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Anfärbbare Formmassen aus Polypropylen, inabesondere textile Fäden
Die Erfindung betrifft anfärbbare Formmassen aus Polypropylen, insbesondere textile
Fäden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Weiterverarbeitung von Polypropylen,
d.h., dessen Verapinnen und Anfärben zu erleichtern, was einerseits durch Spinntemperaturen
über 30000 und andererseits durch den Zusatz von Farbacceptoren erreicht wird.
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Zu diesem Zweck wird als Sarbacceptor eine organisone Verbindung
benötigt, welche Spinntemperaturen tiber 300°C standhält.
Die gewünschte
Verbindung sollte außeraem leicht zugänglich sein. Weiterhin muß sie bei ca. 250°C
in der Polypropylenschmelze in einer Konzentration von etwa 0.5 - 1,0 Gew. homogen
löslich sein, da sie dem bei der obengenannten Temperatur zu extrudierenden Polymerpulver
zugemischt wird.
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Dabei darf keine der Qualität des Polymeren schädliche Reaktion mit
den ebenfalls vor der Extrusion dem Polypropylen zugesetzten Stabilisatoren erfolgen.
Es ist zu beachten, daß die Extrusion unter Luftzutritt erfolgt.
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Selbstverständlich wird verlangt, daß die Verbindung die Anfärbung
der Polypropylenfäden gewährleistet, daß die mit ihrer Hilfe erzielte Anfärbung
eine hohe Licht echtheit besitzt und daß die Fadeneigenschaften nicht oder nur geringfügig
verschlechtert werden.
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Außerdem soll eine entsprecnande Verbindung einfach und mit hoher
Ausbeute, d.h. wirtschaftlich herstellbar sein.
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Für die Anfärbung von Polypropylenfäden sind zur Zeit im wesentlichen
3 Verfahren bekannt: 1. Das Einarbeiten von Pigmenten in das Polypropylen vor dem
Verspinnen. Die Fäden sind bereits bei ihrer entstehung in der Masse gefärbt. Der
Nachteil dieses Verfahrens ist die
starke Verschlechterung der Fadeneigenschaften
durch die Pigmentteilchen, welche nur physikalisch in das Polymere eingearbeiter
sind.
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2. Die Beimischung einer organischen Aluminiumverbindung zum Polypropylen
vor dem Verspinnen, wobei sich die Aluminiumverbindung homogen in der Polymerschmelze
löst. Die Fäden sind bei ihrer Entstehung farblos und werden nachträglich in einem
wässrigen Farbstoffbad an der Oberfläche angefärbt. Der Farbstoff bildet dabei mit
aem Aluminium unlösliche, Komplexe Farblacke. Infolge der Temperaturbeständigkeit
der zu r Aluminiumverbindung ist die e Spinnfähigkeit einer solchen Polymerschmelze
zwar befrieaibend, jedoch ist die Licht echtheit der Anfärbung nur mßig.
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3. Der de Verfahren unter 2. analoge Zusatz einer organischen Nickelverbindung,
und zwar eines Nickelphenolats zum Polypropylen vor dem Verspinnen. Die Nickelverbindung
löst sich ebenfalls homogen in der Polymerschmelze. Die entstehenden Fäden haben
eine gelbe bis olivgrüne Farbe und können mit bestimmten Farbstoffen im wässrigen
Bad in allen Farben eingefärbt werden. Dabei bildet das in den Fäden enthaltene
Nickel mit den Farbstofen unlösliche, komplexe Farblacke, welche an der Oberfläche
der Faser fixiert werden. Die so erzielten Anfäroungen weisen ausgezeichnete Lichtechtheit
auf.
