspinnanlage zugeführt und bei einer Massetemperatur von 250°C zu einem POY-Filamentgarn mit 24 Filamenten und einem Garntiter von 120 dtex versponnen. Die Konzentration der verwendeten Wasserstoffperoxidlösung betrug 3,5%. Die auf den Garntiter bezogene, aufgetragene Wasserstoffperoxidmenge betrug 0,35%, wobei in einem Abstand von 1,2 m unter der Spinndüse appliziert und das Garn mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 2500 m/min produziert wurde.
Beispiel 4
Kommerzielles Polypropylengranulat von Lyondell/Basell mit der Bezeichnung Moplen HP561S (MFR[230°C/2,16 kg] 33 g/10 min nach ISO 1133) wird der Extrusionsspinnanlage zugeführt und bei einer Massetemperatur von 240°C zu einem FDY-Filamentgarn mit 24 Filamenten und einem Garntiter von 100 dtex versponnen. Die Konzentration der verwendeten Wasserstoffperoxidlösung betrug 3,5%. Die auf den Garntiter bezogene, aufgetragene Wasserstoffperoxidmenge betrug 1,45%, wobei in einem Abstand von 1,2 m unter der Spinndüse appliziert und das Garn mit einer Abliefergeschwindigkeit von 2800 m/min produziert wurde.
Beispiel 5 bis 8
Kommerzielles Polypropylengranulat von Lyondell/Basell mit der Bezeichnung Moplen HP561S (MFR[230°C/2,16 kg] 33 g/10 min nach ISO 1133) wird der Extrusionsspinnanlage zugeführt und bei einer Massetemperatur von 260°C zu einem POY-Filamentgarn mit 32 Filamenten und einem Garntiter von 120 dtex versponnen. Die Konzentration der verwendeten Wasserstoffperoxidlösung betrug 3,5%. Die auf den Garntiter bezogene, aufgetragene Wasserstoffperoxidmenge betrug 0,35%, wobei in einem Abstand von 1,1 m, 1,2 m, 1,35 m und 1,45 m unter der Spinndüse appliziert und das Garn mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 2500 m/min produziert wurde.
Die wichtigsten Herstellungsparameter sowie die zugehörigen mechanischen Daten der unverstreckten und verstreckten Garne sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Darin sind den Daten für die mechanischen Eigenschaften, der nach den verschiedenen Verfahren hergestellten Garne, die Ergebnisse für ein nach dem gleichen Verfahren hergestelltes Referenzgarn ohne Wasserstoffperoxidapplikation vorangestellt. Im Falle des LOY- und des POY-Prozesses sind neben den Werten der Spinnspulen auch die Werte der nachverstreckten Garne angegeben, so wie sie durch einen separaten Verstreckprozess auf einer Streck-Spul-Anlage unter Einstellung einer Restdehnung von 20–30% erreicht werden. Im Falle des FDY-Prozesses steht das voll verstreckte Garn am Ende des Prozesses bereits zur Verfügung, d. h. die Zwischenstufe des unverstreckten Garns kann nicht isoliert bzw. charakterisiert werden.

Im Vergleich zu den Garneigenschaften der entsprechenden Referenzgarne zeigt sich – insbesondere für die voll versteckten Garne –, dass es durch die Wasserstoffperoxidapplikation zu keiner Verschlechterung der garnmechanischen Eigenschaften kommt. D. h., die stattfindende Modifizierung der Filamentoberfläche führt nur dazu, dass eine Funktionalisierung erreicht, die dazu ausreicht deren Hydrophilie zu verbessern und die Anfärbbarkeit der Garne wünschenswert zu verbessern. Die verbesserte Anfärbbarkeit ist nachgerade das entscheidende Indiz für die Lehre aus der Erfindung und ein Maß für die erreichte Modifizierung. Tabelle 1:

