DE1660560A1 - Verfahren zur Herstellung von gekraeuselten und zugleich zur spontanen und irreversiblen Laengsausdehnung befaehigten Polyesterfaeden oder-fasern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von gekraeuselten und zugleich zur spontanen und irreversiblen Laengsausdehnung befaehigten Polyesterfaeden oder-fasernInfo
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Description
DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF
DR. HANS-A. BRAUNS
Patentanwälte
München,
Postanschrift/ Postal Address 8 München 86, Postfach 860109
Pienzenauerstraße 28 Telefon 483225 und 486415 Telegramme: Chemindus München
9· Februar 1970 DP-510 / P 57 979
P 16 60 560. 0-26 Neue Unterlagen
B. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY lOth and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898, V.St.A,
Verfahren zur Herstellung von gekräuselten und zugleioh zur spontanen und irreversiblen Längsausdehnung befähigten
Polyesterfäden oder -fasern
Polyesterfasern mit der Befähigung zur spontanen und irreversiblen Längsausdehnung und Verfahren zu ihrer
Herstellung sind in den USA-Patentschriften 2 9?! O68
und 2 952 879 beschrieben. Die Grunderfordernisse fUr die Herstellung solcher Fasern bestehen darin, dass
man (1) die Faser orientiert, während ihre
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Kristallinitat unter etwa 35 % gehalten wird, darauf (2) durch
Wärmeeinwirkung einen Schrumpf von etwa 20 bis 70 % hervorruft
und (3) das Erhitzen vor Erreichen der maximalen Kristallinitat
unterbricht. Bei der Herstellung von spontan ausdehnbarem Kabel- und Stapelgut im technischen Masstab kann die Anfangsorientierung
nach dem allgemeinen Verfahren der USA-Patentschrift 2 918 J546 bewirkt werden, bei dem man ein Kabel« das
von einem geeigneten Walzensystem getragen wird, in einem
wässrigen Bad bei einer verhältnismäasig geringen Temperatur vorerhitzt und dann in eines swelten Bad bei einer höheren
Temperatur, 2. B. von etwa 70 bis 80 0C verstreckt. Anschilessend
an diese Orientierung wird das Kabel durch eine weitere Erhitzungszone von über 65 0C und vorzugsweise Über 95 0C geführt,
während man es sich um 20 bis 70 % seiner ursprunglichen
Länge la veratreckten Zustand entspannen oder schrumpfen lässt.
Oa Kabel- und Stapelgut normalerweise In gekräuselten Zustand
gehandelt werden, würde auf die Schrumpfstufe (2) normalerweise
eine Kräuaelstufe folgen» in welcher das Kabel irgendeiner
Kräuselung unterworfen, z. B. durch eine Stauchkaaner-Kr&uselvorriohfcung
der Art geattes USA-Patentschrift 2 311 174 geführt
wird. 1» hat sich Jedoch gezeigt, dass tin auf diese» Wege hergestellt·«
Kabel verhältnieaäasig minderwertig ist und eine ungleichmässige
Dicke» eine überstarke Aufspaltung» Verknotungen
(Neps), Sohnurbildungen (Strings) und dergleichen zeigt.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung eines hochwertigen«
gekräuselten Polyester-Kabelgutes oder -Stapelgutes
mit der Eigenschaft, sich bei weiterem Erhitzen spontan und irreversibel auszudehnen. Weitere Vorteile und Zweokangaben
der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
Gegenstand der Erfindung 1st ein Verfahren zur Herstellung von
gekräuselten und zugleich zur spontanen und Irreversiblen Längsausdehnung
befähigten Polyesterfäden oder -fasern, das dadurch gekennzeichnet ist» dass sum ein Kabel aus schrumpf fähigen
Polyesterfäden mit einer Doppelbrechung von mindestens 0,13 und einer Kristallinität von unter etwa 35 % durch «ine Stauchkammer-Kräuselvorrichtung
führt, während gleichzeitig die Polyester-Fäden in der Stauahkaaraer-Kräuselvorrichtung weniger als 2 Sek.
mit einem heissen, fliesefähigen Medium von 85 bis 250 0C hitzegeschrumpft
werden» und, wenn gewünscht, das Kabel dann bei 60 bis 100 0C trocknet und in Stapelfasern überführt.
