DE1955252C3 - Verfahren zum Verbinden sich berührender Polyamidfasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden sich berührender Polyamidfasern ent!ang ihrer angrenzenden Oberflächen und insbesondere ein Verfahren zum Verbinden von Polyamid-Endlosfäden zu Faservliesen und insbesondere verfestigten Faservliesen.

Die in Faservliesen enthaltenen Endlosfäden wurden bislang unter Anwendung eines äußerlichen Bindemittels oder dadurch verbunden, daß sie unter Einwirkung von Wärme, Lösungsmitteln oder Weichmachern erweicht und dann in erweichtem Zustand einem Druck ausgesetzt wurden. Als äußerliches Bindemittel kann ein Klebstoffmaterial verwendet werden, das nach dem Aufbringen gehärtet wird oder das nach dem Aufbringen durch Anwendung von Wärme, Lösungsmittel oder Weichmachern die Bindung herbeiführt. Die äußerlichen Bindemittel können in Form von Pulvern, Lösungsmitteln, Emulsionen oder auch in Form von Fasern aufgebracht werden. Diese Verfahren weisen jedoch mehrere Nachteile auf. Die Anwendung eines außenseitigen Bindemittels bringt Probleme hinsichtlich des einheitlichen Aufbringens mit sich und begrenzt die Eigenschaften des Faservlieses auf diejenigen des Bindemittels. Wenn beispielsweise eine Faser mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt als Verbindungsmaterial verwendet wird, sind die Temperaturbedingungen, denen das Faservlies oder das daraus bereitete Produkt unterworfen werden kann, durch den Schmelzpunkt des Faser-Bindemittels beschränkt.

Ein Verbinden mit Hilfe eines Lösungsmittels nach einem der herkömmlichen Verfahren ist schwierig durchzuführen, da sich dabei häufig die ästhetischen Eigenschaften des Faservlieses ändern. Beispielsweise ist es schwierig, ein ausreichendes Haftvermögen der Endlosfäden ohne eine Auflösung des gesamten Faservlieses oder zumindest ohne eine Verschlechterung seiner physikalischen Eigenschaften zu erreichen.

Darüber hinaus zeigen die Knotenpunkte oder Verbindungsstellen, an denen die Endiosfäden verbunden sind, häufig ein verdicktes Aussehen, was eine Auflösung und eine Wiederabscheidung von Polymeren beweist, die man im allgemeinen als Polymer-Migration bezeichnet. In den meisten Fällen besitzen diese um die Verbindungsstellen herum angeordneten Bereiche wegen Veränderungen in der Kristallstruktur der Verbindungsstelle nicht das gleiche Farbstoffaufnahmevermögen, so

ίο daß hierdurch nichteinheitliche Färbungen verursacht werden.

Eigene Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, daß das Verbinden von Polyamidfasern unter Anwendung von Halogenwasserstoffgas oder Bortrifluorid möglich ist. Wenn auch mit Hilfe dieser Gase eine ausreichende Verbindung der Polyamidfasern möglich ist, so besteht doch ein Bedürfnis nach der Anwendung ökonomischer Gase sowie nach einer weiteren Verbesserung der Festigkeit derart verbundener Faservliese.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Verbinden von sich berührenden Polyamidfasern zu finden, bei dem man Produkte erhält, die frei sind von äußeren Bindemitteln und von einer sichtbaren Polymer-Migration am Bindungspunkt, die keine Änderung der Geometrie des Fasergefüges zeigen und die für Bekleidungszwecke geeignet sind.

Diese Aufgabe wird durch das erfindiingsgemäße Verfahren zum Verbinden sich berührender Polyamidfasern entlang ihrer angrenzenden Oberflächen gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Polyamidfasern in einer ersten Stufe mit einer gasförmigen Mischung, die, jeweils auf Molbasis, mindestens 25% Schwefeldioxid und mindestens 25% Chlor enthält, in Berührung gebracht werden, und daß die gasförmige Mischung in einer zweiten Stufe von den Fasern desorbiert wird.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die aktivierende gasförmige Mischung auf einer Temperatur von etwa 20 bis 25°C gehalten, um einheitliche Behandlungsbedingungen und eine bequemere Handhabung zu ermöglichen, obwohl das Verbinden auch bei wesentlich höheren und wesentlich tieferen Temperaturen durchgeführt werden kann.
Weder von Schwefeldioxid noch von Chlorgas war es bekannt, daß sie eine plastifizierende oder solvatisierende Wirkung auf Polyamidfasern, beispielsweise auf Polyamid-F.ndlosfäden haben. Wenn das Chlorgas auch partiell durch das Polyamid absorbiert werden kann, so erfolgt doch keine Spaltung der intermolekularen Wasserstoffbindungen zwischen benachbarten Amidgruppen. Deshalb war Chlorgas allein für ein Verbinden von Polyamidfasern nicht brauchbar. Weiterhin hat es sich gezeigt, daß Schwefeldioxid absolut keine Wirkung auf Polyamidfasern besitzt, so daß auch nicht erwartet werden konnte, daß damit die gewünschte Verbindung erreicht wird. Das Verbinden der Polyamidfasern erfolgt somit nur durch eine Kombination von Gasen, die einzeln verwendet keine dauerhafte Wirkung zeigen. Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist

ho daher als völlig überraschend anzusehen und am besten als synergistische Wirkung zu erklären.

Damit die Verbindungsreaktion abläuft, müssen sich die Fasern berühren. Im Fall von zwei sich kreuzenden Fäden, die in Form von Stapelfasern oder in Form von

<vs Endlosfasern vorliegen können, kann es erwünscht sein, die Fasern unter Spannung zu halten. Beispielsweise kann man die Fasern eines Faservlieses dadurch unter Spannung halten, daß man die verfilzten Endlosfäden

nach dem Formen des Faservlieses schrumpft oder indem man einen Druck auf das Faservlies ausübt. Das Pressen des Faservlieses kann vor dem Inberührungbringen mit der gasförmigen Mischung oder später erfolgen. Bei der praktischen Durchführung hat das »vorher durchgeführte Pressen« den Vorteil, daß die Preßvorrichtung nicht der gasförmigen Mischung ausgesetzt werden muß. Das später erfolgende Pressen hat jedoch den Vorteil, daß das Faservlies wegen des Anstiegs des auf die Knotenstellen der Endlosfäden ι ο ausgeübten Druckes eine höhere Festigkeit erreicht.

Es wurde festgestellt, daß Polymere, die durch Behandeln mit einer gasförmigen Mischung aus Chlor und Schwefeldioxid miteinander verbunden werden können, im allgemeinen in ihrer Molekülstruktur die — NHCO-Gruppe. aufweisen. Um diese Bindungseigenschaft zu entfalten, benötigt das Polymere eine entsprechende Konzentration dieser Gruppen, die für die Gasmischung zugänglich sind. Es hat sich gezeigt, daß Polyamide, die einige aromatische Gruppen enthalten, diese Bindungsreaktion noch eingehen, während bestimmte, völlig aromatische Polyamide diese Reaktion auch dann nicht mehr eingehen, wenn sie eine ausreichende Konzentration an — NHCO-Gruppen aufweisen, wie sie z.B. in dem sich sehr leicht verbindenden Polyhexamethylenadipinsäureamid enthalten sind Dies kann von der starren Struktur herrühren oder von der Wirkung der aromatischen Ringe auf die Basizität der Amidgruppen oder von einer Kombination dieser Effekte.

Das Verbinden des Faservlieses kann erfindungsgemäß mit Hilfe eines kontinuierlichen Verfahrens bewirkt werden. Die frisch gesponnenen Polyamid-Endlosfäden werden durch eine übliche Spinndüse extrudiert, mittels gedüster Gebläseluft verfeinert und dann auf einem durchlöcherten, sich bewegenden Band zu einem unregelmäßigen Faservlies verformt. Das Faservlies wird dann durch eine geschlossene Kammer geführt, durch welche die gasförmige Mischung geleitet wird. Nach dem Inberührungsbringen mit dem Gas wird das Gewebe in eine zweite Kammer transportiert, wo die gasförmige Mischung durch Erwärmen desorbiert wird.

