DE1694058A1 - Verfahren zur Herstellung von faserartigen Straengen aus synthetischen,kristallinen,thermoplastischen Polymerisaten - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE R/25/29 22. Februar 1968

Drying. Wolff, Bartels, Dr. Brandes, Dr.-lng. HeW

MÖNCHEN 22, Thierschstraßa 8/lU 1694058

TELEFOM 293297

Reg.Nr. 121 2T2

EASTMAN JCODAK COHPAWY, 343 State Street, Rochester, Staat Hew York, Vereinigte Staaten von Amerika

Verfahren zur Herstellung von faserartigen Strängen aus synthetischen, kristallinen, thermoplastischen Polymerisaten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserartigen Strängen aus synthetischen, kristallinen, thermoplastischen Polymerisaten, bei dem ein thermoplastisches Polymerisat zu einer Folie extrudiert und die Folie orientiert, zerfasert und gegebenenfalls gezwirnt wird.

Aus thermoplastischen Polymerisaten hergestellte faden- und faserartige Produkte zeichnen sich bekanntlich durch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Abbau durch Schimmelpilze, Bakterien, Wasser und Mehltaupilze aus. Andererseits haben derartige Produkte zahlreiche Nachteile· So sind z.B. aus thermoplastischen Polymerisaten hergestellte Seilerwaren relativ

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glatt und säilüpfrig und deshalb nicht knotenfest. Außerdem besitzen derartige Produkte keinen weichen Griff, weshalb sie schwierig zu handhaben und für manche Verwendungszwecke,-ζ.B* -. zur Herstellung von Garnen für Webwaren, nicht geeignet sind.

Einige dieser Nachteile können dadurch ausgeschaltet werden, daß die Seilerwaren aus thermoplastischen Folien hergestellt werden, die durch Aufspalten in Längsrichtung in ein Band aus

™ einer Vielzahl von zusammenhängenden faser- oder fadenartigen Elementen überführt wird, worauf das Band verzwirnt wird. Die auf diese Weise hergestellten Produkte besitzen einen besseren Griff und eine größere Knotenfestigkeit und für viele Verwendungszwecke die erforderliche höhere Festigkeit· So kann z.B. ein in der beschriebenen Weise hergestelltes garnähnliches Produkt zur Herstellung sog. "nicht gewebter" Stoffe'¹ .(non-woven" fabrics) verwendet werden, die ohne zu starke Schädigung genadelt werden können, da bei der Nadelung das Garn durch-stoßen

fc werden kann, ohne daß hierbei größere Teile der einzelnen, das Garn bildenden Elemente brechen.

Die aus thermoplastischen Folien bisher hergestellten Produkte besitzen, obwohl sie sich bereits ausgezeichnet bewährt haben» jedoch für manche Verwendungszwecke den Nachteil, daß sie eine'; sehr große Zahl von losen Faser- oder Fibrillenenden aufweisen. Diese losen Faser- oder Fibrillenenden erschweren die Verarbeitung der aufgespaltenen oder aufgeschlitzten Folienbahnen des-

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halb, weil sie leicht aus dem endlosen faserartigen Produkt herausgezogen werden, wenn dieses z.B. durch Zwirn- oder Packmaschinen geführt wird, so daß derartige Maschinen bisitfeilen blockiert werden. Außerdem kann die sogenannte "innere Aufspaltbarkeit" solcher Produkte, d.h. die Fähigkeit des Materials , in gewebeartig miteinander verbundene Stränge und/oder Fasern aufgespalten zu tirerden, nur schwer kontrolliert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, nach dem endlose Stränge des beschriebenen Typs ohne lose Faser- oder Fibrillenenden und unter kontrollierbaren Bedingungen aus thermoplastischen Folien, deren innere Aufspaltbarkeit beliebig geregelt werden kann, hergestellt \\rerden können.

Der Gegenstand der Erfindung geht von einem Verfahren zur Herfaserartigen

stellung von/Strängen aus synthetischen, kristallinen, thermoplastischen Polymerisaten, bei dem ein thermoplastisches Polymerisat zu einer Folie extrudiert und die Folie orientiert, zerfasert und gegebenenfalls gezwirnt wird, aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß man dem thermoplastischen Polymerisat vor dem Extrudieren ein Treibmittel zusetzt.