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Alle bisher bekannten organischen Nickelverbindungen, u. a. auch das
Nickelphenolat des Bis-(alkylphenol)-monosulfids, sind jedoch aus folgendem Grunde
nur bedingt verwendbar: Um eine Zersetzung dieser bekannten Verbindungen zu vermeiden,
muß nämlich eine tiefere Spinntemperatur eingestellt werden, die so niedrig liegt,
daß hierdurch der Streckprozeß und die textilen Daten beeinträchtigt werden. Trotz
der erniedrigten Spinntemperatur ergibt sich eine Grautönung des Fadens, die auf
einen während des Spinn-Streckprozesses stattgefundenen geringfügigen Zerfall der
Nickelkomplexe hindeutet. Wegen der hchen Schmelzviskosität ist eine weitere Senkung
der Spinntemperatur nicht möglich. Andererseits führt eine Bildung von Zersetzungsprodukten
wie Kohle, Nickeloxid und Nickelmetall in der Polypropylenschmelze zu unlöslichen
Feststoffen, die Düsenverstopfungen und Fadenbrüche beim Spinnvorgang zur Folge
haben.
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Es wurde nun überraschend gefunden, daß die eingangs gestellte Aufgabe
gelöst wird und die den bekannten Farbacceptoren anhaftenden Nachteile vermieden
werden, wenn das Polypropylen erfindungsgemäß 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Nickel-8-hydroxychinolat
bezogen auf das Polypropylen enthält. Derartige Polypropylenmassen sind bei Temperaturen
von 320°C und mehr verarbeitbar, ohne daß sich das Nickel-8-hydroxychinolat zersetzt
oder andere, unerwünschte Reaktionen von ihm ausgelöst
werden. Es
ist in der gewünschten Konzentration im Polymeren löslich, erzeugt eine sehr gute
Anfärbbarkeit verbunden mit hoher Lichtechtheit und verschlechtert nicht die mechanischen
Eigenschaften des Fadens.
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Die Herstellung von Nickel-8-hydroxychinolat und seine Verwenaung
in Verbindung mit Polypropylen wird nachfolgend anhand von Beispielen naher beschrieben:
beispiel 1: m 1 kg Wickel-8-hydroxychinolat herzustellen wurden folgende Stoffmengen
bei 95% Ausbeute eingesetzt: 800 g 8-Hydroxychinolin wurden in 1420 ml Eisessig
gelöst und mit 14 1 Wasser verdünnt. Man versetzte dann mit 25%iger Ammoniaklösung,
bis eine Trübung oder leichte Fällung des Hydroxychinolins einsetzte.
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Diese Trübung wurde mit verdünnter Essigsäure wieder beseitigt.
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Der pH-Wert sollte zwischen 3 und 3,5 liegen.
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Die Lösung aus Hydroxychinolinacetat wurde auf 6000 erhitzt.
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Die Nickelsalzlösung wurde durch Lösen von 658 g NiOl2.6H20 in 19
1 Wasser hergestellt. Der pH-Wert dieser Lösung lag zwischen 4 und 5. Diese Lösung
wurde ebenfalls auf 600 erhitzt. Hierauf wurde unter Rühren die Hydroxychinolinacetat-
Lösung
zur Nickelsalzlösung gegeben, wobei ein grünlichgelber Niederschlag ausfiel. Der
pH-Wert der überstehenden Lösung wurde mit 25%iger Ammoniaklösung auf 3,5-4 eingestellt.
Nun wurde auf Siedetemperatur erhitzt und eine Viertelstunde bei dieser Temperatur
gehalten. Anschließend wurde heiß filtriert, mit heißem Wasser ausgewaschen und
das Produkt 12 Stunden bei 1300C getrocknet.
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Der Nickelgehalt betrug 15afio entsprechend der Verbindung NiC18 H12N2O3#2H2O.
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Beispiel 2: Das auf die vorstehende Weise dargestellte Nickel-8-hydroxychinolat
wurde zusammen mit Polypropylen auf die in den nachstehenden Beispielen beschriebene
Art verarbeitet, wobei zum Zwecke des Vergleichs auch Polypropylenmassen ohne Farbacceptor
und solche mit 1% des Nickelphenolats des 0,0' -Bis-(p-1,1,2,3-tetramethylbutylphenol)-monosulfids
versponnen, verstreckt und gefärbt wurden.