Es ist nicht wesentlich, daß das zu verfestigende Faservlies nur Polyamid-Endlosfäden enthält. Zur Herstellung der Faservliese können auch andere Endlosfäden, welche gegenüber der gasförmigen Mischung aus Chlor und Schwefeldioxid chemisch inert sind, mit den Polyamid-Endlosfäden vermischt werden, so daß man Faservliese andersartigen physikalischen Eigenschaften erhält Die Faservliese können auch aus kontinuierlichen Endlosfäden aus Polyamid und zumindest einem anderen einen Endlosfaden bildenden Material, das gleichzeitig damit versponnen worden ist, hergestellt werden. Diese anderen Endlosfäden bildenden Materialien umfassen synthetische Fasern, wie z. B. Polyesterfasern, Acrylfaser^ Polyolefinfasern und elastomere Endlosfasern und Regeneratfasern, wie z. B. Reyon- und Acetat-Endlosfäden. Gewünschtenfails kann das Faservlies nach bekannten Verfahren zum Vermischen von Stapelfasern aus Stapelfasermischungen hergestellt werden, die die vorerwähnten Materialien und ebenso Naturfasern, wie z. B. Baumwolle oder Wolle, einschließen. Die Faservl'esbildung aus den Stapelfasern kann mit Hilfe einer herkömmlichen < >5 Krempelmaschine unter Ausbildung von Einzelschichtoder Vielschicht-Faservliesen durchgeführt werden. Das Verfilzen oder Verschlingen der in dem Vlies enthaltenen Fasern kann unter Verfestigung durch Nadelstechen erreicht werden. Wenn die Polyamidendlosfäden enthaltenden Faservliese mit der gasförmigen Mischung behandelt worden sind, verbinden sich die Polyamidendlosfäden miteinander, so daß die anderen Fäden physikalisch festgelegt werden. Diese Festlegung oder dieses Verfilzen erlaubt jedoch eine beschränkte Bewegung der nichtverbundenen Fäden, wodurch eine bessere Flexibilität erreicht wird Wie zu erwarten ist, nimmt die Festigkeit der verbundenen Faservliese oder Vliesstoffe mit der prozentualen Abnahme des Gehaltes an Polyamidendlosfäden in der Mischung ab.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf Folien, kleine Kügelchen oder Körnchen aus Polyamid angewandt werden, die längs ihrer aneinander angrenzenden Oberflächen durch Absorption und nachfolgende Desorption der gasförmigen Mischung aus Schwefeldioxid und Chlor verbunden werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Polyamidfasern in Form von Endlosfäden eingesetzt.

Weiteren bevorzugten Ausführungsformen zufolge werden gasförmige Mischungen eingesetzt, die, jeweils auf MolbasiS; entweder weniger als 50% Luft oder weniger als 50% Stickstoff enthalten.

Mit Vorteil kann man eine gasförmige Mischung einsetzen, die aus Schwefeldioxid und Chlor besteht.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel I

Man bereitet ein Faservlies aus Polyamid-Endlosfäden (Polyhexamethylenadipinsäureamid) durch rasches Verfeinern der Endlosfäden direkt von der Schmelzspinndüse auf eine durchlochte Unterlage. Das Faservlies wird zu Tuchmustern mit den Abmessungen 20,32 χ 2,54 cm zerschnitten und einer gasförmigen Mischung ausgesetzt, die 50 Molprozent Schwefeldioxid und 50 Molprozent Chlor enthält. Das Gewichtsverhältnis von Gas zu behandeltem Polyamid beträgt 1:1. Die Desorption wird in einem Infrarotofen bei 90°C, 100³C und 110°C während 20 Sekunden bei der jeweiligen Temperaturstufe durchgeführt. Die physikalischen Eigenschaften des untersuchten Faservlieses werden unter Verwendung einer Vorrichtung zur Bestimmung der Bruchfestigkeit und der Dehnung bestimmt, während die Countilever-Biegelängen gemäß der ASTM-Vorschrift D 1388-64 ermittelt werden. Das Gewicht des Faservlieses ergibt sich zu 88,5 g/cm², wobei das Material eine Dicke von 147 μηι besitzt. Das Faservlies besitzt eine Festigkeit in Maschinenrichtung von 0,0641 kg/cm/g/m² und in Querrichtung von 0,0662 kg/cm/g/m². Die Dehnung in Maschinenrichtung beträgt 57%, während die Dehnung in Querrichtung sich zu 50% ergibt. Die Biegelänge in der Maschinenrichtung wird zu 3,15 cm und in Querrichtung zu 3,05 cm ermittelt.

Aus diesen Daten ist zu erkennen, daß das Faservlies hinreichend verbunden ist.

Beispiele 2 bis 9

Ein wie in Beispiel I hergestelltes und zu Tuchmustern verarbeitetes Faservlies wird mit jeweils einer der in der nachfolgenden Tabelle I angegebenen Schwefeldioxid-Chlor-Mischungen (2 bis 9) behandelt, wobei die ebenfalls aus der Tabelle I ersichtlichen Gewichtsver-

hältnisse Gas : Polyamid eingehalten werden. Anschließend erfolgt die Desorption der Gasmischung unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen und die

Tabelle 1

Bestimmung der physikalischen Eigenschaften der auf diese Weise verfestigten Faservliese nach den gemäß Beispiel 1 angewandten Untersuchungsmethoden.

