DE1660616A1

DE1660616A1 - Verfahren zur herstellung von faserigen, fadenartigen produkten

Info

Publication number: DE1660616A1
Application number: DE1967S0111107
Authority: DE
Inventors: Carel Jan Breukink; Der Zwan Arend Van; Jacob Vermeulen
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1966-08-02
Filing date: 1967-07-31
Publication date: 1975-05-07
Also published as: NL6610834A; FR1551008A; US3542909A; DE1660616B2; BE702099A; NL131084C; ES343608A1; DK117241B; GB1123538A

Description

I)R. ING. F. WUESTIIOFF 8 MÜNCHEN OO

DIPL. ING. G. PULS SCHWEIGEHSTIiASSE 2

DR.E.V.FECHMANN 1 C C Π C 1 C τιαηοκ 23 06 51

PATENTANtVAtTE I D Ό U D IQ TuLKaBAMMADHSSSK:

PHOXKCXPATKNX MUNCHKX

1Α-33 463

Beschreibung zu der Patentanmeldung

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSOHAPPIJ #.V. 3o, Oarel van Bylandtlaan, Haag/ Niederlande

betreffend

Verfahren zur Hersteilung von faserigen, fadenartigen Produkten

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von faser- oder fadenartigen Produkten durch Verstrecken von Streifen oder Strängen aus vorwiegend stereospezifischen Polyolefinen, insbesondere Polypropylen, in verschäumter Form.

Ein Verfahren zur Herstellung von Fäden durch Verstrecken von verschäumten Polyolefinen ist bereits bekannt aus der britischen Patentschrift 927 582. Wird jedoch dieses Verfahren angewendet auf einen Schaum mit einer Dichte von weniger als 3oo g/l, so sind die Ergebnisse nicht befriedigend. Bei diesen geringen Dichten ist es nicht möglich, den Schaum in den gewünschten Verhältnissen zu verstrecken, da er sonst wiederholt reisst.

Das Patent (Patentanmeldung S 1o5 629 VIIa/29a)

betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserigen, fadenartigen Produkten durch Verstrecken von Streifen oder Strängen

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aus Schaumstoff mit einer Dichte von weniger als 3oo g/l, der aus vorwiegend stereospezifischen Polyolefinen besteht. Gemäss diesem früheren Vorschlag werden die Schaumstreifen oder -stränge vor dem Verstrecken auf eine Dicke zusammengedrückt (komprimiert), die höchstens die Hälfte der ursprünglichen Dicke beträgt.

Es wurde nun gefunden, dass man beim Verstrecken von verschäumten, vorwiegend stereospezifischen Polyolefinen mit einer Dichte von weniger als 3oo g/l auch ohne das in der erwähnten Patentschrift beschriebene Komprimieren faserige, fadenartige Gebilde erhalten kann, falls der Schaum die Voraussetzung erfüllt, nach dem Verpressen bis zu einem weiter unten näher definierten Grad zu schrumpfen.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von faserigen, fadenartigen Produkten durch Verstrecken von Schaumstoffstreifen oder -strängen, die vorzugsweise aus stereospezifischen Polyolefinen bestehen, wobei das Ausgangsmaterial einen Schaumstoff mit einer Dichte von weniger als 3oo g/l darstellt, ist dadurch gekennzeichnet, dass der als Ausgangsmaterial dienende Schaumstoff nach dem Strangpressen und nachdem der zur Ertrudierungsrichtung senkrechte Querschnitt einen Maximalwert angenommen hat, beim Kühlen eine Schrumpfung erfährt, die mindestens 25 # des erwähnten Querschnitts beträgt.

Streifen oder Stränge sind die geeignetste Form, in welcher der Schaum vorwiegend der erfindungsgemässen Behandlung unterworfen wird. Im allgemeinen beträgt die länge eines Streifens

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bzw. Stranges mindestens das 2o-fache seiner Breite bzw.Dicke. Das erfindungsgemässe Verfahren wird vorwiegend angewandt auf "endlose" Streifen bzw. Stränge aus durch Strangpressen erhaltenem verschäumten Polyolefin. Unter "Strängen" sollen insbesondere Schaumstoffkörper von rundlichem, meist kreisrundem Querschnitt verstanden -werden, die unmittelbar durch Strangpressen erhalten sind.

