DE112018002765B4

DE112018002765B4 - Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern und Verwendung der damit hergestellten Polyesterfasern

Info

Publication number: DE112018002765B4
Application number: DE112018002765.1T
Authority: DE
Inventors: Klaus Scheuermann; Robert Loos; Kevin Mueller; Andreas Garbe
Original assignee: Individual
Current assignee: Scheuermann Klaus De
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2023-05-04
Anticipated expiration: 2038-05-23
Also published as: DE112018002765A5; WO2018219714A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), die jeweils, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterfasern (PF),80 bis 99 Gew.-% mindestens eines Terephthalat-Polyesters (A),1 bis 20 Gew.-% mindestens eines aliphatisch-aromatischen Polyesters (B), der durch Polymerisation mindestens der folgenden Monomere mm1) aliphatisches 1, w-Diol,m2) aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure undm3) aromatische 1, ω-Dicarbonsäure erhältlich ist, und0 bis 5 Gew.-% mindestens eines Additivs (C)enthalten,umfassend die SchritteI) Mischen der Komponenten (A), (B) und gegebenenfalls (C) unter Erhalt einer Mischung (M) undII) Extrudieren der in Schritt I) erhaltenen Mischung (M) durch mindestens eine Spinndüse unter Erhalt der Polyesterfasern (PF), wobei Schritt II) bei einer Temperatur (T1) durchgeführt wird, die mindestens 15 °C unterhalb einer Temperatur (T2) liegt, die mindestens notwendig wäre, um den mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) in Reinsubstanz durch die mindestens eine Spinndüse zu extrudieren, wobei die Temperatur (T1) und die Temperatur (T2) unter identischen Versuchsbedingungen, das heißt gleicher Extruder, gleiche Fördergeschwindigkeit und gleicher Druck, bestimmt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), die mindestens einen Terephthalat-Polyester (A), mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyester (B) sowie gegebenenfalls mindestens ein Additiv (C) enthalten, sowie die Verwendung der Polyesterfasern (PF) zur Herstellung von textilen Materialien (T).
Polyester sind im Allgemeinen Polymere mit Ester-Funktionen -[-CO-O-]- in ihrer Hauptkette. Sie werden üblicherweise durch Ringöffnungspolymerisation von Lactonen oder durch Polykondensation von Hydroxycarbonsäuren bzw. von Diolen und Dicarbonsäure(-Derivate)n hergestellt. Eine wichtige Bedeutung kommt vor allem den aromatischen Polyestern zu, die in Form von Polyesterfasern Anwendung in der Textilindustrie finden.
WO 2004/ 078 844 A1 offenbart thermoplastische Formmassen, die 0,1 bis 50 Gew.-% mindestens eines aliphatischen Polyesters oder eines Polyesters auf Basis von aliphatischen und aromatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen Dihydroxyverbindungen und 50 bis 99,9 Gew.-% mindestens eines Polyesters auf Basis von aromatischen Dicarbonsäuren und aliphatischen oder aromatischen Dihydroxyverbindungen enthalten.
WO 2011/ 012 598 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von gefärbten Polyesterfasern aus einem Terephthalat-Polyester, mindestens einem polyesterhaltigen Additiv und gegebenenfalls mindestens einer weiteren Komponente.
WO 01/ 10 929 A1 offenbart Fasern aus Polyestern, die das Produkt einer Reaktion zwischen einer Glykolkomponente und einer Dicarbonsäurekomponente sind. Die Glykolkomponente enthält mindestens 50 Mol-% eines 4-Kohlenstoff-Diols wie 1,4-Butandiol, eines 6-Kohlenstoff-Diols wie 1,6-Hexandiols oder eines Gemisches aus diesen Kohlenstoff-Diolen.
Polyesterfasern werden üblicherweise nach dem Schmelzspinnverfahren hergestellt. Durch Hitzeeinwirkung entsteht eine Schmelze, die durch Spinndüsen extrudiert wird. Da das Polymergemisch, aus dem die Polyesterfasern hergestellt werden, in der Regel Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polybutylenterephthalat (PBT) enthält, wird das Schmelzspinnverfahren in der Regel bei sehr hohen Temperaturen durchgeführt. Bei Verwendung von Polyethylenterephthalat (PET) liegt die Temperatur im Schmelzspinnverfahren üblicherweise im Bereich von 280 bis 320 °C, bei Verwendung von Polybutylenterephthalat (PBT) üblicherweise im Bereich von 250 bis 290 °C.
Die hohen Temperaturen während des Schmelzspinnverfahrens sind jedoch nachteilig, da das Verfahren dadurch sehr energie- und in der Folge kostenintensiv ist.
Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern, das die zuvor beschriebenen Nachteile nicht oder in vermindertem Maße aufweist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende objektive technische Aufgabe ist somit die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Polyesterfasern, das die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht oder in vermindertem Maße aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), die jeweils, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterfasern (PF),
80 bis 99 Gew.-% mindestens eines Terephthalat-Polyesters (A),
1 bis 20 Gew.-% mindestens eines aliphatisch-aromatischen Polyesters (B), der durch Polymerisation mindestens der folgenden Monomere m
m1) aliphatisches 1, w-Diol,
m2) aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure und
m3) aromatische 1, ω-Dicarbonsäure erhältlich ist, und
0 bis 5 Gew.-% mindestens eines Additivs (C)
enthalten,
umfassend die Schritte
I) Mischen der Komponenten (A), (B) und gegebenenfalls (C) unter Erhalt einer Mischung (M) und
II) Extrudieren der in Schritt I) erhaltenen Mischung (M) durch mindestens eine Spinndüse unter Erhalt der Polyesterfasern (PF),
wobei Schritt II) bei einer Temperatur (T1) durchgeführt wird, die mindestens 15 °C unterhalb einer Temperatur (T2) liegt, die mindestens notwendig wäre, um den mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) in Reinsubstanz durch die mindestens eine Spinndüse zu extrudieren, wobei die Temperatur (T1) und die Temperatur (T2) unter identischen Versuchsbedingungen, das heißt gleicher Extruder, gleiche Fördergeschwindigkeit und gleicher Druck, bestimmt werden.
Es wurde überraschend festgestellt, dass durch die Zugabe des mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyesters (B) zu dem mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) die Herstellung der Polyesterfasern (PF) bei einer Temperatur (T1) durchgeführt werden kann, die mindestens 15 °C unterhalb der Temperatur (T2) liegt, die mindestens notwendig wäre, um den mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) in Reinsubstanz durch mindestens eine Spinndüse zu extrudieren.
Darüber hinaus weisen die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyesterfasern (PF) einen erhöhten Weißgrad-Index nach CIE 15.3 (2004) von mindestens 65 auf.
Sofern nach dem Spinnen noch ein Einfärbevorgang erfolgt, wird eine licht- und waschechte Einfärbung der Polyesterfasern (PF) gewährleistet. Sie verfügen weiterhin über ein in der Anwendung breit wählbares Farbspektrum, gute Reibechtheit und sehr gute Waschechtheit.
Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die Polyesterfasern (PF) bei sehr niedrigen Temperaturen, das heißt, bei unter 130 °C, einfärben lassen, wodurch der Energiebedarf weiter gesenkt und Zeit eingespart wird. Außerdem wird das zu färbende Material geschont und ist auch nach der Einfärbung geschmeidig und weich.
Des Weiteren ist es auch vorteilhaft, dass sich die erfindungsgemäßen Polyesterfasern (PF) für den Einsatz in einem Mischgewebe eignen, beispielsweise zusammen mit Wolle, Baumwolle, Polyamid, Viskose, Acryl oder Lycra. Das die Polyesterfasern enthaltende Mischgewebe lässt sich ebenfalls sehr gut einbadig einfärben, womit zusätzliche Schritte, in denen einzelne Komponenten des Mischgewebes separat eingefärbt werden, entfallen.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
Komponente (A)
Bei der Komponente (A) handelt es sich um mindestens einen Terephthalat-Polyester.
Der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) wird in solchen Mengen eingesetzt, dass die Polyesterfasern (PF) 80 bis 99 Gew.-% des mindestens einen Terephthalat-Polyesters (A), bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterfasern (PF), enthalten.
Die Begriffe mindestens ein Terephthalat-Polyester (A), Terephthalat-Polyester (A), Terephthalat-Polyester sowie Komponente (A) werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym gebraucht und haben den gleichen Bedeutungsinhalt. Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff mindestens ein Terephthalat-Polyester (A) genau ein Terephthalat-Polyester (A) sowie Mischungen aus zwei und mehr Terephthalat-Polyestern (A) verstanden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird im erfindungsgemäßen Verfahren genau ein Terephthalat-Polyester (A) eingesetzt.
Beispiele für Terephthalat-Polyester sind Polyethylenterephthalat (PET), Polytrimethylenterephthalat (PTT) oder Polybutylenterephthalat (PBT).
Der Terephthalat-Polyester kann nach allen dem Fachmann bekannten Methoden hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Terephthalat-Polyester hergestellt durch Polykondensation von Diolen und Terephthalsäure(-Derivate)n.
Geeignete Diole zur Herstellung der Terephthalat-Polyester sind beispielsweise solche wie weiter unten in der Beschreibung unter Komponente m1) aufgeführt.
Unter Terephthalsäure(-Derivate)n werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Terephthalsäure selbst sowie Derivate der Terephthalsäure, wie Terephthalsäureester, verstanden. Als Terephthalsäureester kommen dabei die Di-C₁-C₆-Alkylester der Terephthalsäure, zum Beispiel die Dimethyl-, Diethyl-, Di-n-propyl-, Di-iso-propyl-, Di-n-butyl-, Di-iso-butyl-, Di-t-butyl-, Di-n-pentyl-, Di-iso-pentyl- oder Di-n-hexylester der Terephthalsäure, in Betracht.
Die Terephthalsäure oder deren Derivate können einzeln oder als Gemisch aus zwei und mehr davon eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird Terephthalsäure oder Dimethylterephthalat verwendet.
Polyethylenterephthalat (PET) wird beispielsweise aus Terephthalsäure und Ethylenglycol hergestellt, Polybutylenterephthalat (PBT) aus Terephthalsäure und 1,4-Butandiol. Beispiele für kommerziell erhältliche Polybutylenterephthalate (PBT) sind Ultradur B 4520® und Ultradur B 2550 FC® des Herstellers BASF SE in Ludwigshafen.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) ein Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polybutylenterephthalat (PBT), insbesondere bevorzugt ist der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) ein Polyethylenterephthalat (PET).
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), bei dem der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polybutylenterephthalat (PBT) ist.
Das als Terephthalat-Polyester (A) erfindungsgemäß bevorzugte Polybutylenterephthalat (PBT) weist im Allgemeinen eine Schmelztemperatur (T_M) auf, die im Bereich von 180 bis 250 °C, bevorzugt im Bereich von 210 bis 240 °C liegt, bestimmt durch dynamische Differenzkalorimetrie (Differential Scanning Calorimetry; DSC) bei einer Heiz- und Kühlrate von 10 °C/min.
Das als Terephthalat-Polyester (A) erfindungsgemäß insbesondere bevorzugte Polyethylenterephthalat (PET) weist im Allgemeinen eine Schmelztemperatur (T_M) im Bereich von 220 bis 280 °C, bevorzugt im Bereich von 230 bis 270 °C auf, bestimmt durch dynamische Differenzkalorimetrie (Differential Scanning Calorimetry; DSC) bei einer Heiz- und Kühlrate von 10 °C/min.
Komponente (B)
Bei der Komponente (B) handelt es sich um mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyester (B).
Der mindestens eine aliphatisch-aromatische Polyester (B) wird in solchen Mengen eingesetzt, dass die Polyesterfasern (PF) 1 bis 20 Gew.-% des mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyesters (B), bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterfasern (PF), enthalten.
Die Begriffe mindestens ein aliphatisch-aromatischer Polyester (B), aliphatisch-aromatischer Polyester (B), aliphatisch-aromatischer Polyester sowie Komponente (B) werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym gebraucht und haben den gleichen Bedeutungsinhalt. Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff mindestens ein aliphatisch-aromatischer Polyester (B) genau ein aliphatisch-aromatischer Polyester (B) sowie Mischungen aus zwei und mehr aliphatisch-aromatischen Polyestern (B) verstanden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird im erfindungsgemäßen Verfahren genau ein aliphatisch-aromatischer Polyester (B) eingesetzt.
Der mindestens eine aliphatisch-aromatische Polyester (B) ist durch Polymerisation mindestens der folgenden Monomere m
m1) aliphatisches 1, ω-Diol,
m2) aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure und
m3) aromatische 1, ω-Dicarbonsäure
erhältlich.
Komponente m1)
Bei der Komponente m1) handelt es sich um mindestens ein aliphatisches 1, ω-Diol.
Die Begriffe mindestens ein aliphatisches 1, ω-Diol m1), aliphatisches 1, ω-Diol m1), aliphatisches 1, ω-Diol sowie Komponente m1) werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym gebraucht und haben den gleichen Bedeutungsinhalt. Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff mindestens ein aliphatisches 1, ω-Diol m1) genau ein aliphatisches 1, ω-Diol m1) sowie Mischungen aus zwei und mehr aliphatischen 1, ω-Diolen m1) verstanden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird im erfindungsgemäßen Verfahren genau ein aliphatisches 1, ω-Diol m1) eingesetzt.
Aliphatische 1, ω-Diole sind dem Fachmann prinzipiell bekannt.
