DE1444034A1

DE1444034A1 - Mittel zur Faserverbesserung und seiner Anwendung

Info

Publication number: DE1444034A1
Application number: DE19631444034
Authority: DE
Inventors: Paul Paliyenko; Coates Herbert Wright
Original assignee: Celanese Corp
Current assignee: Celanese Corp
Priority date: 1962-07-13
Filing date: 1963-07-12
Publication date: 1968-11-14
Also published as: BE634754A; NL295263A; JPS4826819B1; GB1054637A; US3251794A

Description

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHONWALD DR.-IN6. TH.MEYER DR. FUES DR. EGGERT DIPL.-PHYS. GRAVE

KÖLNl, DEfCHMANNHAUS

Köln, 8. Juli 1965 Dt-Ax/Rb

Celanese Corporation of America, 522 Fifth Avenue, New York 3b, N.Y., USA

und_seiner Anwendung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung von Fasermaterial, insbesondere im Hinblick auf die Beständigkeit der Kräuselung und Elastizität, und ein Produkt , das diese Verbesserung bewirkt.

Kissen, Polster, Steppdecken und viele andere Artikel werden gewöhnlich mit gekräuselter Stapelfaser gefüllt, die aus Kunstfäden erhalten wird. Der Wert jeder bestimmten Art von Stapelfaser für diesen Verwendungszweck hängt insbesondere von der Fälligkeit der Faser, die hauptsächlich, wenn nicht vollständig, von dem Kräuselungsgrad abhängt,und von ihrer Elastizität ab, die sich auu der Fähigkeit ergibt, die Kräuselung selbst nach dem Zusammendrücken zurück zu behalten. Die Erfindung ist auf die Verbesserung dieser Kräuseleigenschaften und damit auf eine Steigerung des ¥ertes der gekräuselten Stapelfaser als Füllmaterial gerichtet.

Gegenstand der Erfindung ist ein £rodukt,mit dessen Hilfe-* die Fülligkeit, Elastiziät und Kräuselbeständigkeit einös Fasermaterials verbessert werden kann. Das Produkt besteht aus einer wässrigen Emulsion eines SüfLic.enJaarzes, eines

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antistatischen Mittels.

Vernetzende Harze, wie Harnstoff-Formaldehyd- und Melamin-Formaldehyd-Harze, werden zur Behandlung von Textilmaterialien verwendet. Sie werden von den Einzelfasern absorbiert und reagieren im Innern der Faser unter Vernetzung und grundlegender Änderung der Fasereigenschaften. Die gemäss der Erfindung verwendeten Siliconharze befinden sich in erster Linie auf der Oberfläche jeder Einzelfaser und üben ihre nützliche Wirkung durch Bildung eines zähen, flexiblen, hydrophoben Films aus Siliconharz rings um jede Einzelfaser aus. Den Fasern werden auf diese Weise vorteilhafte Eigenschaften, wie Wasserabstossung und geringe Reibung untereinander, verliehen.

Das verwendete Silicon wird im allgemeinen durch Hydrolyse eines Alky !halogensilane, z.B. Methyltrichlorsilan, Dimethyldichlorsilan, Trimethylchlorsilan, Methyldichlorhydrogensilan oder deren Gemische gebildet. Die Hydrolyse solcher Verbindungen führt zur Bildung von Hydroxylgruppen, aber die Hydroxyä-lgruppeÄ an einem Siliconatom ist gewöhnlich so instabil, dass sie mit einer, an ein anderes Siliconatom gebundenen Hydroxylgruppe unter Abspaltung von Wasser und Bildung der Siloxanbrücke,-Si-O-Si,-die für die Siliconharze typische ist, reagiert.