Das heisse, fliessfähige Medium 1st beispielsweise Wasserdampf
oder Wasser. Vorzugsweise wird das Kabel mit Wasserdampf von etwa 100 bis I50 0C erhitzt. Wenn gewünscht, kann man das gekräuselte
Kabel dann durch einen Niedertemperatur-Trockenofen, z. B. von 60 bis 100 0C führen, um Restfeuchtigkeit zu entfernen,
ohne eine wesentliche Beeinträchtigung der Befähigung zur spontanen Ausdehnung zu erhalten.
Eine zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung verwendbare
Stauchkammer-Kräuselvorrichtung ist sohematisoh in
der Zeichnung erläutert.
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■sixtl
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den Kontakt mit den Kräuselwalzen 2 und 3 und in die Stauchkammer
4 eingeführt. Die Kräuselwalze j5 wird (auf nloht eingezeichnetem
Wege) angetrieben, während die Kräuselwalze 2 leerläuft und von einer Andrückeinrichtung, die hier schematisch
als Feder 5 dargestellt ist, mit dem Kabel in Berührung gebracht wird. Die Annäherung der Kräuselwalze 2 an die Kräuselwalze 3 kann durch einen verstellbaren Anschlag 6 begrenzt
werden. Die Klappe 7 begrenzt den Austritt des gekräuselten Kabels aus der Stauohkammer 4. Durch die Leitung 8 wird (von
P einer nicht eingezeichneten Quelle) das heisse, fliessfähige
Medium über die Leitungen 9 und 10 in die Stauchkaramer-Kräuselvorrichtung
4 eingeführt.
Eine Untersuchung des nach dem Verfahren gemäss der Erfindung
erhaltenen Kabels zeigt, dass es von Pasern gebildet wird, die Je nach den genauen Behandlungsbedingungen eine spontane und
irreversible Ausdehnung von 1 bis 20 % ergeben, wenn man sie
5 Min. in Wasser von 100 0C taucht. Das Kabel zeigt eine ausgezeichnet« OUte und ist von Verknotungen, Kabelaufspaltungen
und Bereichen ungleichmässlger Dicke im wesentlichen frei. Für die hOheren Orade der Spontan-Ausdehnbarkeit sollt· man mit
Waeserdampftemperaturen im unteren Teil des obengenannten Bereiches
und alt kurzen Einwirkungszeiten in der Kräuselvorrichtung arbeiten. Bei Einwirkungszeiten von mehr als etwa 2 Sek.
«erden dl· erwUneohten Ergebnisse gemäss der Erfindung nioht
erhalten· Vorzugswelse arbeitet man bei Einwirkungsseiten von unter 1 Sek.
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Der Begriff "Kabel11 bedeutet in dem hier gebrauchten Sinne eine
groase Zahl endloser« im wesentlichen parallel liegender Kunstfäden,
die ohne eigentliche Drehung in einer losen, strangartigen
Form versammelt sind. Von einem Kabel spricht man im allgemeinen bei einer Faden~Mindestzahl in der Grössenordnung
von etwa ICr, während ein Maximum nicht festgelegt ist und Kabel mit Fadenzahlen auoh in der Grössenordnung von 10 und
noch beträchtlich darüber vorkommen. Die Einzelfadenstärke liegt im allgemeinen im Bereich von 1 bis 10 den.
Unter der "spontanen und Irreversiblen Ausdehnbarkeit" ist die
Eigenschaft zu versehen« dass Fäden oder Fasern einer bleibenden Längenzunahme unterliegen, ohne dass auf ihre Enden eine
Spannung einwirkt, d. h. die Fasern oder Fäden gehen beim Abkühlen
und Trocknen nicht wieder auf ihre ursprüngliche Länge zurück. Der numerische Wert der Ausdehnbarkelt 1st als Prozentsatz
der Längenzunahme im abgekoohten Zustand, bezogen auf die Anfangelänge, definiert. Der Betrag der spontanen und irreversiblen
Ausdehnbarkelt der Fäden oder Fasern In dem Kabel- oder
Stapelgut gemäes der vorliegenden Erfindung kann eine geringe
Grosse, wie etwa 1 #, haben, ist aber gewöhnlich grosser. In
einigen Fällen werden Fäden mit einer Ausdehnbarkeit von bis zu etwa 30 % erhalten.