Beispiele für aliphatische 1, ω-Diole m1) sind Ethylenglycol, 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-Propandiol, 2-Ethyl-2-Butyl-1,3-Propandiol, 2-Ethyl-2-Isobutyl-1,3-Propandiol, 1,4-Cyclohexan-dimethanol oder 2,2,4-Trimethyl-1 ,6-Hexandiol.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das aliphatische 1, ω-Diol m1) vorzugsweise ein aliphatisches 1, ω-Diol mit 2 bis 12, bevorzugt mit 4 bis 6, Kohlenstoffatomen. Das aliphatische 1, ω-Diol m1) kann dabei linear oder verzweigt sein.
Besonders bevorzugte aliphatische 1, ω-Diole m1) sind Ethylenglycol, 1,3-Propandiol oder 1,4-Butandiol, ganz besonders bevorzugt ist 1,4-Butandiol.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), bei dem das aliphatische 1, ω-Diol m1) 1,4-Butandiol ist.
Komponente m2)
Bei der Komponente m2) handelt es sich um mindestens eine aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure.
Die Begriffe mindestens eine aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure m2), aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure m2), aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure sowie Komponente m2) werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym gebraucht und haben den gleichen Bedeutungsinhalt. Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff mindestens eine aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure m2) genau eine aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure m2) sowie Mischungen aus zwei und mehr aliphatischen 1, ω-Dicarbonsäuren m2) verstanden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird im erfindungsgemäßen Verfahren genau eine aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure m2) eingesetzt.
Aliphatische 1, ω-Dicarbonsäuren sind dem Fachmann prinzipiell bekannt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure m2) vorzugsweise eine aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure mit 2 bis 40, bevorzugt mit 4 bis 17, Kohlenstoffatomen. Die aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure m2) kann dabei linear oder verzweigt sein.
Unter aliphatischen 1, ω-Dicarbonsäuren m2) werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die aliphatischen 1, ω-Dicarbonsäuren selbst sowie Derivate der aliphatischen 1, ω-Dicarbonsäuren, wie aliphatische 1, ω-Dicarbonsäureester, verstanden. Als Ester der aliphatischen 1, ω-Dicarbonsäuren kommen dabei die Di-C₁-C₆-Alkylester der aliphatischen 1, ω-Dicarbonsäuren, zum Beispiel die Dimethyl-, Diethyl-, Di-n-propyl-, Di-iso-propyl-, Di-n-butyl-, Di-iso-butyl-, Di-t-butyl-, Di-n-pentyl-, Di-iso-pentyl- oder Di-n-hexylester der aliphatischen 1, ω-Dicarbonsäuren, in Betracht.
Beispiele für aliphatische 1, ω-Dicarbonsäuren m2) sind Malonsäure, Bernsteinsäure, 2-Methylbernsteinsäure, Glutarsäure, 2-Methylglutarsäure, 3-Methylglutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Undecandisäure, Dodecandisäure, Brassylsäure, Tetradecandisäure, Fumarsäure, 2,2-Dimethylglutarsäure, Dimerfettsäure (wie zum Beispiel EMPOLO 1061 der Firma Cognis), 1,3-Cyclopentandicarbonsäure, Diglykolsäure, Itaconsäure, Maleinsäure oder 2,5-Norbornendicarbonsäure.
Besonders bevorzugte aliphatische 1, ω-Dicarbonsäuren m2) sind Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure oder Brassylsäure, ganz besonders bevorzugt sind Bernsteinsäure, Adipinsäure oder Sebacinsäure.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure m2) Adipinsäure.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), bei dem die aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure m2) Adipinsäure ist.
Es versteht sich von selbst, dass auch die Ester der oben genannten aliphatischen 1, ω-Dicarbonsäuren als Komponente m2) eingesetzt werden können. Dabei können die Ester der oben genannten aliphatischen 1, ω-Dicarbonsäuren einzeln sowie als Mischung aus zwei und mehr Estern der aliphatischen 1, ω-Dicarbonsäuren eingesetzt werden.
Darüber hinaus kann auch eine Mischung aus mindestens einer aliphatischen 1, ω-Dicarbonsäure und mindestens einem Ester einer aliphatischen 1, ω-Dicarbonsäure eingesetzt werden.
Komponente m3)
Bei der Komponente m3) handelt es sich um mindestens eine aromatische 1, ω-Dicarbonsäure.
Die Begriffe mindestens eine aromatische 1, ω-Dicarbonsäure m3), aromatische 1, ω-Dicarbonsäure m3), aromatische 1, ω-Dicarbonsäure sowie Komponente m3) werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym gebraucht und haben den gleichen Bedeutungsinhalt. Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff mindestens eine aromatische 1, ω-Dicarbonsäure m3) genau eine aromatische 1, ω-Dicarbonsäure m3) sowie Mischungen aus zwei und mehr aromatischen 1, ω-Dicarbonsäuren m3) verstanden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird im erfindungsgemäßen Verfahren genau eine aromatische 1, ω-Dicarbonsäure m3) eingesetzt.
Aromatische 1, ω-Dicarbonsäuren sind dem Fachmann prinzipiell bekannt.
Unter aromatischen 1, ω-Dicarbonsäuren m3) werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die aromatischen 1, ω-Dicarbonsäuren selbst sowie Derivate der aromatischen 1, ω-Dicarbonsäuren, wie aromatische 1, ω-Dicarbonsäureester, verstanden. Als Ester der aromatischen 1, ω-Dicarbonsäuren kommen dabei die Di-C₁-C₆-Alkylester der aromatischen 1, ω-Dicarbonsäuren, zum Beispiel die Dimethyl-, Diethyl-, Di-n-propyl-, Di-iso-propyl-, Di-n-butyl-, Di-iso-butyl-, Di-t-butyl-, Di-n-pentyl-, Di-iso-pentyl- oder Di-n-hexylester der aromatischen 1, ω-Dicarbonsäuren, in Betracht.
Beispiele für aromatische 1, ω-Dicarbonsäuren m3) sind Terephthalsäure, Furandicarbonsäure, Isophthalsäure, 2,6-Naphthoesäure oder 1,5-Naphthoesäure.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die aromatische 1, ω-Dicarbonsäure m3) vorzugsweise eine aromatische 1, ω-Dicarbonsäure mit 6 bis 12, bevorzugt eine solche mit 6 bis 8 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt eine mit 8 Kohlenstoffatomen. Die aromatische 1, ω-Dicarbonsäure m3) kann dabei linear oder verzweigt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die aromatische 1, ω-Dicarbonsäure m3) Terephthalsäure.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), bei dem die aromatische 1, ω-Dicarbonsäure m3) Terephthalsäure ist.
Es versteht sich von selbst, dass auch die Ester der oben genannten aromatischen 1, ω-Dicarbonsäuren als Komponente m3) eingesetzt werden können. Dabei können die Ester der oben genannten aromatischen 1, ω-Dicarbonsäuren einzeln sowie als Mischung aus zwei und mehr Estern der aromatischen 1, ω-Dicarbonsäuren eingesetzt werden.