Hydrolysiert man difunktionelle Verbindungen, wie Dimethyldichlorsilan, so können diese in lineare Polymere, z.B. die flüssigen Silicone, umgewandelt werden. Trimethylchlorsilan ist monofunktionell und kann daher als Kettenabbruchmittel in Verbindung mit flüssigen Siliconen, die aus Dimethyldichlorsilan erhalten wurden, zur Einstellung des Molekulargewichts des Siliconpoly/eren verwendet werden. Durch Verwendung von Methyltrichlorsilan, Dimethyldichlorsilan und Trimethylchlorsilan in bestimmten Mengenverhältnissen können polymere

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Siliconprodukte mit bestimmtem Molekulargewicht und bestimmtem Vernetzungsgrad erhalten werden.

Vorzugsweise verwendet man verhältnismässig niedrigmolekulare und somit verhältnismässig dünnflüssige Silicone. Geeignete Silicone lassen sich leicht, beispielsweise durch Hydrolyse eines grösseren Anteils Methyldichlorhydrogensilan und eines geringeren -Anteils Dimethyldichlorsilan herstellen. Gegebenenfalls kann man auch eine geringe Menge Trimethylchlorsilan (als Kettenabbruchmittel) und eine geringe Menge Methyltrichlorsilan (zur Beschleunigung der Vorvernetzung) zusetzen. Bei Verwandung dieser Ausgangsmaterialien erhält man verhältnismässig dünnflüssige Silicone, die einen grösseren Anteil Methylhydrogenpolysiloxan und einen geringeren Anteil Dimethylpolysiloxan enthalten. Für die Zwecke der Erfindung eignen ach die in der US-Patentschrift 2 588 365 beschriebenen Silicone.

Es ist zweckmässig, die Silicone zuerst unter Bildung einer wässrigen Emulsion von pastenartiger Konsistenz zu emulgieren. Geeignet für diesen Zweck sind die üblichen Emulgatoren für Silicone, z.B. Trimethylnonylather. Die mittlere Teilchengrösse des Siliconpolymeren in dieser pastenartigen Emulsion beträgt gewöhnlich 1 bis 8 Mikron, im Mittel etwa 5 Mikron. Diese Paste wird dann durch Zugabe des Katalysators, des Antistatikmittels und von zusätzlichem V/asser in der Menge, die erforderlich ist, um die endgültige Emulsion mit den Bestundteilen in den gewünschten Konzentrationen zu erhalten, zum erfindungs^emässen Produkt verarbeitet.

Zur Beschleunigung der Vernetzung der Silicone werden die üblichen, zur Härtung von Siliconen verwendeten organometallischen Katalysatoren gebraucht, und zwar im allgemeinen organometallische Salze oder Gemische solcher Salze. Als Metallanteil enthalten diese Katalyse.torverbindungen im allge-

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meinen Zink, Zinn, Aluminium oder Zirkon. Geeignete Katalysatoren.sind Zinkacetat, Aluminiumoctoat, organische Titanate und Gemische dieser Verbindungen, Der Katalysator wird am besten getrennt von der Siliconemulsion gehalten, bis das Gemisch zum Gebrauch hergestellt werden muss. Zweckmässig wird er als -letzte Komponente des Gemisches zugegeben.

Es ist ferner notwendig, dem Gemisch ein Antistatikmittel, vorzugsweise ein polymeres kationisches Material, zuzugeben. Besonders geeignete Antistatikmittel sind in der US-Patentschrift 2 741 568 beschrieben. Im allgemeinen werdea?n wasserunlösliche polymere quaternäre Ammoniumcarboxylate für.diesen Zweck verwendet. Diese polymeren Salze sind zweckmäscig Polymere von monomeren Verbindungen, von denen wenigstens 1 °ß> einen Vinylidenrest enthält, in dem nur nichtaromatische

C-C-Doppelbindungen vorliegen und der direkt an ein Kohlengebunden ist
stoffatom/T das eine Doppelbindung aufweist und mittelbar an eine stickstoffhaltige Gruppe gebunden ist, und zwar eine tertiäre Aminogrupoe oder eine quaternäre Ammoniumgruppe. Diese stickstoffhaltigen Gruppen liegen im Polmeren in Form von quaternären Ammoniumgruppen vor, wobei das Anion im grösseren Teil dieser Ammoniumgruppen das Anion einer Carbonsäure ist, die eine acyclische Kohlenstoffkette von wenigstens 8 C-Atomen enthält. Ein typisches Antistatikmittel der vorstehend genannten Art ist ein Poly-ß-(methacryl)-oxyäthyldiäthylmethylammoniumsalz, in dem das Anion des grösseren Teils der quaternären Ammoniumgruppen das Anion einer langkettigen Carbonsäure, wie Stearinsäure, ist.