Beim Ausformen dieser Schaumstoffstränge auf der Strangpresse macht man Gebrauch von einem Treibmittel, meist einem physikalischen Treibmittel, d.h. einer leicht-flüchtigen flüssigkeit, die in das Polyolefin eingespritzt wird. Leicht-flüchtige Flüssigkeiten dieser Art sind meistens Kohlenwasserstoffe, wie Propan, Butan oder Pentan, oder es handelt sich um Halogenverbindungen, z.B. "Preon". Gemäss anderen Methoden werden inerte Gase, wie Stickstoff oder Kohlendioxyd als Treibmittel verwendet. Sie können in der Polyolefinmasse durch eine chemische Reaktion gebildet werden, beispielsweise durch Zersetzung von gewissen organischen Stickstoffverbindungen oder durch Reaktion von Natriumbicarbonat mit einer festen Säure, wie Weinsäure, Es ist oft sehr günstig, wenn man ein chemisches Treibmittel, das ein Gas freigibt, z.B. eine Stickstoffverbindung, zusammen mit einer leicht-flüchtigen Flüssigkeit verwendet. Es ist jedoch einfacher, einen Schaum von geringer Dichte durch Verdampfen einer leicht-flüchtigen Flüssigkeit zu erhalten, als mit Hilfe eines durch eine chemische Reaktion gebildeten Treibmittels.

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Erfindungsgemäss sind es Polyolefinschaume von geringer Dichte (unter 3oo g/l), die bei entsprechender Verstreckung ein attraktives Produkt ergeben, das sich zusammensetzt aus longitudinal orientierten, langgestreckten, stellenweise verzweigten Strukturelementen, die zu einem grossen Umfang durch ebenfalls in längerichtung orientierten Verzweigungen verbunden sind. Ein derartiges Produkt besitzt demnach eine Struktur, die als "faserförmig" oder doch "faserartig" bezeichnet werden kann. Im Gegensatz dazu erhält man beim Verstrecken von verschäumten Polyolefinen mit höherer Dichte ein Produkt, indem die ursprüngliche Zellstruktur, wenn auch in gestreckter IPorm, noch vorhanden ist. Bei Produkten von gleicher Stärke ist dasjenige, das aus einem Polyolefinschaum von geringerer Dichte hergestellt ist, aufgrund seines geringeren Gewichtes je Längeneinheit wesentlich überlegen.

Beim Austritt aus der Pressdüse erfährt der Schaumstoffstrang zunächst eine Querschnittzunähme, die bis zu einem Maximum verläuft. Bisher ging man beim Strangpressen von Schaumstoffen allgemein derart vor, dass der Durchmesser der Stränge, nachdem ein Maximum erreicht war, konstant blieb. Die Bedingungen während des Auspressens können jedoch derart gewählt werden, dass der Durchmesser, nachdem er ein Maximum erreicht hat, wieder von selbst zurückgeht, wobei die Oberfläche des Schaumstoffstranges runzelig wird.

Ob beim Strangpressen ein Schaumstoffstrang mit nicht schrumpfendem oder schrumpfendem Durchmesser gebildet wird,

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hängt in erster Linie von der Temperatur während des Strangpressens ab. Wenn während des Verpressens eine gewisse Temper a tür grenze, deren Höhe von der Zusammensetzung des zu verpressenden Gemisches abhängt, eingehalten wird, tritt das Schrumpfphänomen auf. Der Umfang, in welchem der Durchmesser schrumpft ist um so grosser, um je mehr die Presstemperatur die erwähnte Temperaturgrenze überschreitet. Oft reicht ein Anheben der Presstemperatur um wenige Grad, beispielsweise um 3 - 7°C über die Temperaturgrenze, bei welcher das Schrumpfen eintritt, dazu aus, einen Schaumstoffstrang zu erzeugen, der genügend schrumpft, um erfindungsgemäss verwendbar zu sein. Ein weiterer Anstieg in der Extrusionstemperatur führt dann allerdings schon bald zu grossen Verlusten an Treibmittel, was sich dahingehend auswirkt, dass der erwünschte Effekt der verwendeten Menge Treibmittel stark zurückgeht. Aus diesem Grunde arbeitet man erfindungsgemäss normalerweise nicht mit Extrusionstemperaturen, die mehr als 1o°C höher sind als die erwähnte Grenztemperatür·

Ausserdem ist auch die Konzentration des Treibmittels von Wichtigkeit bei der Herstellung eines selbstschrumpfenden Schaumstoffes; um einen entsprechenden Effekt zu erreichen, sollte in der Praxis mindestens eine Konzentration an physikalischem Treibmittel von 5 Gew.-$, berechnet auf die Menge an Polyolefin, vorhanden sein. Venn mehr als 25 Gew.-^ an physikalischem Treibmittel verwendet werden, wird die Extrusion unr.egelmässig; der Durchmesser des erhaltenen Stranges wird dann gewissen Schwankungen unterworfen und der Strang kann sogar gelegentlich

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reissen oder der Schaum kann in Form von einzelnen Flocken anfallen.