Darüber hinaus kann auch eine Mischung aus mindestens einer aromatischen 1, ω-Dicarbonsäure und mindestens einem Ester einer aromatischen 1, ω-Dicarbonsäure eingesetzt werden.
Komponente (KV)
Bei der Polymerisation mindestens der Monomere m (m1), m2), m3)) wird optional mindestens ein Kettenverlängerer (KV) eingesetzt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), bei dem bei der Polymerisation mindestens der Monomere m mindestens ein Kettenverlängerer (KV) eingesetzt wird.
Die Begriffe mindestens ein Kettenverlängerer (KV), Kettenverlängerer (KV), Kettenverlängerer sowie Komponente (KV) werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym gebraucht und haben den gleichen Bedeutungsinhalt. Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff mindestens ein Kettenverlängerer (KV) genau ein Kettenverlängerer (KV) sowie Mischungen aus zwei und mehr Kettenverlängerern (KV) verstanden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird im erfindungsgemäßen Verfahren genau ein Kettenverlängerer (KV) eingesetzt.
Der mindestens eine Kettenverlängerer (KV) ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Verbindungen, die mindestens drei zur Esterbildung befähigte Gruppen enthalten (KV1) und aus Verbindungen, die mindestens zwei Isocyanatgruppen enthalten (KV2).
Die Verbindungen (KV1) enthalten vorzugsweise 3 bis 10 funktionelle Gruppen, welche zur Ausbildung von Esterbindungen fähig sind. Besonders bevorzugte Verbindungen (KV1) haben 3 bis 6 funktionelle Gruppen dieser Art im Molekül, insbesondere 3 bis 6 Hydroxylgruppen und/oder Carboxylgruppen.
Beispiele für die Verbindungen (KV1) sind Weinsäure, Zitronensäure, Apfelsäure, Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Pentaerythrit, Polyethertriole, Glyzerin, Trimesinsäure, Trimellitsäure, Trimellitanhydrid, Pyromellitsäure, Pyromellitdianhydrid oder Hydroxyisophthalsäure.
In der Regel werden die Verbindungen (KV1) in Mengen von 0,01 bis 15 mol-%, bevorzugt von 0,05 bis 10 mol-%, besonders bevorzugt von 0,1 bis 4 mol-%, bezogen auf die Summe der mol-Mengen der Komponenten m2) und m3), eingesetzt.
Die Verbindungen (KV2) enthalten vorzugsweise ein Diisocyanat oder eine Mischung unterschiedlicher Diisocyanate. Es können aromatische oder aliphatische Diisocyanate eingesetzt werden. Es können aber auch höherfunktionelle Isocyanate verwendet werden.
Unter einem „aromatischen Diisocyanat“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung vor allem Toluylen-2,4-Diisocyanat, Toluylen-2,6-Diisocyanat, 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat, 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Naphthylen-1,5-Diisocyanat oder Xylylen-Diisocyanat verstanden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind als aromatische Diisocyanate 2,2'-Diphenylmethandiisocyanat, 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat sowie 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat bevorzugt, besonders bevorzugt werden diese Diphenylmethandiisocyanate als Mischungen eingesetzt.
Vorzugsweise enthalten die Verbindungen (KV2) bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Verbindungen (KV2), Urethiongruppen. Diese dienen beispielsweise zum Verkappen der Isocyanatgruppen.
Die Verbindungen (KV2) können auch ein dreikerniges aromatisches Diisocyanat enthalten. Ein Beispiel für ein dreikerniges aromatisches Isocyanat ist Tri(4-isocyanophenyl)methan. Die mehrkernigen aromatischen Diisocyanate fallen beispielsweise bei der Herstellung von ein- oder zweikernigen aromatischen Diisocyanaten an.
Unter einem „aliphatischen Diisocyanat“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung vor allem lineare oder verzweigte Alkylendiisocyanate oder Cycloalkylendiisocyanate mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, zum Beispiel 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1,5-Pentamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat oder Methylen-bis(4-isocyanatocyclohexan), verstanden. Besonders bevorzugte aliphatische Diisocyanate sind 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 1,5-Pentamethylendiisocyanat und Isophorondiisocyanat.
Es können aber auch aliphatische Diisocyanate eingesetzt werden, die auf n-Hexamethylendiisocyanat basieren, beispielsweise cyclische Trimere, Pentamere oder höhere Oligomere des n-Hexamethylendiisocyanats.
Vorzugsweise werden die Verbindungen (KV2) in Mengen von 0,01 bis 5 mol-%, bevorzugt in Mengen von 0,05 bis 4 mol-%, besonders bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 4 mol-%, bezogen auf die Summe der mol-Mengen der Komponenten m1), m2) und m3), eingesetzt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der mindestens eine Kettenverlängerer (KV) vorzugsweise 1,6-Hexamethylendiisocyanat.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), bei dem der mindestens eine Kettenverlängerer (KV) 1,6-Hexamethylendiisocyanat ist.
Die Herstellung des erfindungsgemäß eingesetzten mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyesters (B), typische Reaktionsbedingungen und Katalysatoren sind dem Fachmann prinzipiell bekannt.
Die zur Herstellung des mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyesters (B) eingesetzten 1, ω-Dicarbonsäuren m2) und m3) können prinzipiell in bekannter Art und Weise als freie Säuren oder in Form üblicher Derivate, wie beispielsweise Estern, eingesetzt werden.
Es können darüber hinaus typische Veresterungskatalysatoren eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Variante der Reaktion können auch zunächst Polyesterdioleinheiten vorsynthetisiert werden, welche dann mittels eines Kettenverlängerers (KV) miteinander verknüpft werden können. Durch die Wahl der Bausteine und/oder der Reaktionsbedingungen lassen sich die Eigenschaften der Polyester vom Fachmann leicht an ein bestimmtes Anforderungsprofil anpassen.
Der mindestens eine aliphatisch-aromatische Polyester (B) weist üblicherweise eine Glasübergangstemperatur T_G auf. Die Glasübergangstemperatur T_G des mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyesters (B) liegt üblicherweise im Bereich von -50 bis 0°C, bevorzugt im Bereich von -45 bis -10°C und insbesondere bevorzugt im Bereich von -40 bis -20°C, bestimmt durch DSC.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), bei dem die Glasübergangstemperatur T_G des mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyesters (B) im Bereich von -50 bis 0 °C liegt.
Das gewichtsmittlere Molekulargewicht (M_w) des mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyesters (B) liegt üblicherweise im Bereich von 50 000 bis 300 000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 50 000 bis 150 000 g/mol, bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) (size exclusion chromatography (SEC)). Als Lösemittel wurde 1,1,1,3,3,3-Hexafluor-2-propanol gegen eng verteilte Polymethylmethacrylat(PMMA)-Standards verwendet.