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Pulverförmigem Polypropylen wurden 0,125 Gewichtsprozent des Nickel-8-hydroxychinolats
zugemischt una dieses Gemisch mit rille des Granulierextruders zu Schnitzeln verarbeitet.
Diese Konzentration ergibt etwa den gleichen Nickelgehalt wie bei Verwendung etwa
der doppelten Menge des Nickelphenolats. Die Polypropylencharge wurde unter den
in Spalte 3 der nachfolgenden
Tabelle angegebenen Bedingungen versponnen,
wobei keinerlei Schwierigkeiter. auftraten. die ansenließende Verstreckung erfolgte
ebenfalls unter den in Spalte 3 angegebenen Bedingungen. Auch der Streckprozeß l-e,
einwandfrei ab. Die gemessenen Titer, Reißfestigkeiten und ReiMdehnungen können
aus Spalte 3 entnommen werden. Die erzielten Reißfestigkeiten und Reißdehnungen
hängen vom jeweils angewendeten Verstreckverhältnis und der Spinnorientiefung des
unverstreckten Padens ab und geben keine Aussage über die maximal erzielbare Reißfestigkeit,
die noch höhere Werte annehmen kann.
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Zur Anfärbung wurden Farbstoffe von Allied Chemical & Dye-Corp./USA,
und die Petramin-Farbstoffe von Bayer/Leverkusen verwendet, je nach Farbstoff in
1 - 2,5%iger Konzentration.
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Die Vorreinigung der Fäden erfolgte nach bekannten Methoden.
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Die Beurteilung er Färbegüte erfolgt über die Lichtechtheit der Färbungen
nach DIN 54 003 sowie über einen visuellen Vergleich der Farbtiefe. Die Belichtung
der Proben zur Bestimmung der Lichtechtheit wurde mit Hilfe des "Xenotest 150",
System Cassella durchgeführt. Als Filtersystem wurde das bis durchlässige System
für Bewetterung verwendet.
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Die Ergebnisse der textilen und färberischen Prüfungen waren
als
gut zu bezeichnen. Es konnten iiichtechtheiten bis Stufe 7 erzielt werden. Allerdings
war die Anfärbtiefe infolge der geringen Konzentration von 0,125% Nickel-8-hydroxychlnolat
relativ gering. Ein weIterer Vorteil des genannten Farbacceptors liegt In einer
stabilisierenden Eigenschaft, die den Abbau des Polymeren bei Licht- und Wärmeeinwirkungen
unterdrückt.
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Beispiel 3: In Abwandlung des Versuches nach Beispiel 1 wurde dem
Polypropylen 0,46% der gleichen Nickelverbindung beigemischt, wobei sich der gleiche
Nickelgehalt wie bei dem Vergleichsversuch mit Nickelphenolat (Spalte 2 der Tabelle)
einstellte. Die Daten für Verspinnung und Verstreckung sind in Spalte 4 zusammengestellte
ebenso die Ergebnisse der textilen Prüfungen, die als ausgesprochen gut zu bezeichnen
sind.
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Auch die erzielten Lichtechtheiten und die verwendeten Farbstoffe
konnten~als sehr gut bezeichnet werden. Der Farbton und die Farbtiefe können auch
von dem verwendeten Nickelkomplex abhängen. Wie ein visueller Vergleich zeigt, waren
die Farbtiefen bei den gefärbten Padenproben mit Nickelphenolat (Spalte 2) und Nickel-S-hydroxychinolat
(Spalte 4) etwa gleich.
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Dies ist zu erwarten, da die Nickelkonzentrationen in beiden Fällen
in gleicher Größenordnung liegen. Hingegen gibt es teilweise Farbtonunterschiede,
z.B. ist das Petramin rot in Verbindung mit Nickel-8-hydroxychinolat etwas blaustichiger
als
mit Nickelphenolat.