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Bestimmungen ermitteis werden (wie in Spalte 3 der USA-Patentschrift
2 952 879 beschrieben, in der auch die Auswirkung der Kristalllnltät auf die Erzeugung einer spontan ausdehnbaren
Faser im einzelnen erörtert ist).
Die Doppelbrechung, die ein Mass für die Orientierung von Poly«
mermolekUlen längs der Längsachse eines Fadens darstellt, kann
in der R. Hill, "Fibers From Synthetic Polymers", Elsevier Publishing Co., New York, 1953* S. 266 bis 268, beschriebenen
Weise bestimmt werden.
Unter dem "synthetischen, linearen Polyester" ist ein lineares
Polykondensat zu verstehen, das von wiederkehrenden Struktur= einholten gebildet wird, die als integrierenden Teil der Poly-
kondensatkette wiederkehrende Carbonyloxy-Gruppen (-C=O=)
aufweisen und eine relative Viskosität von mindestens etwa 8
haben, bestimmt an einer Lösung von 10,75 S des Polykondensates in 100 ml eines Mischlösungsmittels aus 10 Gew.teilen Phenol
und 7 Gew.teilen Trichlorphenol« Vorzugsweise gehen mindestens etwa 75 % der wiederkehrenden Struktureinheiten des Polyesters
auf ein Glykol mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen und eine Dlcar»
bonsäure aus der Gruppe Terephthalsäure und Naphthalindicarbonsäuren zurück. Die Herstellung der Polyester kann erfolgen, Indem
man die Dicarbonsäure oder ein esterbildendes Derivat derselben
mit einem Überschuss eines Glykole, G(OH)2* worin -G-einen
zweiwertigen, organischen Rest mit 2 bis 12 Kohlenstoff-
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atomen bedeutet, der über gesättigte Kohlenstoff atome an den
benachbarten Sauerstoffatomen sitzt, oder einem esterbildenden Derivat des Glykole umsetzt. Nach der Herstellung des monomeren
Esters wird die Polykondensation bei erhöhter Temperatur und vermindertem Druck unter Austritt von Überschüssigem QIykol
durchgeführt. Beispiele für geeignete Glykole sind Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Butylenglykol, Deoamethylenglykol
und eis- oder trans-Hexahydro-p-xylylengiykol. Man kann auoh
gut Mischungen solcher Glykole zur Bildung von Mischpolyestern einsetzen oder mit kleinen Mengen, z. B. bis zu etwa 25 MoIJt,
eines höheren Glykole, wie Polyäthylenglykol, arbeiten. Die
Säurekomponente des Polyesters besteht vorzugsweise aus mindestens
75 MoIJt Terephthalsäure oder einer Naphthallndioarbonsäure, insbesondere 2,6-Naphthalindloarbonsäure oder 2,7-Naphthallndlcarbonsäure·
Zn entsprechender Welse lassen sich Mischpolyester bilden, lndee man bis zu etwa 25 MoIJt der Terephthal«
oder Naphthallndioarbonsäure oder des Derivates derselben
mit einer anderen Dlcarbonsäure oder einem esterbildenden Derivat einer solchen ersetzt, wie Adipinsäure, Sebacinsäure,
Isophthalsäure, Bibenzoesäure und Hexahydroterephthalsäure. Bis zu 10 Moljt der Säurekomponente können auoh dem ionische
Substituenten aufweisenden Typ angehören, wie Natrium-2,5-dioarboxybenzolsulfonat.