Beispiel	Ref. (1–2)	1	2	Ref. (3)	3	Ref. (4)	4
Prozess	LOY	LOY	LOY	POY	POY	FDY	FDY
Schmelze [°C]	260	260	260	260	260	240	240
Applikationsabstand [m]	--	1,2	1,2	--	1,2	--	1,2
Wasserstoffperoxidauftrag_[%]_	--	0,77	7,7	--	0,35	--	1,45
Reißfestigkeit unverstr. [cN/tex]	26,6	23,1	23,1	26,6	27,2	--	--
Reißdehnung unverstr. [%]	198	281	271	192	184	--	--
Titer unverstreckt [dtex]	120	90	90	120	121	--	--
A-Modul unverstr. [cN/tex]	233	155	175	233	238	--	--
Reißfestigkeit verstr. [cN/tex]	54,5	52,7	57,6	54,6	53,7	52,2	50,1
Reißdehnung verstreckt [%]	26	29	24	26	27	45	48
Titer verstreckt [dtex]	58	38	37	59	60	102	102
A-Modul verstreckt [cN/tex]	583	509	678	583	555	n. b.	394

Beispiel	Ref. (5–8)	5	6	7	8
Prozess	POY	POY	POY	POY	POY
Schmelze [°C]	260	260	260	260	260
Applikationsabstand [m]	--	1,1	1,2	1,35	1,45
Wasserstoffperoxidauftrag_[%]_	--	0,35	0,35	0,35	0,35
Reißfestigkeit unverstr. [cN/tex]	30,1	21,9	27,6	30,0	32,2
Reißdehnung unverstr. [%]	172	140	171	171	182
Titer unverstreckt [dtex]	121	120	120	119	119
A-Modul unverstr. [cN/tex]	204	283	300	237	248
Reißfestigkeit verstr. [cN/tex]	54,4	48,1	64,4	45,4	62,2
Reißdehnung verstreckt [%]	24	24	24	23	27
Titer verstreckt [dtex]	70	65	64	74	59
A-Modul verstreckt [cN/tex]	522	501	523	521	593

Zur praktischen Durchführung der Färbungen werden daher handelsübliche Küpen- sowie Dispersionsfarbstoffe nach den Rezepturen der Hersteller eingesetzt. Im Einzelnen werden dabei die folgenden Bedingungen angewendet, um die aus den verstreckten Garnen hergestellten Strickstrümpfe zu färben.
Zunächst werden die Gestricke nach Herstellerangabe bei 60°C in der Färbeapparatur 30 min gewaschen, wozu 0,5 g/l Kieralon OLB (tensidische Verbindung) (Hersteller: BASF SE) und 0,5 g/l Soda in der Waschflotte eingesetzt werden. Danach wird dreimal gespült, geschleudert und an der Luft getrocknet. Anschließend wird bei 120°C 30 Sekunden in einem Dämpfer thermofixiert: die eigentliche Färbung wird als Thermosol-Färbung ausgeführt, wobei ein Färbeflotte aus 20 g/l Farbstoff-Stamm mit 10 g/l Avolan IS (tensidische Verbindung) (Hersteller. Bayer AG) und 10 g/l Primasol AMK (tensidische Verbindung) (Hersteller: BASF SE) zum Einsatz kommt. Diese wird in zwei Passagen im Foulard (Anpressdruck: 1,6 bar, Durchlaufgeschwindigkeit: 1,5 m/min) auf das Textil aufgebracht und dieses dann 90 Sekunden bei 120°C getrocknet. Fixiert wird fünf Minuten bei 145°C und 50% relativer Feuchte, bevor das Textil viermal bei 80°C mit Wasser ausgewaschen und anschließend an der Luft getrocknet wird.
Für die Herstellung der jeweiligen Farbstoff-Stammflotten wurden die Dispersions-Farbstoffe: Dianix Yellow CC, Dianix Red CC und Dianix Blue CC sowie die Indanthren-Farbstoffe: Indanthren Yellow 5GF, Indanthren Red FGL, Indanthren Navy Blue G, Indanthren Goldorange G, Indanthren Red LGG sowie Indanthren Blue RS verwendet.

