DE19606266A1

DE19606266A1 - Verfahren zur Herstellung von im Fernen Infrarot abstrahlenden Polyesterfasern

Info

Publication number: DE19606266A1
Application number: DE19606266A
Authority: DE
Inventors: Ji Sook Cho; Dae Woo Ihm; Chang Hee Lee; Jeong Yul Kim
Original assignee: Cheil Synthetics Inc
Current assignee: Toray Chemical Korea Inc
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2016-02-22
Also published as: CN1140770A; GB9601245D0; KR0155608B1; DE19606266C2; KR970006375A; GB2303375B; GB2303375A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern, die, nachdem sie der Sonneneinstrahlung aus gesetzt waren, einen überlegenen Wärmespeicher- und Warm halteeffekt aufweisen, und insbesondere ein von Dimethyl terephthalat und Ethylenglykol ausgehendes Verfahren zur Herstellung von Polyesterfasern, die einen verbesserten Weißgrad und ein weiches Gefühl sowie einen überlegenen stän digen Wärmespeicher- und Warmhalteeffekt besitzen und im Fernen Infrarot abstrahlen können. Die Polyesterfasern werden hergestellt, indem in ein Polymer Keramikteilchen mit einem spektroskopischen Reflexionsgrad im Fernen Infrarot (Wellen längenbereich 4 bis 25 µm) von mindestens 65% einheitlich eingemischt werden.

Keramikteilchen, die Strahlen aus dem sichtbaren Bereich und Nahen Infrarotbereich absorbieren, weisen bei der Umwandlung der aus der Sonneneinstrahlung absorbierten Strahlung in solche des Fernen Infrarots und beim anschließenden Abstrahlen im Fernen Infrarot einen überlegenen thermischen Wirkungsgrad auf. Besitzt die im Fernen Infrarot abgegebene Strahlung eine Frequenz, die etwa gleich der des in den Keramikteilchen vor handenen inneren Schwingungssystem ist, tritt ein Resonanz phänomen auf, so daß sich die Amplitude des Schwingungssystems erhöht. Auf Grund eines solchen Resonanzphänomens wird von den Keramikteilchen Wärmeenergie erzeugt. Bei einer mit solchen Keramikteilchen vermischten Faser dient die Wärmeenergie zur Erhöhung der Fasertemperatur. Die Keramikteilchen haben auch die Aufgabe, die Strahlung aus dem Fernen Infrarot mit einer Wellenlänge von 8 bis 10 µm, die vom menschlichen Körper aus gesendet wird, zu reflektieren, wodurch die Körperwärme zu rückgehalten wird. Zu diesem Zweck werden für Sportbekleidung, Freizeitbekleidung und als Polsterung für Faservliese Filamente und Stapelfasern eingesetzt.

Herkömmlicherweise werden in der Praxis mit Zirconiumcarbid teilchen vermischte wärmespeichernde und warmhaltende Fasern verwendet. Solche Fasern sind in EP-A-302 141 offenbart. Es ist jedoch schwierig, die Fasern bei einer Verwendung einzu setzen, die einen Weißgrad und die einen Färbevorgang er fordert. Das liegt darin begründet, daß die Fasern uner wünschterweise eine tiefgraue Färbung besitzen.

Zur Verbesserung des Weißgrades solcher Fasern ist auch der Einsatz eines Farbmodifizierungsmittels vorgeschlagen worden. So ist beispielsweise ein Herstellungsverfahren für eine Faser durch einen gemeinsamen Spinnvorgang bekannt, worin ein Farb mittel in den Faserkern eingemischt wird. Ebenfalls ist ein weiteres Verfahren bekannt, in welchem ein weißes Pigment wie Titandioxid in einer großen Menge zugegeben wird. Werden diese Verfahren jedoch zur Herstellung von mit Zirconiumcarbid teilchen vermischten wärmespeichernden und warmhaltenden Fasern eingesetzt, führen sie zu einer Verschlechterung des Wärmespeicher- und Warmhalteeffekts, wobei der Weißgrad nur ungenügend verbessert wird.