Der Zusatz eines Treibmittels hat zur Folge, daß beim Extrudieren der Folie eine zellenartige, Bläschen oder Einschlüsse

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enthaltende Folie entsteht. Die Bläschen führen in der Folie zur Ausbildung von relativ schwachen Zentren oder Stellen mit relativ schwacher Orientierung in Längsrichtung, was zur Folge hat, daß in der Folie relativ leicht aufspaltbare Abschnitte entstehen. Obgleich diese Zentren im Film Stellen zu bilden vermögen, die in Längsrichtung relativ schwach sind, weisen sie jedoch in Querrichtung eine gewisse Orientierung und dadurch eine größere Festigkeit auf, so daß während der Fibrillierung der Folie sowohl in Längs- als auch in Querrichtung eine Aufspaltung derselben erfolgt, so daß ein schnurartiges oder maschenartiges Gebilde aus zahlreichen miteinander verbundenen Fibrillen und Strängen, praktisch ohne lose Fibrillenenden, entsteht. Durch Veränderung der Treibmittelmenge und der Arbeitsbedingungen können der beschriebene "Zellulareffekt" der extrudierten Folie und der Grad ihrer inneren Aufspaltbarkeit, und damit auch der Grad und die Art der gewünschten Fibrillierung oder Aufspaltung, beliebig gesteuert werden. Durch das Verfahren der Erfindung wird es somit möglich, die Struktur der Endprodukte dem gewünschten Verwendungszweck anzupassen, d.h. Produkte zu schaffen, die z.B. speziell für die Herstellung von Seilerwaren, Zwirnen und dgl., oder von Garnen für die Herstellung von Webwaren oder für Teppiche geeignet sind.

Die Zeichnung dient der näheren Erläuterung der Erfindung. Im einzelnen sind dargestellt in:

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Fig. 1 ein Fließschema zur Herstellung von faserartigen Strängen nach dem Verfahren der Erfindung;

Fig. 2 einen unvergrößerten Querschnitt eines nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten faserartigen Stranges in Längsrichtung;

Fig. 3 einen unvergrößerten Querschnitt eines nach dem a Stande der Technik hergestellten faserartigen Stranges in Längsrichtung;

Fig. 4 einen stark vergrößerten Ausschnitt aus dem in Fig. 2 wiedergegebenen Querschnittsbild eines nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten faserartigen Stranges.

Im Fließschema der Fig. 1 wird die Herstellung von faserartigen Produkten, z.B. von Seilerwaren, nach dem Verfahren der Erfindung schematisch dargestellt. Der Extruder 10 wird durch den Trichter 11 mit einem thermoplastischen Polymerisat beschickt, welches bis zum Schmelzen erhitzt, mit einem Treibmittel vermischt un4 durch die Düse 12 zu einer Folienbahn 22, die sehr kleine Einschlüsse oder Zellen enthält, extrudiert wird» Die Folienbahn 22 wird dann Über die S-Führungsrollen 14 durch den Einlaß 15 in die steuerbare Heizvorrichtung 13 und von dort durch den Auslaß 17 über die Doppelrollen 16 geführt. Während

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die Folie.in der Heizvorrichtung 13 erhitzt wird, wird sie durch die S-Führungsrollen 16, die mit einer höheren Umlaufgeschwindigkeit umlaufen als die Rollen 14, verstreckt, wodurch die Folienbahn praktisch unilateral in Längsrichtung orientiert und ihre Festigkeit erhöht wird. Durch die Orientierung werden die Zellen oder Einschlüsse in der Folienbahn verlängert, wodurch die bereits beschriebenen Zentren mit geringerer Orientierung und Festigkeit in Längsrichtung gebildet werden, was zur Folge hat, daß die Folie leicht in Stränge und Fasern oderFibrillen aufgespalten werden kann. Wie im folgenden noch näher erläutert werden soll, erfolgt . außerdem bis zu einem gewissen Grade eine Orientierung in Querrichtung zur Folie, so daß bei der anschließenden Spaltungsoperation auch querverlaufende .Fasern oder Fibrillen gebildet werden und ein aus einem endlosen Band oder Strang bestehendes, vernetztes Produkt entsteht. Das Aufspalten oder Zerfasern der Folie erfolgt nach dem Orientieren der Folie 22 durch Luftdüsenzerfaserer 18 und 19, wie sie z.B. in der USA-Patentschrift 2 924 868 beschrieben werdejin. Hierbei entsteht der faserartige Strang 24. Der Strang 24 wird dann über die Druckrollen 20 abgezogen. Gegebenenfalls kann der Strang noch einer Zwirnvorrichtung oder Drallvorrichtung 21 zugeführt werden»