Der Mischpolyester kann auch gebildet werden, indem man einen Teil der Terephthal- oder Naphthalindioarbonsäure
oder des Derivates derselben mit einer Hydroxysäure oder einem Derivat derselben ersetzt, wie p-(2-Hydroxy-
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Die Vorteile der gemäss der Erfindung hergestellten Faser kommen
In allgemeinen im gross ten Umfange bei Mischstapelgarnen zum
Tragen, die auch schrumpffähige Fasern enthalten und die erst
nach dem Wegen oder Wirken zur Ware durch Hitzeeinwirkung gebaueoht
werden. In einigen Fällen kann es jedoch erwünscht sein, den Stapelgarnen vor dem Weben oder Wirken einen gewissen
Orad an Bauschigkeit zu erteilen. Z. B. kann es erwünscht sein, die Stapelgarne vor der Warenherstellung zu färben, um
bestimmte Musterungen in der Ware zu erhalten. In solchen Fällen kann man im Hinblick auf die Leichtigkeit, mit der sich die
spontan und irreversible ausdehnbare Faser färben lässt, das Garn im Interesse einer Hinimalisierung des Bausohens bei milden
Bedingungen färben, hierauf das Garn zur Ware verarbeiten und mit einer weiteren Hitzebehandlung eine weitere Bauschigkeit
In der Ware hervorrufen.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung,
ohne dass diese auf sie beschränkt ist. Die Beispiele sind speziell auf Fasern aus Polyethylenterephthalat abgestellt,
welche die beste, bekannte Polyester-Handelefaser darstellen.
Maturgemäss kann man aber auch andere unter Einsatz von anderen Polyestern, wie den oben definierten. In den Beispielen
la wesentlichen äquivalente Ergebnisse erhalten. Das Polyäthylenterephthalat wird nach der allgemeinen Arbeitsweise
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der USA-Patentschrift 2 465 319 hergestellt, naoh welcher man
Dimethylterephthalat und Xthylenglykol zusammen In Gegenwart
eines Katalysators erhitzt» bis die Methanolentwloklung aufhört,
und darauf das Gemisch bei erhöhter Temperatur und vermindertem Druck unter Entwicklung von Überschüssigem Glykol
erhitzt, bis ein Polykondensat des gewünschten Molekulargewichtes
vorliegt·
Polyalkylenterephthalat mit einer relativen Vlseosltät von 27
wird bei 290 0C und einer Geschwindigkeit von 1370 m/Hin, durch
eine 320-Loch-SpinndUse achmelz-gesponnen. Die aus verschiedenen
Spinndüsen erhaltenen Fadenbündel werden zu einem "Strang"
vereinigt« den man in lockeren Windungen in einem kreisförmigen
Behälter ablegt (Arbeitsweise der USA-Patentschrift 2 971 68?).
Der "Strang" wird von Fäden mit einem Titer (unverstreckt) von
etwa 5,7 den einer Doppelbrechung von 0,005 bis 0,006 und einem Kristallinitäts-Orad von etwa 0 % gebildet.
Duron weiteres Vereinigen des Inhaltes mehrerer Behälter wird
ein Kabel alt einem Oesamttiter (unverstreokt) von etwa
1 480 000 den gebildet« das man einer Streokvorriehtungder
Bauart geaäss USA-Patentsohrlft 2 918 346 tufUhrt. Das Kabel
wird in einem wässrigen Bad bei 30 0C vorerhitst und dann in
einer SprUh-Streok-Zone, in der auf das Kabel «in· wässrige
Flüssigkeit von 72 0C aufgesprüht wird, auf das 3»13?*ohe ver-
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streckt. Das Kabel läuft dann Über einen Satz Streckwalzen,
die auf etwa 40 0C gehalten werden und mit der Umlaufgeschwindigkeit
gemüse Tabelle I arbeiten; die Fäden sind an diesem Funkte orientiert» haben aber nooh einen geringen Kristallini
tat sgr ad.
Das νerstreckte Kabel wird direkt einer Stauchkammer-Kräuselvorriohtung
zugeführt, die duroh Anschluss einer Wasserdampf-Leitung an die Kräuselkaaeer abgeändert 1st, so dass in die
Kammer neben dem Kabel Sattdaapf alt einem regelbaren Druck eingeführt wird· Der Wasserdampfdruek ist für jede Probe Je»
wells (als überdruck) in Tabelle I aufgeführt. Die Ausgangsklappe
der Stauchkanner^Kräuselvorrlohtung wird bei einer Probe
mit einem Druok von 2,74 kg/eu2 belastet« während bei drei anderen
Proben die Druckbelastung im wesentlichen gleloh Null ist. Die Proben sind in der Tabelle I beschrieben, wobei die
Nettoschrumpfung aus der Titerveranderung in der Kräuselvorrichtung
errechnet wird.