Das zahlenmittlere Molekulargewicht (M_n) des mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyesters (B) liegt üblicherweise im Bereich von 5 000 bis 60 000 g/mol, bevorzugt im Bereich von 15 000 bis 40 000 g/mol und insbesondere bevorzugt im Bereich von 20 000 bis 40 000 g/mol, bestimmt mittels Gelpermeationschromatographie (GPC) (size exclusion chromatography (SEC)). Als Lösemittel wurde 1,1,1,3,3,3-Hexafluor-2-propanol gegen eng verteilte Polymethylmethacrylat(PMMA)-Standards verwendet.
Der mindestens eine aliphatisch-aromatische Polyester (B) weist im Allgemeinen eine Schmelztemperatur (T_M) auf, die im Bereich von 90 bis 150 °C, bevorzugt im Bereich von 100 bis 140 °C liegt, bestimmt durch dynamische Differenzkalorimetrie (Differential Scanning Calorimetry; DSC).
Der mindestens eine aliphatisch-aromatische Polyester (B) weist im Allgemeinen eine Viskositätszahl von 100 bis 300 ml/g auf, bevorzugt im Bereich von 120 bis 220 ml/g und insbesondere bevorzugt im Bereich von 150 bis 210 ml/g. Die Bestimmung der Viskositätszahl erfolgt in einer Lösung von 0,5 g des aliphatisch-aromatischen Polyesters (B) in 100 ml einer 1:1 Mischung von Phenol und o-Dichlorbenzol.
Komponente (C)
Bei der Komponente (C) handelt es sich um mindestens ein Additiv.
Das mindestens eine Additiv (C) wird in solchen Mengen eingesetzt, dass die Polyesterfasern (PF) 0 bis 5 Gew.-% des mindestens einen Additivs (C), bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterfasern (PF), enthalten.
Die Begriffe mindestens ein Additiv (C), Additiv (C), Additiv sowie Komponente (C) werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym gebraucht und haben den gleichen Bedeutungsinhalt. Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff mindestens ein Additiv (C) genau ein Additiv (C) sowie Mischungen aus zwei und mehr Additiven (C) verstanden.
Geeignete Additive sind dem Fachmann bekannt.
Beispiele für Additive sind Gleitmittel, Nukleierungsmittel, Verträglichkeitsvermittler, Flammschutzmittel, Verstärkungsmaterialien, Weichmacher, Antioxidantien, UV-Stabilisatoren, mineralische Füllstoffe und Pigmente.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise Gleitmittel, Nukleierungsmittel und/oder Verträglichkeitsvermittler eingesetzt.
Als Gleitmittel oder auch als Formtrennmittel haben sich insbesondere Kohlenwasserstoffe, Fettalkohole, höhere Carbonsäuren, Metallsalze höherer Carbonsäuren wie Kalzium- oder Zinkstearat, Fettsäureamide wie Erucasäureamid und Wachstypen, zum Beispiel Paraffinwachse, Bienenwachse oder Montanwachse, bewährt. Bevorzugte Gleitmittel sind Erucasäureamid und/oder Wachstypen und besonders bevorzugt Kombinationen dieser Gleitmittel. Bevorzugte Wachstypen sind Bienenwachse und Esterwachse, insbesondere Glyzerinmonostearat oder Dimethylsiloxan oder Polydimethylsiloxan wie zum Beispiel Belzil und DM® der Firma Waga. Durch die Zugabe der Gleitmittel vor der Kettenverlängerung können die Gleitmittel an die Polymerkette teilweise angebunden werden. Ein vorzeitiges Ausschwitzen der Gleitmittel aus dem fertigen Polymermassen kann auf diese Weise effektiv unterbunden werden.
Als Gleitmittel werden vorzugsweise 0,05 bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterfasern (PF), zugegeben.
Als Nukleierungsmittel kommen in der Regel anorganische Verbindungen wie Talcum, Kreide, Glimmer, Siliziumoxide oder Bariumsulfat in Frage. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Polyesterfasern (PF) haben sich insbesondere aromatische Polyester wie Polyethylenterephthalat und insbesondere Polybutylenterephthalat als vorteilhaft erwiesen.
Vorzugsweise werden 0,05 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-% Nukleierungsmittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterfasern (PF), zugegeben.
Als Verträglichkeitvermittler haben sich aliphatische Polyester wie Polymilchsäure, Polycaprolacton, Polyhydroxyalkanoat oder Polyglycolsäure (PGA) als vorteilhaft erwiesen.
Die Verträglichkeitsvermittler werden vorzugsweise in Mengen von 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterfasern (PF), zugegeben.
Verfahren zur Herstellung der Polyesterfasern (PF)
Schritt I)
In Schritt I) werden die Komponenten (A), (B) und gegebenenfalls (C) unter Erhalt einer Mischung (M) gemischt.
Das Mischen der Komponenten (A), (B) und gegebenenfalls (C) kann in sämtlichen dem Fachmann bekannten Vorrichtungen erfolgen. Bevorzugt wird Verfahrensschritt I) in einem Extruder durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF) in einem Extruder durchgeführt, der mindestens ein Mischsegment und mindestens ein Fördersegment umfasst. Das Mischsegment umfasst im Allgemeinen mindestens ein Mischelement, das Fördersegment umfasst im Allgemeinen mindestens ein Förderelement. Darüber hinaus umfasst der im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eingesetzte Extruder mindestens eine Spinndüse.
Geeignete Spinndüsen, Förderelemente und Mischelemente sind dem Fachmann bekannt.
Bevorzugt werden Doppelschneckenextruder eingesetzt, da durch Länge und Art der Schnecke, Temperatur und Verweilzeit im Extruder eine homogene Durchmischung erreicht werden kann.
Der Extruder kann neben dem mindestens einen Mischsegment, dem mindestens einen Fördersegment und der mindestens einen Spinndüse Stauzonen und Entgasungszonen aufweisen.
Der im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eingesetzte Extruder umfasst somit mindestens ein Mischsegment, an das sich mindestens ein Fördersegment anschließt, wobei sich an das mindestens eine Fördersegment die mindestens eine Spinndüse anschließt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird Verfahrensschritt I) in dem mindestens einen Mischsegment durchgeführt. In dem mindestens einen Mischsegment werden dann die Komponenten (A), (B) und gegebenenfalls (C) unter Erhalt der Mischung (M) gemischt. Von dem mindestens einen Mischsegment gelangt die Mischung (M) in einer bevorzugten Ausführungsform in das mindestens eine Fördersegment (siehe hierzu nachfolgend auch Schritt II)).
In Schritt I) werden der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) und der mindestens eine aliphatisch-aromatische Polyester (B) sowie gegebenenfalls das mindestens eine Additiv (C) bevorzugt unter Verwendung entsprechender Dosiervorrichtungen beispielsweise als Granulat in den Extruder dosiert.
Selbstverständlich ist es auch möglich ein vorgemischtes Granulat einzusetzen.
Im Mischsegment des Extruders werden die Komponenten (A), (B) und gegebenenfalls (C) vorzugsweise durch Erwärmen bis zur Schmelze unter Erhalt einer Mischung (M) miteinander gemischt.