Wie sich aus den Figuren 2 und 4 ergibt» besteht der Strang aus diner Vielzahl von Fasern OdOr Fibrillen 31, die sowohl

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miteinander als auch mit relativ großen Bändern 32 verbunden sind, die ihrerseits wiederum an den Punkten 35 miteinander verbunden -sind. Da alle Fibrillen oder Fasern und Bänder an beiden Enden netzartig miteinander verbunden sind, weist der Strang nur sehr wenig lose Enden auf. Während ein in bekannter Weise ohne Verwendung von Treibmitteln hergestelltes Produkt bei einer Breite von 1,27 cm und einer Länge von 2,54 cm etwa 50 lose Enden aufweist, liegen in einem nach dem Verfahren der Erfindung unter Verwendung von Treibmittel und im übrigen unter vergleichbaren Bedingungen hergestellten Produkt weniger als 10 lose Enden auf einer Fläche von 1,27 cm Breite und 2,54 cm Länge vor.

Der Fibrillen oder Fasern 31 und Bänder 32 aufweisende Strang kann in verschiedener Weise weiterverarbeitet werden. So kann der Strang z.B. zur Herstellung von Schnüren und anderen Seilerwaren, z.B. Zwirnen, verzwirnt oder verdrillt werden. Der Strang kann aber auch in eine Vielzahl von Bändern zerschnitten \irerden, die dann zur Herstellung von Seilerwaren miteinander verdrallt oder verzwirnt werden können· Ferner können die einzelnen Stränge als Garn, z.B. als Kette oder Schuß, zur Herstellung von Webwaren oder als Stapelgarn zur Teppichherstellung verwendet werden.

Der in Fig. 3 zu Vergleichszwecken dargestellte Strang, der nach dem Verfahren des Standes der Technik hergestellt wurde, besteht hauptsächlich aus relativ großen, an den Punkten 37 miteinander verbundenen Bändern 36, die den relativ großen Bändern 32 im erfindungsgemäß hergestellten Strang entsprechen. Der nach dem be-

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kannten Verfahren hergestellte Strang hat sehr viel weniger Verb indungspunlcte zwischen den relativ groben Bändern (vgl,. 37 bzw . 35), praktisch keine die groben Bänder verbindenden Fibril· len oder Fasern 31, und eine Vielzahl von losen Fibrillen- oder Faserenden 38, die im erfindungsgemäß hergestellten Produkt praktisch fehlen.

Ik Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung eignen sich vorzugsweise kristalline, thermoplastische synthetische Polymerisate, z.B. Polyolefine, und insbesondere Polypropylen. Vorzugsweise wird ein Polypropylen mit einem Schmelzflußwert von 2,5 bis 70 g/10 Min. (bestimmt nach dem Test der American Society for Testing Materials D 1238-32 T) verwendet.

Zweckmäßig wird zunächst eine Folie mit einer Stärke von etwa 25 bis 126 μ (1 bis 5 mil) und vorzugsxfeise von 38 bis 63 μ hergestellt. Die Menge an Treibmittel und die Arbeitsbedingungen ™ werden dabei vorzugsweise so gewählt, daß die in der Folie gebildeten Bläschen einen Durchmesser haben, der kleiner ist als die Stärke der Folie.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Bedingungen so gewählt, daß pro 2,54 cm Strang 32 etwa 40 Verbindungsstellen durch Fibrillen oder Fasern 31 vorliegen, was gegenüber bekannten Verfahren, die im allgemeinen zu Produkten mit nur etwa 2 oder weniger Verbindungsstellen pro 2,54 cm

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Faserstrang 36 führen, einen überraschenden Vorteil bedeutet und z.B. die Tatsache erklärt, daß die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Faserprodukte knotenfest sind und