Besonders günstig für die Bildung eines erfindungsgemässen, zum Verstrecken geeigneten selbst-schrumpfenden Schaumstoffstranges ist es, wenn sich die länge der Ausstossöffnung zu ihrem Durchmesser höchstens wie 4 ι 1 verhält.

Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens werden am testen erreicht, wenn man von einem Polypropylenschaum ausgeht, der eine Dichte von 15 Ms 15o g/l aufweist. Ausserdem ist im Himblick auf einen "besonders grossen Effekt ein Schruiapfungsgrad, berechnet auf den Austrittsquerschnitt, von mindestens 4o $, z.B. 5o - 6o # bevorzugt. Ausser durch die Beschaffenheit des Polyolefins ist der Schrumpfungsgrad auch bestimmt durch die Art des verwendeten Treibmittels· So ist bei Verwendung von Pentan als Treibmittel eine stärkere Schrumpfung zu empfehlen als bei Verwendung von Butan; sie kann beispielsweise 1o $> mehr als bei Butan betragen.

Das Kühlen des Schaumstoffstranges nach dem Strangpressen, wobei dann das Schrumpfen eintritt, kann an der luft erfolgen, ebenso gut kann der Strang jedoch auch in einem flüssigen Bad, beispielsweise einem Wasserbad, gekühlt werden.

Das Verstrecken des Schaumstoffes erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen zwischen etwa 8o° und dem Schmelzpunkt des Polyolefins. Bei Polypropylen liegt dieser Schmelzpunkt meist zwischen

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165 und 17ο°0· Eine geeignete Vorrichtung zum Aufheizen des Schäumstoffstranges ist ein Rohr oder ein Tunnel, durch welchen der Schaumstoff geführt wird und in welchem er in Berührung mit einem heissen Gas kommt. Wenn es sich um das Aufheizen von verschäumtem Polypropylen handelt, liegt die Gastemperatur im allgemeinen zwischen 11 ο und 18o°0. Die Durchgangszeit des Schaumstoffes durch die Heizvorrichtung liegt praktisch zwischen einer Sekunde und-«»€l 5 Minuten. Diese Zeit

die
kann abgekürzt werden, wenn/gewählte Temperatur höher ist. Eine wesentliche Erhöhung des Terstreckverhältnisses kann schon eintreten, wenn das Material mehrere Sekunden auf 113 bis 17o°C erhitzt wird.

Das Verstreckverhältnis muss der Art (insbesondere der Dichte) des Schaumstoffes und dem gewünschten Schrumpfungsgrad angepasst werden. Diese Paktoren bestimmen, welches Verstreckverhältnis erforderlich bzw. am günstigsten ist, um die Zellstruktur in die Faserstruktur zu überführen. Im Einzelfall lässt sich dieses günstigste Verhältnis ohne weiteres experimentell bestimmen. Das maximale Verstreckverhältnis, d.h. dasjenige, oberhalb dessen ein Reissen oder das Auftreten von schwachen Stellen im Strang zu beobachten ist, hängt, abgesehen von der Art des Schaumstoffes und dem Schrumpfungsgrad, auch von der beim Verstrecken angewandten Erwärmung ab. Geeignete Verstreckverhältnisse liegen im allgemeinen oberhalb von 5:1, z.B. zwischen 8:1 und 15 : 1.

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Das Verstrecken des Schaumstoffes erfolgt vorzugsweise unmittelbar nach dem Ausstoss aus der Strangpresse} d.h. ohne dass der Schaumstoffstrang dazwischen auf eine Spule oder anderweitig aufgewunden wurde.