Die Menge des Silicons in der Emulsion ist verschieden je nach der Art des zu behandelnden Fasermaterials und der Eigenschaften, die dem Fasermaterial verliehen werden sollen. Im allgemeinen beträgt jedoch, die Siliconmenge/der pastenartigen Ausgangsemulsion 20 bis 45 Gew„-$, vorzugsweise 25 bis 35 Gew.-$. Wach dem Zusatz des Katalysators und des Antistatik-

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mittels und Verdünnung enthält das Gemisch vorzugsweise o,l bis 0,9 Teile Silioonharz, o,20 bis 1,80 Teile Antistatikmittel, 0,02 bis 0,20 Teile Katalysator und 99,68 bis 97,1 Teile Wasser. Innerhalb dieser Mengenverhältnisse ist es zweckmässig, dass das Gewichtsverhältnis von Silicon zu Metallkatalysator 8 : 1 bis 1:1, vorzugsweise 5 : 1 bis 3 : 1 beträgt. Ebenso ist es zweckmässig, dass das Gewichtsverhältnis von Silicon zu Antistatikmittel zwischen 1 : .5 und 5:1, vorzugsweise zwischen 0,9 s 1»8 und 2,1 : 1 liegt. Das Gewichtsverhältnis von Katalysator : Antistatikmittel wird im allgemeinen zwischen 1 : 9 und 1 : 1 gehalten.

Besonders bevorzugte Konzentrationen für die Bestandteile der wässrigen Emulsion sind etwa 0,45 i° Silicon, 0,5 $ Antistatikmittel und 0,15 °ß> Katalysator.

Zur Erzielung bester Ergebnisse ist die Gesamtkonzentration der wässrigen Emulsion, d.h. an Silicon, Katalysator und Antistatikmittel, zwischen etwa 0,3 und etwa 3»9 Gew.-^ zu halten, Wenn die Gesamtkonzentration unter etwa 0,3 i<> liegt, weist das erhaltene Fasermaterial nicht die optimalen Eigenschaften in bezug auf Kräuselung, Elastizität und Fülligkeit auf. Auf der anderen Seite können Konzentrationen, die weit über etwa 3,9 9^ liegen, eine vorherige Auflockerung des Fasermaterials und die Verwendung von Gleitmitteln erfordern, wodurch das Verfahren unwirtschaftlich wird.

Die Erfindung ist auf die Behandlung der verschiedensten Faserarten anwendbar, und besonders wertvoll für Fasern aus Polyestern, z.B. Polyäthylenterephthalat.

Das erfindungsgemässe Produkt kann gleichmäsaig, z.B. durch Eintauchen oder Besprüehen, auf gekräuselte' Stapelfasern oder auf gekräuselte endlose Fäden vor dem Zerschneiden zu Stapelfasern aufgetragen werden. Es erwies sich jedoch als möglich

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lind sehr wirksam, das Produkt auf die Fäden vor dem Kräuseln _t und Schneiden aufzubringen. Polyesterfasern werden vorzugsweise in der frisch gesponnenen Form mit dem Produkt behandelt. Anschliessend wird das Fasermaterial auf etwa das drei- bis sechsfache seiner ursprünglichen Länge in einer Heizzone gestreckt (Temperaturbereich etwa 25 bis 110 , Aufenthaltsdauer etwa 0,5 bis 2,5 Sekunden) und dann zu einer Kräuselvorrichtung geführt. Zum Kräuseln können die bekannten Vorrichtungen nach Art einer Stopfbüchse oder beliebige andere übliche Vorrichtungen verwendet werden. In der Kräuselvorrichtung werden die Fäden einer erhöhten Temperatur von etwa 80 bis 150° für eine Zeit von etwa 50 bis 600 Sekunden ausgesetzt. Erhitzt werden die Fäden beispielsweise durch Verwendung einer beheizten Stopfbüchse, durch Einblasen von Heissluft oder Dampf in die Kräuselvorrichtung oder durch Einführung von heissem Wasser oder durch Anwendung von Infrarotoder dielektrischer Beheizung·