nicht zum Aufspalten oder Auffasern neigen. ,

Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung können die verschiedensten bekannten Treibmittel verwendet werden« Vorzugsweise werden chemische Treibmittel, die beim Erhitzen Gase ent- ^ wickeln, verwendet* Die Treibmittel müssen jedoch in der Weise ausgewählt werden, daß die Zersetzungstemperatur innerhalb des beim Extrudieren des kristallinen thermoplastischen Polymerisats angewandten Temperaturbereiches liegt. Innerhalb des Extruders muß die Temperatur so einreguliert werden, daß die Temperatur der vorrückenden Beschickung allmählich die Zersetzungstemperatur des Treibmittels erreicht oder diese überschreitet. Vorzugsweise wird die Temperatur so einreguliert, daß sich das Treibmittel im oder kurz vor dem Extruderkopf zersetzt oder verdampft und das freigesetzte Gas in dem geschmolzenen thermoplastischen Polymerisat verteilt wird, während dieses den Extruderkopf passiert und an der Düse austritt. Wie bereits erwähnt» , · werden Treibmittel und Temperatur und Druck im Extruder in vor* teilhafter Weise so aufeinander abgestimmt, daß die in der extrudierten Folie gebildeten Bläschen einen geringeren Durch* messer als die Dicke der Folie aufweisen· .

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In vorteilhafter Weise können z.B. die für Polyolefine bekannten Treibmittel verwendet werden. Vorzugsweise wird ein Azodicarbonamid verwendet. Typische geeignete Treibmittel sind ferner z.B. Azobisisobutyronitril, Benzolsulfonylhydrazid, Diazoaminobenzol, NjN'-Dimethyl-NjN'-dinitrosoterephthalamid, Dinitrosopentamethylentretramin, 4,4^I-Diphenyldisulfonylazid, 4,4^f-Öxybis(benzolsulfonylhydrazid) und Natriumborhydrid, Ausfe schlaggebend für die Verwendbarkeit eines Treibmittels ist, wie schnell es Gas freisetzt, wie leicht es sich, in dem thermoplastischen Polymerisat dispergieren läßt und wie die Lagerbeständigkeit und die Toxizität des Treibmittels sind und wie hoch seine Herstellungskosten sind.

Das Treibmittel wird zweckmäßig mit dem kristallinen thermoplastischen Polymerisat entweder durch Vermengen oder durch Oberziehen der Oberfläche des Polymerisats innig vermischt· Werden ein thermoplastisches Polymerisat in Form von Pellets, z.B. PoIyolefinpellets, und ein festes Treibmittel mit relativ kleiner Teilchengröße verwendet, so können die Pellets in vorteilhafter Weise mit dem Treibmittel bestäubt werden. Wird jedoch ein so grobkörniges Treibmittel verwendet, daß die einzelnen Teilchen in der Mischvorrichtung zu Boden sinken und in dem thermoplastischen Polymerisat nicht homogen verteilt werden können, so wird zweckmäßig zusätzlich ein Trägermittel verwendet, in dem die Treibmittelteilchen suspendiert oder dispergiert werden können« Typische geeignete Trägermittel sind z.B· Mineralöl

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oder Diäthylenglylcol. Auf eine homogene Verteilung des Treibmittels und des thermoplastischen Polymerisats, z.B. des Polyolefins, muß besonderer Wert gelegt werden, da hiervon eine
gleichmäßige Zellstrukturverteilung in der extrudierten Folie abhängt.

Der Grad der inneren Aufspaltbarkeit der extrudierten Folienbahn hängt von der !!enge des verwendeten Treibmittels ab. Jehöher der Prozentgehalt an Treibmittel ist, umso größer ist
in der Regel die Zahl der Verbindungspunkte in der aufgespaltenen Folienbahn. Vorzugsweise werden nicht mehr als etwa

0,35 Gew.-% Treibmittel verwendet. Vorzugsweise werden ferner nicht weniger als 0,02 Gew.-% Treibmittel verwendet.

Vermutlich beeinflußt die Menge des Treibmittels die Zahl der Verbindungspunkte im gewebeartigen Faserprodukt in der Weise, daß in der Folie unter kontrollierten Bedingungen eine mehr
oder minder große Zahl der beschriebenen Zentren gebildet werden: je mehr Zentren entstehen, umso mehr Fasern und Verbin- ύ dungspunkte werden gebildet. Werden die bei der Aufspaltung
oder Zerfaserung angewandten Bedingungen konstant gehalten,
kann auf diese Weise die innere Aufspaltbarkeit der Folie
durch Zugabe von mehr oder weniger Treibmittel zürn Ausgangsmaterial beliebig geregelt werden.