Die Temperatur zum Mischen in Schritt I) wird vom Fachmann gewählt und richtet sich nach der Art der Komponenten (A) und (B) sowie gegebenenfalls (C).
Der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) und der mindestens eine aliphatisch-aromatische Polyester (B) sollen einerseits in ausreichendem Maße erweichen, so dass Durchmischung möglich ist. Sie sollen andererseits nicht zu dünnflüssig werden, weil sonst kein ausreichender Scherenergieeintrag mehr erfolgen kann und unter Umständen auch thermischer Abbau zu befürchten ist.
Im Allgemeinen wird das Mischen in Schritt I) bei einer Temperatur von 230 bis 290 °C, bevorzugt bei einer Temperatur von 270 bis 280 °C, durchgeführt.
Die Temperatur in Schritt I) wird in einer bevorzugten Ausführungsform am Mantel des Extruders gemessen, der das Mischsegment umgibt.
Schritt II
In Schritt II) wird die in Schritt I) erhaltene Mischung (M) durch mindestens eine Spinndüse unter Erhalt der Polyesterfasern (PF) extrudiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform gelangt die in Schritt I) erhaltene Mischung (M) von dem mindestens einen Mischsegment des Extruders in das mindestens eine Fördersegment des Extruders. Von dem mindestens einen Fördersegment aus gelangt die Mischung (M) dann anschließend vorzugsweise zu der mindestens einen Spinndüse, durch die sie extrudiert wird.
Vorzugsweise wird die erhaltene Mischung (M) durch mehrere Spinndüsen unter Erhalt der Polyesterfasern (PF) extrudiert.
Vorzugsweise wird Schritt II) im gleichen Extruder durchgeführt wie Schritt I).
Dem Fachmann ist prinzipiell bekannt, wie die Extrusion durch die mindestens eine Spinndüse durchgeführt wird.
Bei der mindestens einen Spinndüse handelt es sich vorzugsweise um eine Lochdüse, beispielsweise um eine 24-Lochdüse mit Normalsieb.
Temperaturen (T1) und (T2)
Schritt II) wird bei einer Temperatur (T1) durchgeführt, die mindestens 15 °C unterhalb einer Temperatur (T2) liegt, die mindestens notwendig wäre, um den mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) in Reinsubstanz durch die mindestens eine Spinndüse zu extrudieren.
Die Temperatur (T2) ist die Temperatur, die notwendig ist, um den mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) in Reinsubstanz durch die mindestens eine Spinndüse zu extrudieren. Unterhalb der Temperatur (T2) kann der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) in Reinsubstanz nicht mehr durch die mindestens eine Spinndüse extrudiert werden. Unterhalb der Temperatur (T2) ist die Viskosität des mindestens einen Terephthalat-Polyesters (A) in Reinsubstanz zu hoch, sodass dieser nicht mehr durch die mindestens eine Spinndüse extrudiert werden kann.
Unter dem Begriff „Reinsubstanz“ in Bezug auf den mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) wird erfindungsgemäß verstanden, dass der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) keinen aliphatisch-aromatischen Polyester (B) enthält und darüber hinaus maximal 1 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,5 Gew.-% und besonders bevorzugt maximal 0,1 Gew.-% weitere Substanzen enthält, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des mindestens einen Terephthalat-Polyesters (A) sowie der gegebenenfalls vorhandenen weiteren Substanzen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) keine weiteren Substanzen.
Durch die Zugabe des mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyesters (B) kann die Polyesterfaser (PF) bei deutlich niedrigeren Temperaturen hergestellt werden. Die Temperatur (T1) stellt erfindungsgemäß die Temperatur dar, bei der die Mischung aus dem mindestens einen Terephthalat-Polyester (A), dem mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyester (B) sowie gegebenenfalls dem mindestens einen Additiv (C) durch die mindestens eine Spinndüse extrudiert wird. Es versteht sich von selbst, dass die Temperatur (T1) und die Temperatur (T2) unter identischen Versuchsbedingungen, das heißt gleicher Extruder, gleiche Fördergeschwindigkeit und gleicher Druck, bestimmt werden.
Zur Bestimmung der Temperatur (T1) und der Temperatur (T2) bestehen zwei Möglichkeiten.
Zum einen ist es möglich, die Temperaturen (T1) und (T2) direkt hinter der mindestens einen Spinndüse zu messen. Dies kann durch sämtliche dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen, beispielsweise durch Messung mit einem Infrarot-Thermometer.
Darüber hinaus ist es möglich, die Temperaturen (T1) und (T2) am Mantel des Fördersegments des Extruders zu bestimmen, das unmittelbar vor der mindestens einen Spinndüse angeordnet ist.
Die Temperatur (T2), die mindestens notwendig wäre, um den mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) in Reinsubstanz durch die mindestens eine Spinndüse zu extrudieren, liegt üblicherweise im Bereich von 250 bis 320 °C, bevorzugt im Bereich von 260 bis 310 °C.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), bei dem die Temperatur (T2) im Bereich von 250 bis 320 °C liegt.
Die Temperatur (T1) liegt um mindestens 15 °C unterhalb einer Temperatur (T2), die mindestens notwendig wäre, um den mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) in Reinsubstanz durch die mindestens eine Spinndüse zu extrudieren. Bevorzugt liegt die Temperatur (T1) um mindestens 20 °C, mehr bevorzugt um mindestens 25 °C, unterhalb einer Temperatur (T2), die mindestens notwendig wäre, um den mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) in Reinsubstanz durch die mindestens eine Spinndüse zu extrudieren.
Die Temperatur (T1) liegt üblicherweise im Bereich von 230 bis 280 °C, bevorzugt im Bereich von 230 bis 260 °C.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), bei dem die Temperatur (T1) im Bereich von 230 bis 280 °C liegt.
In der Regel sind die Temperaturen (T1) und (T2) abhängig vom mindestens einen Terephthalat-Polyester (A).
Handelt es sich bei dem mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) um ein Polyethylenterephthalat (PET), liegt die Temperatur (T1) im Bereich von 250 bis 280 °C und die Temperatur (T2) im Bereich von 280 bis 320 °C.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), bei dem der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) Polyethylenterephthalat (PET) ist, die Temperatur (T1) im Bereich von 250 bis 280 °C und die Temperatur (T2) im Bereich von 280 bis 320 °C liegt.
Handelt es sich bei dem mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) um ein Polybutylenterephthalat (PBT), liegt die Temperatur (T1) im Bereich von 230 bis 260 °C und die Temperatur (T2) im Bereich von 250 bis 290 °C.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), bei dem der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) Polybutylenterephthalat (PBT) ist, die Temperatur (T1) im Bereich von 230 bis 260 °C und die Temperatur (T2) im Bereich von 250 bis 290 °C liegt.