Die fadenartigen Produkte^wie sie erfindungsgemass erhalten werden, haben je Gewichtseinheit ein hohes Volumen. Diese Eigenschaft ist von besonderer Wichtigkeit wenn diese Produkte zur Herstellung von leichten Textiletoffen benutzt werden sollen, die in ihren sonstigen Eigenschaften und im Aussehen aus schweren Fäden hergestellten Stoffen ähneln. Die erfindungsgemass hergestellten Produkte können zu Textilstoffen verarbeitet werden, die dann teilweise oder ganz aus diesen faserigen, fadenartigen Produkten bestehen können. Dies gilt nicht nur für gewebte oder gewirkte Textilstoffe, sondern auch für solche Strukturen, die weder durch Weben noch durch anderweitiges Verknüpfen von losen Fasern oder Fäden hergestellt sind. Filze u.dgl., die aus flach ausgebreiteten losen Fasern oder Fäden erzeugt worden sind, können demnach ebenfalle aus den erfindungsgeaässen Produkten bestehen.

Fach dem Verstrecken der erfindungsgemass erhaltenen Schaumstoffstränge hat das Produkt gewöhnlich eine glatte Oberfläche. Gegebenenfalls kann diese Oberfläche jedoch auch aufgerissen, geritit oder gerillt werden, Indes aan sie mit spitzen Nadeln oder steifen Drähten, die auf umlaufenden Rollen angeordnet sind, bearbeitet. Durch diese Behandlung wird sowohl die gegenseitige Kohäsion der Fäden, wie die Fülle und der Griff des

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Textilmaterials weiter verbessert, so dass es den üblichen Stoffen noch mehr ähnelt.

Die erfindungsgemäss erhaltenen faserigen, fadenartigen Produkte können zu Stapelfasern verarbeitet werden, indem man daraus beispielsweise durch Schneiden, Zerreissen, Ziehen oder Reiben kurze ]?asern herstellt. Die Stapelfasern können durch Zwirnen zu Garnen von sehr grosser Stärke verarbeitet werden; aufgrund ihrer rauhen, faserförmigen Hatur sind die auf diese Weise erfindungsgemäss erhaltenen Stapelfasern zur Herstellung von Garnen besser geeignet als die bekannten Stapelfasern, die aus Kunstfasern mit glatter Oberfläche hergestellt sind und einer sehr starken Verzwirnung unterworfen werden müssen, wenn man haltbare Zwirne erhalten will.

Beispiele

Zur Erzeugung des Schaumstoffes wurde eine Strangpresse verwendet, deren Zylinder einen Innendurchmesser von D = 60 nun und eine Länge (von der Zufuhröffnung für das Poly erisat bis zur Düsenöffnung) von 32 »D hatte· Diese Strecke war eingeteilt in eine Aufgabe- und Plastizierungszone (11»D), eine Kompressionszono (1»D), eine Pump- oder Zuteilungszone (1o«D), eine Mischzone (5»D) und eine Kühlzone (5^#D), Die rotierende Welle in der Aufgabezone, der Kompressionszone und der Pumpzone hatte die JPorm eines Schneckengewindes. Der Abstand zwischen der Welle und der Zylinderwand betrug in der Aufgabezone-1 υ mm und in. dei.¹ Zuteilungszone 3 mm. In der Kompressionazone verringerte sich der Abstand allmählich von 1o auf 5 mm. In der Mischzona war die Welle versehen mit einer Anzahl von Ringen, die insgesamt

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zwanzig 3 mm tiefe spiraligp Rillen trugen. In der Kühlzone betrug der Abstand zwischen Welle und Zylinderwand 6 mm; in dieser Zone waren zwei Schaber angeordnet.

Der Düsenkopf der Strangpresse wies vier Öffnungen mit einem Durchmesser von je 1 mm auf. Die Länge der einzelnen Ausstossöffnungen (in Richtung der Extrusion) betrug' 3 mm.

Das Polymere war isotaktisches Polypropylen mit einem Schmelzindex von 8. Vor Einführung in die Strangpresse wurde das Polymerisat angefeuchtet mit o,1 Gew.-$ Paraffinöl und vermischt mit o,25 Gew.-^ NaHCO, und o,2o Gew.-S^ Zitronensäure. Das Anfeuchten mit Paraffin dient dazu, dem MaHCO, und der Zitronensäure eine bessere Haftung an den Polymerkörnern zu ermöglichen. Ausser dem durch chemische Reaktion aktivierten Treibmittel wurden entweder Butan oder Isopentan als rein physikalische Treibmittel verwendet; sie wurden am Anfang der Mischzone injiziert.