Die Beurteilung der Färbbarkeit erfolgt anhand der K/S-Werte, die mit einem handelsüblichen Farbmessgerät aus den dort gemessenen farbmetrischen Werten ermittelt werden. Der K/S-Wert ergibt sich aus der Formel (100-R)²/200R. Dabei ist R der Prozentsatz des von der gefärbten Probe reflektierten Lichts, der bei der Wellenlänge mit maximaler Absoption gemessen wird. In der folgenden Tabelle sind diese Werte den entsprechenden Werten einer nicht mit Wasserstoffperoxid behandelten Probe gegenübergestellt. Tabelle 2:

K/S-Werte	Dianix Yellow CC	Dianix Red CC	Dianix Blue CC	Indanthren Yellow 5GF	Indanthren Red FGL	Indanthren Blue G	Indanthren Orange G	Indanthren Brill. Red LGG	Indanthren Blue RS
ohne H₂O₂	1,62	2,41	2,39	0,81	1,02	0,43	0,66	0,85	0,85
mit H₂O₂	3,54	6,2	3,14	4,44	3,26	1,51	2,56	4,85	4,55

Erläuterung zu den Ergebnissen: Alle mit Wasserstoffperoxid behandelten Proben zeigen eine tiefere Anfärbung (höhere Farbstoffaufnahme). Diese hängt vom Farbstofftyp und der Farbe ab und erreicht gegenüber der Vergleichsprobe ca. 1,5 bis 5 Mal höhere Werte.
Der weitergehenden Erläuterung der Erfindung dienen die nachfolgenden Ausführungen zu den sich anschließenden 1 und 2. Es wird dargestellt in
1 eine Anlage zur Herstellung von LOY-, POY bzw. FOY-Filamentgarnen;
2 eine Anlage zur Herstellung von FDY-Filamentgarnen.
In der 1 bedeuten: (1) Granulatbehälter, (2) Extruder, (3) Spinnkopf mit Pumpe und Düse, (4) Fadenbildung, (5) Wasserstoffperoxid-Zwangsdosierung, (6) Wasserstoffperoxidapplikation, (7) Fallschacht, (8) Galette 2, (9) Galette 1, (10) Spulkopf, (11) Spule.
Die in 1 beschriebene Anlage lässt sich bezüglich der darin stattfindenden Verfahrensabläufe wie folgt beschreiben: Die Spinnanlage zur Herstellung von Filamentgarnen besteht aus zwei Teilen, die sich auf unterschiedlichen baulichen Ebenen befinden. Der Extrusionsteil (Extruder mit Peripherie und die Applikationseinrichtung) ist über den Fallschacht mit der Wickeleinrichtung verbunden. Je nach eingestellter Spulgeschwindigkeit werden die unterschiedlichen Prozesse realisiert: bei Spulgeschwindigkeiten bis etwa 1000 m/min der LOY-, bis etwa 4000 m/min der POY- und bei darüber liegenden Spulgeschwindigkeiten der FOY-Prozess.
In der 2 bedeuten: (1) Granulatbehälter, (2) Extruder, (3) Spinnkopf mit Pumpe und Düse, (4) Fadenbildung, (5) Wasserstoffperoxid-Zwangsdosierung, (6) Wasserstoffperoxidapplikation, (7) Fallschacht, (8) Wickler (Spulkopf mit Galetten 1 + 2), (9) Abliefergalettenduo, (10) Verstreckeinheit mit drei heizbaren Galettenduos, (11) Abzugsgalette mit Verlegerrolle.
Die in der 2 beschriebene Anlage lässt sich bezüglich der darin stattfindenden Verfahrensabläufe wie folgt beschreiben: Die Spinnanlage zur Herstellung von voll verstreckten Filamentgarnen besteht wie die Spinnanlage der 1 aus zwei Teilen. Der Extrusionteil und die Verbindung zur Aufwickelebene sind identisch. Der vom Extruder kommende Faden wird von der Abzugsgalette mit niedriger Geschwindigkeit (kleiner 1000 m/min) abgezogen und dann auf den folgenden Galettenduos bei aufsteigenden Geschwindigkeiten unter Erwärmung verstreckt. Das Ablieferduo liefert den fertig verstreckten Faden mit konstanter Geschwindigkeit an den Wickler, wie er im obigen POY/FOY-Prozess eingesetzt wird. Die Spulgeschwindigkeit liegt im Bereich von 2000 bis 5000 m/min.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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WO 2001058992 [0008]
JP 48018519 [0010]
CS 106425 [0011]
HU 151336 [0011]
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ISO 1133 [0037]
ISO 1133 [0038]
ISO 1133 [0039]
ISO 1133 [0040]
ISO 1133 [0041]