Polyesterfasern (PF)
Die Polyesterfasern (PF) enthalten jeweils, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterfasern (PF),
80 bis 99 Gew.-% mindestens eines Terephthalat-Polyesters (A),
1 bis 20 Gew.-% mindestens eines aliphatisch-aromatischen Polyesters (B), der durch Polymerisation mindestens der folgenden Monomere m
m1) aliphatisches 1,ω-Diol,
m2) aliphatische 1,ω-Dicarbonsäure und
m3) aromatische 1,ω-Dicarbonsäure erhältlich ist, und
0 bis 5 Gew.-% mindestens eines Additivs (C).
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Polyesterfasern (PF) jeweils, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterfasern (PF),
85 bis 95 Gew.-% mindestens eines Terephthalat-Polyesters (A),
5 bis 15 Gew.-% mindestens eines aliphatisch-aromatischen Polyesters (B), der durch Polymerisation mindestens der folgenden Monomere m
m1) aliphatisches 1,ω-Diol,
m2) aliphatische 1,ω-Dicarbonsäure und
m3) aromatische 1,ω-Dicarbonsäure erhältlich ist, und
0 bis 5 Gew.-% mindestens eines Additivs (C).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die Polyesterfasern (PF) jeweils, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterfasern (PF),
94 Gew.-% mindestens eines Terephthalat-Polyesters (A),
6 Gew.-% mindestens eines aliphatisch-aromatischen Polyesters (B), der durch Polymerisation mindestens der folgenden Monomere m
m1) aliphatisches 1,ω-Diol,
m2) aliphatische 1,ω-Dicarbonsäure und
m3) aromatische 1,ω-Dicarbonsäure erhältlich ist, und
0 bis 5 Gew.-% mindestens eines Additivs (C).
Die Summe der Gewichtsprozente der Komponenten (A) bis (C) addiert sich im Allgemeinen zu 100 Gew.-%.
Die Polyesterfasern (PF) weisen vorzugsweise einen Weißgrad-Index nach CIE 15.3 (2004) von mindestens 65 auf.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), bei dem die Polyesterfasern (PF) einen Weißgrad-Index nach CIE 15.3 von mindestens 65 aufweisen.
Unter dem „Weißgrad-Index“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Zahlenmaß für die Remissionsfähigkeit der Polyesterfasern (PF) verstanden. Er dient als Qualitätsmerkmal und wird durch kolorimetrische, photometrische oder spektralphotometrische Messmethoden bestimmt. Ein niedriger Weißgrad-Index bedeutet, dass die Polyesterfasern (PF) eine Gelbfärbung aufweisen. Ein hoher Weißgrad-Index bedeutet, dass die Polyesterfasern (PF) eine geringe bis keine Gelbfärbung aufweisen und dadurch weißer erscheinen. Der Weißgrad-Index wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung nach CIE 15.3 (2004) bestimmt.
Die Polyesterfasern (PF) weisen vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als 0,7 µm auf, bevorzugt beträgt der Durchmesser 0,2 bis 0,5 µm, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist.
Die Polyesterfasern (PF) weisen vorzugsweise Gesamtgarntiter von 100 bis 130 dtex (dtex = g/10km Faser) auf. Es ist natürlich auch möglich, Gesamtgarntiter von 1 bis 300 d/tex herzustellen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyesterfasern (PF) können zur Herstellung von textilen Materialien (T) verwendet werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Polyesterfasern (PF) zur Herstellung von textilen Materialien (T).
Der Begriff „textile Materialien (T)“ umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle Materialien in der gesamten Herstellungskette von Textilien, beispielsweise alle Arten von textilen Fertigwaren, wie zum Beispiel Kleidung aller Art, Heimtextilien wie Teppiche, Vorhänge, Decken oder Möbelstoffe oder technische Textilien für industrielle oder gewerbliche Zwecke oder Textilien für Anwendungen im Haushalt wie beispielsweise Lappen oder Wischtücher zum Reinigen. Der Begriff umfasst weiterhin auch die Ausgangsmaterialien sowie Halbfabrikate oder Zwischenprodukte, wie beispielsweise Garne, Gewebe, Gestricke, Gewirke, Vliese oder Vliesstoffe. Auch Füllstoffe und Flocken für Textilien wie beispielsweise Kissen oder auch Stofftiere sind erfindungsgemäß mit umfasst.
Erfindungsgemäß bevorzugte textile Materialien (T) sind insbesondere textile Materialien (T) für Sport- und Freizeitbekleidung, Teppiche oder Vliese.
Unter dem Begriff „Garn“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein langes, dünnes Gebilde aus einer oder mehreren Fasern verstanden.
Verfahren zur Herstellung textiler Fertigwaren aus Fasern und/oder Garnen sind dem Fachmann prinzipiell bekannt.
Die textilen Fertigwaren können ausschließlich aus den erfindungsgemäß verwendeten Polyesterfasern (PF) hergestellt werden. Sie können aber selbstverständlich auch aus einer Kombination der erfindungsgemäß verwendeten Polyesterfasern (PF) mit anderen Materialien, wie beispielsweise natürlichen Fasern, hergestellt werden. Eine Kombination kann auf verschiedenen Fertigungsstufen vorgenommen werden. Beispielsweise kann man bereits auf der Stufe des Schmelzspinnens Fasern aus mehreren Polymeren mit definierter geometrischer Anordnung herstellen. Bei der Garnherstellung können Fasern aus anderen Polymeren mit eingearbeitet werden oder es können Fasermischungen aus Stapelfasern hergestellt werden. Weiterhin können verschiedenartige Garne miteinander verarbeitet werden und schließlich können auch andere Halbfabrikate oder Zwischenprodukte, welche die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Polyesterfasern (PF) enthalten, mit chemisch andersartigen Halbfabrikaten oder Zwischenprodukten verbunden werden.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyesterfasern (PF) können zu textilen Fertigwaren, Halbfabrikaten oder Zwischenprodukten verarbeitet und dann gefärbt werden. Die Polyesterfasern (PF) können aber auch erst gefärbt und dann zu textilen Fertigwaren, Halbfabrikaten oder Zwischenprodukten weiterverarbeitet werden.
Verfahren zur Herstellung textiler Fertigwaren, Halbfabrikate oder Zwischenprodukte aus Fasern sind dem Fachmann bekannt. Ebenso sind dem Fachmann Verfahren zum Einfärben von Fasern, textilen Fertigwaren, Halbfabrikaten oder Zwischenprodukten bekannt.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polyesterfasern (PF) können bei einer Temperatur unterhalb von 130° C, bevorzugt bei einer Temperatur unterhalb von 120 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur unterhalb von 110 °C, ganz besonders bevorzugt bei einer Temperatur unterhalb von 100 °C und insbesondere bevorzugt bei einer Temperatur unterhalb von 80 °C, eingefärbt werden.
Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung weiter verdeutlichen, ohne aber die vorliegende Erfindung darauf zu beschränken.