Die ausgepressten Schaumstoffstränge liess man an der Luft schrumpfen. Wenn irgend möglich, wurden sie in einem Ofen verstreckt, in welchem die Lufttemperatur 121⁰C betrug und den der Schaumstoff strang mit einer Geschwindigkeit von 3 m je min. passierte.

Vergleichi3bfcjJ3piej. A

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Vergleichsbeispiel A

Der Extruder wurde wie folgt betrieben:

Geschwindigkeit 18 Umdr,/min

!Temperatur der Zylinderwand in der

Aufgabezone 18o°C

in der Zuteilungszone 18o - 185°C

in der Mischzone 155^CC

in der Kühlzone 15o°C

am Düsenkopf 155°C

Treibmittel technisches Butan

Injektionsdruck 12o kg/cm

Treibmittelgehalt 2o# (ber. auf Polymer)

Unter diesen Bedingungen wurden folgende Resultate erhalten:

Ausbeute 9 kg/h Schaumtemperatur

(am Düsenkopf) 161⁰C

Schrumpfung 24 # Aussehen an der Oberfläche glatt Durchmesser nach Schrumpfen 7 mm Dichte nach Schrumpfen 25 g/l Mittlere Zellengröeae nach Schrumpfen o,4 nun Yeretreckbarkeit nicht rerstreckbar

folgt

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Beispiel 1

Bedingungen wie im Vergleichsbeispiel A, jedoch mit folgenden Unterschieden:

Temperatur der Zylinderwand

in der Kühlzone 151⁰C

Treibmittelgehalt 18 #

Resultate:

Temperatur des Schaumes

am Düsenkopf 162 ⁰G

Schrumpfung 3ο $

Aussehen an der Oberfläche nicht glatt

Äusserstes Streckverhältnis 9 : 1

Dichte nach Schrumpfung 28 g/l

Dichte nach Verstrecken 1o7 g/l

Bei einem Verstreckverhältnis von 8:1 war es möglich^ viele Stunden zu arbeiten, ohne dass ein Reissen erfolgte·

Beispiel 2

Bedingungen wie in Beispiel 1, jedoch mit weiterer Einschränkung im Kühlen·

Resultate:

Schaumtemperatur am Düsenkopf 164⁰O

Schrumpfung 65 $>

an

Aussehen/der Oberfläche runzlig

Äusserstes Streckverhältnis 13 :

Dichte nach Schrumpfung 34 g/l

Dichte nach Verstrecken 178 g/l

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Beispiele B (Vergleichsbeispiel), 3 und 4

Als physikalisches Treibmittel wurde Isopentan verwendet, Es wurden folgende Resultate erhalten, wobei die unten angeführten Bedingungen eingehalten wurden und im übrigen unter gleichen Bedingungen wie oben gearbeitet wurde:

Versuch 56Cj-H₁₂ Tempe- Sehrum- Maximales Dichte Dichte

Hr. ratur pfung Verstreck- nach nach

in ⁰C in $ verhält- Schrum- Verstrecken

am Kopf- nis pfen g/l ende g/l

B	23	158	3	kein	1	45	—
3	21	164	26	5 :	1	3ο	14ο
4	21	166	6ο	>1ο :	45	188

Pa t entansprüehe

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von faserigen, fadenartigen Produkten durch Verstrecken von Streifen oder Strängen aus einem vorwiegend aus stereospezifischen Polyolefinen "bestehenden Schaumstoff mit einer Dichte von weniger als 3oo g/l, dadurch gekennz eichnet, dass man einen Schaumstoff verwendet, der nach Extrudieren und nachdem der zur Ausstossrichtung senkrechte Querschnitt einen maximalen Wert erreicht hat, beim Kühlen derart schrumpft, dass der Schrumpfungsgrad in Prozent des G-esamtquerschnitts mindestens 25 $> beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial ein Polypropylenschaum mit einer Dichte zwischen 15 und 15o g/l ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η n-' zeichnet, dass das Ausgangsmaterial ein Schaumstoff ist, der ein Schrumpfen von mindestens 4o $ erfährt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Verstrecken in einem Verhältnis von mindestens 5 : 1 durchgeführt wird.

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JS

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis 4» dadurch gekennz ei chnet, dass das Verstrecken des PoIypropylenschaumstoffes bei einer Temperatur zwischen 11o und 18o°C durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5ι dadurch gekennzeichnet, dass das Verstrecken des Schaumstoffes nach dem Ausstoss aus der Strangpresse erfolgt.

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