Von der Kräuselvorrichtung wird das Kabel im entspannten Zustand
auf ein laufende* Förderband abgelegt und auf diese« durch einen
Trockenofen geführt, der auf einer Temperatur von etwa 80 0C
gehalten wird, und das getrocknete Kabel darauf in lockeren Windungen in einem Pappkarton abgelegt.
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Tabelle II genannt. Der Wert der spontanen Auadehnung wird an
einer Probe mit einem Oesamttlter von etwa 2000 den und einer
Länge von etwa 30 om bestimmt, wobei man die Probenlänge vor
und naoh 3 NIn. Einwirkung siedenden Wassers auf die keiner
Spannung unterworfene Probe genau misst. Bel den Längenmessungen wird die Probe unter eine Spannung von 0,1 g/den gesetzt,
wodurch die Fäden geradegesogen werden, ohne einer Streckung zu unterliegen. Der numerische Wert errechnet sich
dann aus der Formel:
LMngenzunahme
ülih
ursprüngliche LKnge
In ähnlloher Welse, Jedooh ohne Injektion von Wasserdampf In
die Kräuselvorrichtung, wird eine Kontrollprobe hergestellt.
Die Kontrollprobe unterliegt, wenn man sie 3 NIn. siedendem
Wasser aussetzt, anstatt einer spontanen Auadehnung einer Schrumpfung.
Eine sorgfältige Untersuchung der Proben Io und Id zeigt, dass
sie von Aufspaltungen, Ubereinanderläufen, Verdrehungen, Verschlingungen
und anderen Anzeichen eines Kabels geringer Ottte Im wesentlichen frei sind.
Jede der In siedenden Wasser sich spontan ausdehnenden Proben
zeigt, wenn man in trockener Luft auf eine Temperatur von
170 0C erhitzt, eine weitere spontane Ausdehnung.
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Tabelle I
Pro- Streck- Kabel- Wasser- Wasser- Klap- Schrumpf Einwirkunge
be geschwln- gesamt- dampf- dampf- pen- In der zelt in der
digkeit, titer, druck, tempe- Druck. KrMueel- Kräuselvorm/Hln.
den Atm. ratur, kg/om2 vorrlch- richtung,
tung, % Sek.
0,74 0,74 0,74 0,62
Tabelle II Pasereigenschaften
la | 296 | 660,000 | 1,56 | 126 | 0 | 28 |
Ib | 296 | 675,000 | 1,70 | I50 | 0 | 50 |
Io | 296 | 788,000 | 2,71 | 142 | 0 | 40 |
Id | 556 | 661,000 | 2,71 | 142 | 2,74 | 29 |
Probe | Kräusel/om | Titer, den | Festigkeit, | Spontan- |
g/den | Ausdehn- | |||
barkeit, | ||||
la | 2,6 | 2,54 | 4,8 | 1 |
Ib | 5,5 | 2,6ο | 4,4 | 1 |
lc | 5,9 | 5,04 | 5,6 | 5 |
ld | 5,0 | 2,56 | 4,0 | 1 |
BeIs | ρ 1 e 1 2 |
Jede der in Beispiel 1 beschriebenen Proben wird auf einem
Paolfic-Konverter (gemass USA-Patentschrift 2 458 469),
der auf einen variablen Stapelschnitt mit einer Nennlänge von 9 ca (5 1/2 Zoll) eingestellt 1st, zu einem Faserband verar-
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beitet, daa dann unter Anwendung herkömmlicher Vorrichtungen
und Methoden für das Stift-Verziehen, Herstellen von Vorgarn und Spinnen zum Garn verarbeitet wird. Aus den Garnen werden
Qewebeproben hergestellt« wobei diese den guten Griff« die Überlegene
Bausohigkeit und die ausgezeichnete Färbbarkeit von aus spontan ausdehnbarer Polyesterfaser hergestellten Geweben
zeigen«
Die allgemeine Arbeitswelse von Beispiel 1 wird unter Verwendung
eines Mischpolymeren des Polyäthylenterephthalates wiederholt, das im PolymermolekUl 2 Mol£ Natrium-3,5°dlcarboxybenzolsulfonat
enthält, um die Anfärbbarkelt mit basischen Farbstoffen zu verbessern.