Beispiele:
Erfindungsgemäße Beispiele E1 und E2
Ein Terephthalat-Polyester (Polybutylenterephthalat (PBT) Ultradur B 2550 FC® des Herstellers BASF SE, Komponente (A)) wird mit einem aliphatisch-aromatischen Polyester (Komponente (B)), der durch Kondensation von Adipinsäure (Komponente m2)), Terephthalsäure (Komponente m3)) und 1,4-Butandiol (Komponente m1)) erhalten wurde, gemischt und in einem Extruder unter Erhalt einer homogenen Schmelze geschmolzen. Die homogene Schmelze wird anschließend durch die Lochdüsen des Extruders extrudiert, wobei Polyesterfasern (PF) erhalten werden.
Vergleichsbeispiele V1 und V2
Ein Terephthalat-Polyester (Polybutylenterephthalat (PBT) Ultradur B 2550 FC® des Herstellers BASF SE, Komponente (A)) wird in einem Extruder unter Erhalt einer homogenen Schmelze geschmolzen. Die homogene Schmelze wird anschließend durch die Lochdüsen des Extruders extrudiert, wobei Polyesterfasern (PF) erhalten werden.

Die eingesetzten Mengen an Komponente (A) und (B), die Spinntemperaturen (T₁ und T₂), die Gesamtgarntiter sowie die Dehnung der hergestellten Polyesterfasern (PF) sind in nachfolgender Tabelle 1 dargestellt: Tabelle 1

Beispiel	E1	E2	V1	V2
Komponente (A) [Gew.-%]	96	94	100	100
Komponente (B) [Gew.-%]	4	6	0	0
T₁ [°C]	235	235
T₂ [°C]			255	240-249 (nicht fahrbar)
Gesamtgarntiter [dtex]	110	110	110
Dehnung [%]	132,6	132,8	130,2

Wie der Tabelle 1 zu entnehmen ist, lässt sich Polybutylenterephthalat (PBT) nach Zusatz der Komponente (B) problemlos bei 235 °C zu Polyesterfasern (PF) verspinnen. Reines Polybutylenterephthalat (PBT) lässt sich unterhalb von 250 °C nicht zu Polyesterfasern (PF) verspinnen. Durch den Zusatz der Komponente (B) ändert sich die Elastizität der Polyesterfasern nicht.
Erfindungsgemäßes Beispiel E3
Ein Terephthalat-Polyester (Polyethylenterephthalat der Firma Invista vom Typ „RT 20“, Komponente (A)) wird mit einem aliphatisch-aromatischen Polyester (Komponente (B)), der durch Kondensation von Adipinsäure (Komponente m2)), Terephthalsäure (Komponente m3)) und 1,4-Butandiol (Komponente m1)) erhalten wurde, gemischt und in einem Extruder unter Erhalt einer homogenen Schmelze geschmolzen. Die homogene Schmelze wird anschließend durch die Lochdüsen des Extruders extrudiert, wobei Polyesterfasern (PF) erhalten werden.
Vergleichsbeispiel V3
Ein Terephthalat-Polyester (Polyethylenterephthalat der Firma Invista vom Typ „RT 20“, Komponente (A)) wird in einem Extruder unter Erhalt einer homogenen Schmelze geschmolzen. Die homogene Schmelze wird anschließend durch die Lochdüsen des Extruders extrudiert, wobei Polyesterfasern (PF) erhalten werden.
Die eingesetzten Mengen an Komponente (A) und (B), die Spinntemperaturen (T₁ und T₂) sowie der Weißgrad-Index nach CIE 15.3 (2004) der hergestellten Polyesterfasern (PF) sind in nachfolgender Tabelle 2 dargestellt: Tabelle 2

Beispiel E3 V3

Komponente (A) [Gew.-%] 94 100

Komponente (B) [Gew.-%] 6 0

T₁ [°C] 280

T₂ [°C] 300

Weißgrad-Index nach CIE 15.3 (2004) 74,2 81,6
Wie der Tabelle 2 zu entnehmen ist, lässt sich Polyethylenterephthalat (PET) nach Zusatz der Komponente (B) problemlos bei 280 °C zu Polyesterfasern (PF) verspinnen. Der Weißgrad-Index der hergestellten erfindungsgemäßen Polyesterfasern (PF) liegt bei 74,2.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern (PF), die jeweils, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyesterfasern (PF), 80 bis 99 Gew.-% mindestens eines Terephthalat-Polyesters (A), 1 bis 20 Gew.-% mindestens eines aliphatisch-aromatischen Polyesters (B), der durch Polymerisation mindestens der folgenden Monomere m m1) aliphatisches 1, w-Diol, m2) aliphatische 1, ω-Dicarbonsäure und m3) aromatische 1, ω-Dicarbonsäure erhältlich ist, und 0 bis 5 Gew.-% mindestens eines Additivs (C) enthalten, umfassend die Schritte I) Mischen der Komponenten (A), (B) und gegebenenfalls (C) unter Erhalt einer Mischung (M) und II) Extrudieren der in Schritt I) erhaltenen Mischung (M) durch mindestens eine Spinndüse unter Erhalt der Polyesterfasern (PF), wobei Schritt II) bei einer Temperatur (T1) durchgeführt wird, die mindestens 15 °C unterhalb einer Temperatur (T2) liegt, die mindestens notwendig wäre, um den mindestens einen Terephthalat-Polyester (A) in Reinsubstanz durch die mindestens eine Spinndüse zu extrudieren, wobei die Temperatur (T1) und die Temperatur (T2) unter identischen Versuchsbedingungen, das heißt gleicher Extruder, gleiche Fördergeschwindigkeit und gleicher Druck, bestimmt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polybutylenterephthalat (PBT) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T1) im Bereich von 230 bis 280 °C liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T2) im Bereich von 250 bis 320 °C liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyesterfasern (PF) einen Weißgrad-Index nach CIE 15.3 von mindestens 65 aufweisen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) Polyethylenterephthalat (PET) ist, die Temperatur (T1) im Bereich von 250 bis 280 °C und die Temperatur (T2) im Bereich von 280 bis 320 °C liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Terephthalat-Polyester (A) Polybutylenterephthalat (PBT) ist, die Temperatur (T1) im Bereich von 230 bis 260 °C und die Temperatur (T2) im Bereich von 250 bis 290 °C liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Polymerisation mindestens der Monomere m mindestens ein Kettenverlängerer (KV) eingesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kettenverlängerer (KV) 1,6-Hexamethylendiisocyanat ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aliphatische 1, ω -Diol m1) 1,4-Butandiol ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aliphatische 1, ω -Dicarbonsäure m2) Adipinsäure ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die aromatische 1, ω -Dicarbonsäure m3) Terephthalsäure ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasübergangstemperatur T_G des mindestens einen aliphatisch-aromatischen Polyesters (B) im Bereich von -50 bis 0 °C liegt.
Verwendung der Polyesterfasern (PF) hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung von textilen Materialien (T).