Claims

Verfahren zur Herstellung von aus wässrigen Färbeflotten färbbaren, oberflächenmodifizierten Polyolefingarnen, dadurch gekennzeichnet, dass Polyolefingarne auf Basis von Homo- und/oder Copolymerisaten von Propylen und/oder Ethylen, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Comonomeren, während der Fadenbildung im Schmelzspinnprozess zur Hydrophilisierung der Oberfläche unterhalb des Schmelzpunktes der Polyolefinmaterialien mit einer Wasserstoffperoxidlösung behandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung der Filamentgarne mit einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässrige Wasserstoffperoxidlösung eingesetzt wird, deren Konzentration weniger als etwa 35 Gew.-%, insbesondere etwa 0,5 bis 35 Gew.-%, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der wässrigen Wasserstoffperoxidlösung etwa 1 bis 30 Gew.-%, insbesondere etwa 1,5 bis 10 Gew.-%, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung der Oberfläche der Polyolefingarne mit der Wasserstoffperoxidlösung im Blasschacht der Spinneinrichtung unterhalb der Spinndüse mittels eines Präparationsstiftes mit Zwangsdosierung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikationsabstand (zwischen Spinndüse und Applikationsstelle) der Wasserstoffperoxidlösung im Blasschacht weniger als etwa 4 m, insbesondere weniger als 2 m, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikationsabstand bis zu 1,5 m beträgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an aufgebrachtem (reinem) Wasserstoffperoxid, bezogen auf das Garngewicht, auf bis zu etwa 10 Gew.-%, insbesondere auf mehr als 0,1 Gew.-%, eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an aufgebrachtem (reinem) Wasserstoffperoxid, bezogen auf das Garngewicht, auf etwa 0,2 bis 2 Gew.-% eingestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamentgarne unter der Spinndüse mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 300 und 3000 m/min, insbesondere zwischen etwa 750 und 2700 m/min, abgezogen und danach verstreckt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren, insbesondere über dem Polymerdurchlass im vorgeschalteten Extruder, so gesteuert wird, dass der Filamenttiter der hergestellten Filamentgarne auf etwa 0,1 dtex bis 20 dtex eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Filamenttiters derartig erfolgt, dass bei der späteren Anwendung der Filamentgarne in Teppichen der Filamenttiter zwischen etwa 10 und 20 dtex, in Kleidungen zwischen etwa 1 und 5 dtex und in Textilien auf Basis von Mikrofasern weniger als etwa 1 dtex beträgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Garnherstellung herangezogene Homo- und/oder Copolymerisat bezüglich einer Schmelzflussrate so eingestellt ist, dass die Fadenbildung sich wie üblich einstellt, insbesondere im Falle von Polypropylen (PP) die Schmelzflussrate MFR [g/10 min], gemessen nach ISO1133, bei 230°C und 2,16 kg Belastung, zwischen 1 und 600, insbesondere zwischen 10 und 45, liegt.
Polyolefingarne, erhältlich gemäß einem Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Farbtiefe, angegeben als K/S-Wert, die mindestens doppelt so groß ist, wie der Wert, der mit einer nicht mit Wasserstoffperoxid behandelten Probe erreicht wird.
Verwendung der Polyolefingarne nach Anspruch 14 zur Herstellung von textilen Flächengebilden, insbesondere von Gestricken, Geweben, Vliesen und Gewirken.
Verwendung der Polyolefingarne nach Anspruch 14 oder erhältlich gemäß einem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, zum anschließenden Färben mit Küpenfarbstoffen.