Der Einfluß der Zentren auf die Aufspaltbarkeit der Folie beruht vermutlich darauf, daß um die in der Folie gebildeten Zellen oder Hohlräume die Orientierung der Folie in Querrichtung

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verstärkt wird oder zumindest ein Widerstand gegenüber Orientierung in Längsrichtung besteht. Bei der Aufspaltung werden daher nicht nur Bänder und Fasern oder Fibrillen parallel zur Längsachse des Stranges gebildet, sondern auch einige Bänder und Fasern„ die sich praktisch senkrecht zur Längsachse erstrecken (vgl. Fig. 4). Die Zentren wirken also in der Weise, daß die Festigkeit der Folie in Längsrichtung geringer und andererseits in Querrichtung größer ist als in Abwesenheit solcher Zentren.

Die durch Extrudieren erhaltene Folienbahn wird zur Erhöhung ihrer Festigkeit in bekannter Weise durch Heißverstrecken praktisch nur unilateral in Längsrichtung orientiert. In besonders vorteilhafter Weise wird die Folienbahn bei 149 bis 191⁰C im Verhältnis von 3:1'bis 15:1 verstreckt.

Die Zerfaserung oder Aufspaltung der Folienbahn kann mit Hilfe üblicher bekannter Spalt- oder Zerfaserungsvorrichtungen durchgeführt werden, ζ·Β. mit Hilfe von Luftdüsen (air jet beaters), wie sie z.B. in den USA-Patentschriften 2 884 756 und 2 924 beschrieben werden, rotierenden Bürsten oder anderen mechanischen Vorrichtungen. In besonders vorteilhafter Weise werden eine oder mehrere Luftdüsen verwendet. Der Druck der aus den Düsen tretenden Luft oder des aus den Düsen tretenden Dampfes wird auf die Stärke der zu behandelnden Folie und auf den gewünschten Grad der Aufspaltung oder Zerfaserung abgestimmt. So

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2 eignet sich z.B. ein Druck von O,3S bis 6,33 kg/cm besonders vorteilhaft zur Zerfaserung einer Folienbahn mit einer Stärke von 25,4 bis 126 μ.

Gegebenenfalls kann das erhaltene Produkt noch weiter zerfasert werden, was z.B. während des Verdrallens oder Verzwirnens geschehen kann.

Das folgende Beispiel soll die Erfindung näher erläutern. Alle Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozent, falls nichts anderes angegeben ist*

Beispiel

Die Oberflächen handelsüblicher Polypropylenpellets mit einer Intrinsic-Viskosität von 1,40 wurden mit 0,35 % eines handelsüblichen Azodicarbonamides (wie es z.B. von der Firma National Poly chemicals Inc., USA, unter der Bezeichnung "Kempore 150" ^ in den Handel gebracht wird), das mit 0,5 % Mineralöl als Trägermittel versetzt worden war, überzogen. Die mit dem Treibmittel überzogenen Polypropylenpellets wurden bei einer Extruderschmeljztemperatur von 2O5°C zu einer zellartigen Folienbahn einer Stärke von 305 bis 356 μ (12 - 14 mils) extrudiert« Anschließend wurde die Folienbahn durch einen auf etwa 163⁰C erhitaten H^ißluftofen mit einer Zugspannung von etwa SO m/Min. (167,S £pm) geführt uad in einem Verhältnis von 10it verstreckt.

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Daraufhin wurde die Folienbahn in einer Luftdüse, die mit einem pulsierenden Luftdruck von 2,81 kg/cm^ betrieben wurde, fibrilliert.

Der erhaltene Strang wurde dann in üblicher bekannter Weise zu einer Schnur verdrallt. Das erhaltene Verfahrensprodukt besaß einen Denier-Wert von 4t 815 und etwa 0,315 Drehungen /cm (0,8 TPI). Die Festigkeit der Schnur betrug 2,8 g pro Denier bei einer Dehnung von 8_f9 %.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Herstellung von faserartigen Strängen aus synthetischen, kristallinen, thermoplastischen Polymerisaten, bei dem ein thermoplastisches Polymerisat zu einer Folie extrudiert und die Folie orientiert, zerfasert und gegebenenfalls gezwirnt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man dem thermoplastischen Polymerisat vor dem Extrudieren ein Treibmittel zusetzt.
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Treibmittel auf die Oberflächen von Polymerisat-Pellets aufbringt.
3. 3) Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß man das Treibmittel mit Hilfe eines Trägermittels auf die

   ■Pellets aufbringt.
4. 4) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als thermoplastisches Polymerisat Polypropylen verwendet.
5. 5) Verfahren nach Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Treibmittel dem geschmolzenen Polymerisat zusetzt.

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6. 6) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Treibmittel in einer Menge von bis zu etwa 0,35 Gew.-S verwendet.

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