Man erhält im wesentlichen äquivalente Ergebnisse.
Dieses Beispiel erläutert die Anwendung der Erfindung auf die Herstellung einer spontan ausdehnbaren Faser aus niedermolekularem
Polyester unter Erzielung einer Faser, die sich für die Herstellung pillingbest&idiger Waren eignet.
Nach der allgemeinen Arbeitswelse von Beispiel 1 wird bei den
Bedingungen gemäss Tabelle III Polyäthylenterephthalat mit einer relativen Viscosität von 14,3 schmelzgesponnen und das Faden-
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gut verstreckt. Das Kräuseln und Entspannen werden In Wasserdampf
auf einer Stauohkamraer-Kräuselvorrichtung naoh den allgemeinen
Regeln von Beispiel 1 durchgeführt. Es werden drei Proben hergestellt; alle drei Proben zeigen, wenn man sie ohne
Einwirkung einer Spannung 3 Min· siedendem Wasser aussetzt, die Eigenschaft der Spontan-Ausdehnbarkeit (vergl. Tabelle XII)
Probe | 4b | 4o | |
4a | 1,090,000 | 1,090,000 | |
Ausgangskabel-Titer, den |
1,090,000 | 3.46 | 3.46 |
Streckverhältnis | 3,53 | 66° | 69° |
Temperatur der Streok- zone |
69° | 311 | 3Π |
Streokgeschwindigkeit, m/Min. |
311 | 1.7 | 2,1 |
Wasserdampf-Druck auf der Kräuselvorrich tung, Atm. |
1.7 | 0,63 | 0,99 |
Druck der Ausgangs klappe der Kräusel vorrichtung, kg/cm2 |
0,88 | 35 | 29 |
Schrumpf in der Kräuselvorrichtung, £ |
28 | 3.00 | 2,76 |
Fadentiter, den | 2,65 | 2,25 | 2,47 |
Festigkeit, g/den | 2,65 | 3 | 2 |
Spontan-Ausdehn barkeit, % |
1 | ||
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Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von gekräuselten und eugleioh zur
spontanen und lrreverelblen Längsausdehnung befähigten Polyesterfäden oder -fasern, dadurch gekennzeichnet, dass man ein
Kabel aus aohruapffählgen Polyesterfäden mit einer Doppelbrechung
von mindestens 0,15 und einer Krlstalllnltät von unter
etwa 35 % durch eine Stauchkammer-Kräuselvorrichtung führt, während gleichzeitig die Polyester-Fäden In der
Stauohkammer-Kräuselvorrlchtung weniger als 2 Sek. mit einem
helssen, flleasfähigen Medium von 85 bis 250 0C hitzegeschrumpft
werden, und, wenn gewünscht, das Kabel dann bei 60 bis 100 0C trocknet und In Stapelfasern überführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als heisses, fliessfählges Medium Wasserdampf von 100 bis
150 0C verwendet.
3-· Verfahren nach Anspruch 1 und bzw. oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass man die Einwirkungsdauer des heissen, fllessfählgen
Mediums auf unter 1. Sek. hält.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man Fäden aus Polyäthylenterephthalat
einsetzt.
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Neue I taterteaen
5. Verfahren naoh einen oder mehreren der Anaprttohe 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, das· man Puden au· elnea Miaohpolyaeren
aus PolyKthylente^ephthalat einsetzt, da« alt 1 bla
10 MoIJi Natrlum-5,5-dloarboxybenzoleulfonat, bezogen auf
die Molgeeaatzahl der SMurekoaponente, modifiziert 1st.
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