Die erhaltenen Kräuselfäden werden unter möglichst geringer Spannung aus der Kräuselvorrichtung entnommen und dann in eine übliche Trockenvorrichtung geführt. Restliche Feuchtigkeit und etwaiges restliches flüchtiges Material wird im Trockner entfernt, in dem die Temperatur bei etwa 130 bis 180° gehalten und eine Auf enthält's zeit von 3 bis 18 Minuten eingehalten wird. Durch diese Trocknung wi^d ausserdem die Aushärtung des Silicons fortgesetzt, die während der vorherigen Hitzebehandlungen bereits bis zu einem gewissen Grade fortgeschritten ist.

Die erhaltenen Fäden können zu Stapelfasern geschnitten, und als Füllmaterial für Artikel, wie Kiesen, Steppdecken, Unterbekleidung, Oberbekleidung und Polstermöbel, verwendet werden. Die Fasern können ferner zur Herstellung von verklebter oder nichtverklebter Watte und ganz allgemein für alle Zwecke verwendet werden, die eine hochelastische, füllige Faser erfordern.

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In den folgenden,Beispielen beziehen sich die Mengenangaben auf das,Gewicht, falls nicht anders angegeben.

Beispiel

Es wurden zwei Gemische hergestellt, und zwar ein erfindungsgemässes Gemisch und eine^ nachstehend als Vergleichsappretur bezeichnete, übliche Seidengriffappretur, die folgende Bestandteile enthielt:

Komponente Teile

Zelec NE * 1,3 #

Cirrasol SF-2OO (nichtionogenes oberflächenaktives Mittel) 0,2 $

Wasser 98,5 $>

Das Gemisch gemäss der Erfindung enthielt folgende Bestandteile:

Komponente Teile

Siliconharzemulsion (ein Polysiloxanharz mit einem grösseren Anteil an Methylhydrogenpolysiloxan und einem geringeren Anteil an Dimethylpolysiloxan, emulgiert mit Trimethylnonylather, Silicongehalt 30 °/o) 1,5

Katalysator (ein Gemisch von Zinkacetat

und organischem Titanat) 0,3

Antistatikmittel ("Zelec DX", ein wasserunlösliches polymeres quaternäres Ammoniumcarboxylat, 30 f> nichtflüchtige Bestandteile) 1,5

Wasser 96,7

Proben der gleichen Polyäthylenterephthalatfäden (mittlerer Fadendurchmesser etwa 49 Mikron) wurden 0,6 bis 1,8 Sekunden bei einer Temperatur von 20 bis 80° in die Gemische getaucht. Anschliessend wurden die Fäden zu einer Heizzone geführt, die bei einer Temperatur von etwa 100° gehalten wurde und auf das vier- bis fünffache ihrer ursprünglichen Länge verstreckt. Die Fäden wurden dann zu einer Kräuselvorrichtung

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nach. Art einer Stopfbuchse geführt, in der sie etwa 1,5 Minuten einer Temperatur von 110° ausgesetzt wurden. Die aus der Kräuselvorrichtung entnommenen Kräuselfaden wurden dann zu einem Trockner "befördert und etwa 12 Minuten bei einer Temperatur von etwa 150° getrocknet, wodurch das restliche Wasser entfernt und im Falle der mit dem erfindungsgemässen Produkt behandelten Fäden das Silicon weiter ausgehärtet wurde. Folgende prozentuale Kräuselungen und Anzahlen von Kräuselungen pro cm wurden ermittelt j

Erfindungsgemässes Produkt

Probe	prozentuale Kräuselung	Kräuselungen pro Boll cm
1 2	34,9 37,9 Yergleichsappretur	4,72 4,6
Probe	prozentuale Kräuselung	Kräuselungen pro cm
A B	17,7 28,1	3,72 4,3

Die prozentuale Kräuselung ist/gekräueelte Länge geteilt durch die ausgezogene (nichtgekräüselte) Länge mal 100.