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Der wesentliche Unterschied liegt aber in der Temperaturbeständigkeit
beider Nickelverbindungen. Während das Phenolat iaut Spalte 2 mit 2980C versponnen
werden mußte und sich auch aiese Temperatur durch Graufärbung der Polypropylenmasse
als zu hoch erwies, vertrug das Hydroxychinolat anstandslos Temperaturen von 315°C
(Spalte 4) und sogar 340°C (Spalte 3).
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Diese Temperatursteigerung machte sich u.a. in einem wesentichen Aboau
der Viskosität und damit der Spinnpumpendrücke bemerkbar, die von 120 atü auf 90-100
atü zurückgingen.
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3eispiel 4: tIm die Temperaturbeständigkeit des neuen Farbacceptors
zu untersuchen, wurde in Abwandlung des Vorsuchs nach Beispiel 2 bei gleicher Nickel-8-hydroxychinolatkonzentration
die maximale Temperatur in der Spinnvorrichtung auf 33200 gesteigert (Spalte 5).
Auch hierfür verlief der Spinnvorgang einwandfrei und die Anfärbbarkeit und Lichtechtheit
blieben in gleichen Maße erhalten. beispiel 5: Die Nickel-8-hydroxychinolatkonzentration
wurde geringfügig auf 0,50% und die maximale Temperatur in der Spinnvorrichtung
auf 3400C erhöht.
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Die versponnenen und verstreckten Proben mit Nickel-8-nydroxychinolat
zeigten eine schwach grüne Färbung, die nur bei der mit der hochsten Temperatur
versponnenen Proben einen leichten Grauton aufwies. Hieraus ergibt sich, daß die
thermische Beständigkeit des Hydroxychinolats wesentlich besser ist als die des
Phenolats. Die Anfärbbarkeit war in allen Fällen so gut, daß selbst erhöhte Farbstoffkonzentrationen
keine größere Anfarbtiefe erzeugen konnten.
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Nachfolgend sind die den Ausführungsbeispielen der Erfindung zugrundeliegenden
Daten in den Spalten 3 bis 6 einer Tabelle zusammengefaßt.
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Die den Vergleichsversuchen ohne Farbacceptor und mit Nickelphenolat
als Farbacceptor zugrundeliegenden Daten sind den Spalten 1 und 2 zu entnehmen.
| 1LOdI ml;t Q I:}2c;.{;,.l}:lo \>;{fI r,'.i c . b)})T'j |
| A C\ u? , ( |
| O rc\ c 1 0 , 1 6 |
| 3 tnrn 0,4 0,4 0,4 0,1 0,4 0,4 |
| inax. Sinnt£inpcr'tur oC 332 298 340 31 332 310 |
| Druck atU 90 120 n 100 90 90 100 |
| Jo |
| t 0 13 135 3 13) 135 135 |
| orjwortreckung - 4,0 3,2 3,0 3,0 4,0 3,0 |
| - ;Y\ rc\ L1 C |
| an der Bruchgrcnze - 4,6? 3,9 4,01 3,58 5,08 4,1 |
| Reißfoctikcit g/don 6,16 5,28 5,4 5,59 5,14 5,21 |
| L;> % 27,'? 29,7 37,4 41,6 30,2 |
| Titer den 95 107 127 130 92 127 |
| i ional--Bri liant 2% 6 - >6 >6 - |
| n I O CU r M Bluo BH |
| 0 |
| H ational-P?-Brillait |
| 2% 6 - >6 >6 - |
| t 0rngo RM |
| Petramin rot F33 1% 1-2 - >6 >6 5-6 |
| r( Petramin golb :j 1% 1-2 7 >6 6 7 |
| 0 |
| Ptnun blau 3 2,5% 1-2 - >6 >6 7 |