Beispiel	SCh: CI2	Gas: Polyamid	Prüfrichtung	Faservlies	Faservlies	Faservlies	Dehnung	Biege
	Verhältnis	Verhältnis		gewicht	dicke	festigkeit		länge
	(Mol)	(Gewicht)		(g/m*)	(μπι)	(kg/cm/g/m2)	{%)	(cm)
2	1 :1	1:1	M	88,6	1473	0.0647	57	3,15
			Q	94.7	152,4	0.0662	50	3,05
3	1 :1	1 :1	M	82,2	121,9	0,0622	64	3,17
			Q	85,3	127,0	0,0700	66	3,07
4	1 :1	0,5:1	M	88,6	132,0	0.0658	72	3,17
			Q	90,3	152,3	0,0770	81	330
5	1 :5	0,25:1	M	88,3	144,7	0.0625	50	3,05
			Q	81,7	127,0	0,0770	56	3,10
6	1 :3	1 :1	M	99,5	165,1	0,0668	51	330
			Q	86,0	127,0	0,0714	58	3,30
7	1 :3	0,5:1	M	93,5	152,4	0,0559	52	3,05
			Q	92,6	165,1	0.0666	63	3,56
8	3:1	1 :1	M	95,7	215,9	0,0637	62	3,81
			Q	95,7	185,4	0.0595	56	3,56
9	3:1	0,5:1	M	94,0	177,8	0,0554	45	3.56
			Q	97,7	160,0	0,0751	65	3,56

Beim Vergleich der Beispiele 4 und 5 mit den Beispielen 2 und 3 ist festzustellen, daß die Reißfestigkeil in der Maschinenrichtung Mleicht ansteigt, und daß die Reißfestigkeit in der Querrichtung Q im wesentlichen in dem Maße zunimmt, wie das Gewichtsverhältnis von gasförmiger Mischung zu Polyamid abnimmt Jedoch erfolgt eine entsprechende Verbindung in allen Fällen, wo das Gewichtsverhältnis von Gas zu Polyamid mindestens 0,25 :1 beträgt

Gemäß den Beispielen 6 bis 9 erfolgt eine hinreichende Verbindung nicht nur dann, wenn das Verhältnis von Schwefeldioxid zu Chlor variiert sondern auch dann, wenn das Gas/Polyamid-Verhältnis geändert wird.

Beispiele 10 und

Ein gemäß Beispiel 1 hergestelltes Faservlies wird mit erhaltenen Produkten wesentlich vermindert ist. Obeiner Gasmischung behandelt, in der gleiche molare 40 wohl die Festigkeit niedrig ist, sind die erhaltenen

Teile Schwefeldioxid und Chlor mit Stickstoff oder Luft verdünnt sind. Es zeigt sich, daß die Festigkeit im Vergleich zu den gemäß den Beispielen 1 bis 9

Tabelle Il

Faservliese für die angestrebten Endanwendungen hinreichend geeignet, da sie eine erhöhte Biegelänge aufweisen.

Beispiel	Gas	%·)	Gas : Polyamid	Prüfrichtung	Gewicht	Dicke	Festigkeit	Dehnung	Biege
		SO2-CI2-	Verhältnis						länge
		Mischung
		(1:1)	(Gewicht)		(g/m2)	(μπι)	(kg/cm/g/m2)	(%)	(cm)
10	N2	50	1 :1	M	90,3	152£	0,0238	21	3,30
				Q	90,0	1574	0,0253	18	3,56
11	Luft	50	I :1	M	863	1573	0,0190	18	330
				Q	88,0	1393	0,0337	29	33Ο
·) % auf	Molbasis.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ein neues und verbessertes Verfahren zum Verbinden von Faservliesen und ähnlichen Materialien dar. Die erhaltenen Materialien enthalten keine äußeren Bindemittel und besitzen daher den Vorteil, daß sie zu 100% aus dem Fasermaterial aufgebaut sind. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Faservliese sind gegenüber Spezialbehandlungen, die die bisher zum Verbinden von Faservliesen verwendeten Bindemittel nachteilig beeinflussen können, nicht empfindlich. Daher besitzen die erfindungsgemäß erhaltenen Faservliese ein höheres Maß an wünschenswerten Eigenschaften als die herkömmlichen verbundenen Faservliese.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden sich berührender Polyamidfasern entlang ihrer angrenzenden Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyamidfasern in einer ersten Stufe mit einer gasförmigen Mischung, die, jeweils auf Molbasis, mindestens 25% Schwefeldioxid und mindestens 25% Chlor enthält, in Berührung gebracht werden und daß die gasförmige Mischung in einer zweiten Stufe von den Fasern desorbiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich berührenden Polyamidfasern in Form von Endlos-Fäden vorliegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Mischung weniger als 50% Luft enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Mischung weniger als 50% Stickstoff enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Mischung aus Schwefeldioxid und Chlor besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyamid-Endlosfäden vor oder nach dem liiberührungbringen mit der gasförmigen Mischung gepreßt werden.