Die beiden Fadenproben wurden dann zu Stapelfasern geschnitten und als Füllung für gesonderte Kissen verwendet. Die Kissen hatten eine Grosse von 50 cm χ 65 cm. Die Fülligkeit der Kissen, d.h. die Dicke nach dem Zusammendrücken unter einem Druck von 3 g/cm , wurde ermittelt. Folgende Werte wurden gefunden: .

Vergleichs-Erfindungsgemässes Produkt appretur

Probe -cm

A 11,6 B 11,3

— 9 —

Probe	8	0	8/	0	6	3	8	12	cm
1								12	,5
2								,4
809

Die Elastizität der mit den beiden Gemischen behandelten Stapelfasern wurde testimmt, indem die Dicke der Kissen unter einem Druck von 45 kg und nach der Rückfederung nach dem Aufhören der Druckeinwirkung gemessen wurde. Folgende Werte wurden ermittelt:

Erfindungsgemässes Produkt

Probe	unter Druck	nach Rück federung
1	5,9	8,9
2	5,9	8,9
	Vergleichsappretur
Probe	unter Druck	nach Rück federung

5,3

8,2

Es ist ersichtlich, dass die mit dem eri'indungsgemässen Produkt behandelten Fasern eine höhere prozentuale Kräuselung, eine höhere Zahl von Kräuselungen pro cm, grössere Fülligkeit und bessere Rückfederung nach dem Zusammendrücken aufwiesen als die mit der Vergleichsappretur behandelten Fasern.

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Claims

a t e η t a η s ρ r ü c h e

1.) Mittel zur Faserverbesserung im Hinblick auf die Beständigkeit von Kräuselung und Elastizität der Fasern, bestehend au-s einer wäßrigen Emulsion eines Siliconharze8, einem metallorganischen Hartungskatalysator für das Harz und einem antistatischen Mittel.

2«) Mittel naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine wäßrige Emulsion von 0,1 bis 0,9 Teilen eines Siliconharzes mit einem größeren Gehalt an ffiethylhydrogenpolysiloxan und einem geringen Anteil Dimethylpolysiloxan, 0,02 bis 0,20 Teile eines metallorganischen Härtungskatalysators, 0,20 bis 1,80 Teile eines wasserlöslichen quaternären Polyammoniumcarbonsäuresalzes und 99168 bis 97,1 Teile Wasser enthält.

3.) Mittel nach Anspruch 2-, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht3verhältnis von Siliconharz zu Katalysator von 8 t 1 bis 1 ι 1, das Gewichtsverhältnis von Silicon zu quattrnärem Salz von 1 ι 5 bis 3 « 1 und das Gewichtsverhältnis von Katalysator zu quaternärem Salz von 1 ι 9 bis 1 s 1 ' beträgt.

4.) Mittel nach Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator")*!iner Mischung von Zinkacetat mit einem organischen Titanat besteht.

5.) Verfahren zur Herstellung von Fasermaterial mit verbesserten Kräuseleigenschaften, dadurch gekennzeichnet, daß stan das Fasermaterial vor oder nach dem Kräuseln mit einem Mittel behandelt, das aus einer wäßrigen Emulsion eines Jäjiliconharzes, einem metallorganischen Hartungskatalysator für das Harz und einem antistatischen Mittel besteht und das Fasermaterial erwärmt.

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6.) Verfahren nach Anspruch 5_t dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 4 verwendet wird«

7·) Verfahren naoh Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß Polyesterfasern behandelt werden.

8.) Verfahren nach Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ungekräuselt· Fasern behandelt und nach der Behandlung beim Erwärmen zur mindestens teilweisen Erhärtung des Harzes gekräuselt werden.

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