In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Heisei 3-69675 ist ein Verfahren zur Herstellung von Stapelfasern mit 6 Denier unter Verwendung von Keramikteilchen offenbart. Bei diesem Verfahren werden Teilchen eines keramischen Materials wie Zirconiumdioxid, Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid mit einem Polyester in einem Verhältnis vermischt, daß der Gesamtteil chengehalt in einem Grundmischungsverfahren 40 Gew.-% beträgt, wobei ein Spinngranulat entsteht. Das Spinngranulat wird zusammen mit einem regelmäßigen Polyester-Spinngranulat misch versponnen, wobei eine Stapelfaser von 6 Denier hergestellt wird. Gemäß diesem Verfahren kann ein guter Weißgrad erhalten werden. Da der Anteil an eingemischten Keramikteilchen hoch ist, ist jedoch die Verteilung der Teilchen in der Faser schlecht. Außerdem ist das Fasergefühl sehr rauh, da die eingemischten Teilchen eine große Härte besitzen. Im Ergebnis ist es schwierig, durch dieses Verfahren hergestellte Fasern für Textilien einzusetzen.

Als ein Ergebnis der Forschungen der Erfinder zur Lösung der obengenannten Probleme ist festgestellt worden, daß Fasern, die einen erhöhten Weißgrad und ein weiches Gefühl sowie einen überlegenen ständigen Wärmespeicher- und Warmhalteeffekt auf weisen, nachdem sie der Sonneneinstrahlung ausgesetzt waren, hergestellt werden können, indem dem Fasermaterial im Fernen Infrarot abstrahlende Keramikteilchen zugesetzt werden. Die Erfindung ist auf der Grundlage dieser Feststellung vollendet worden.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren zur Herstellung von Fasern bereitzustellen, die einen erhöhten Weißgrad und ein weiches Gefühl sowie einen überle genen ständigen Wärmespeicher- und Warmhalteeffekt aufweisen, nachdem sie der Sonneneinstrahlung ausgesetzt waren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung von im Fernen Infrarot abstrahlenden Fasern bereitgestellt wird, die aus einem Polyester hergestellt sind, der hauptsächlich Dimethylterephthalat und Ethylenglykol ent hält, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Polyester mindestens zwei Arten vermischter, im Fernen Infrarot abstrah lender Keramikteilchen mit einem spektroskopischen Reflexions grad im Fernen Infrarot mit einem Wellenlängenbereich von 4 bis 25 µm von mindestens 65% zugesetzt werden.

Die im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramikteilchen werden aus einer Gruppe ausgewählt, die aus ZrO₂, ZrSiO₄, SiO₂ und TiO₂ besteht, und besitzen eine Korngrößenverteilung von 0,001 bis 1,0 µm und eine mittlere Korngröße von höchstens 0,02 µm.

Bei der Herstellung eines Polyesters für Fasern durch Polykondensation von Dimethylterephthalat und Ethylenglykol ist es erforderlich, ein hochentwickeltes Verfahren für das einheitliche Einmischen von Keramikteilchen mit einem spek troskopischen Reflexionsgrad von mindestens 65% im Fernen Infrarot (Wellenlängenbereich von 4 bis 25 µm) in das Polymer bereitzustellen.

Die herkömmlicherweise verwendeten, im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramikteilchen umfassen beispielsweise ZrO₂, Al₂O₃, BaSO₄, SiO₂, TiO₂, MnO₂, Fe₂O₃, CoO, CuO, ZrC, MgO, Cr₂O₃, ZrSiO₄, K₂O, SiC und ZrN. Sie haben verschiedene chemische und physikalische Eigenschaften sowie verschiedene Wellenlängenbereiche im Fernen Infrarot. In einer Anzahl von Vergleichsversuchen ist von den Erfindern festgestellt worden, daß ZrO₂, SiO₂, TiO₂ und ZrSiO₄ erfindungsgemäß bevorzugt sind. ZrO₂ und TiO₂ weisen eine überlegene Abstrahlungs charakteristik im Fernen Infrarot und eine angenehme Faser färbung, d. h. einen hohen Weißgrad, auf. Demgegenüber weisen SiO₂ und ZrSiO₄ einen Abschirmungseffekt gegenüber ultravio letter Strahlung sowie eine überlegene Abstrahlungscharakte ristik im Fernen Infrarot auf.

Die erfindungsgemäß verwendeten Keramikteilchen besitzen vor zugsweise eine Korngrößenverteilung von 0,001 bis 1,0 µm und eine mittlere Korngröße von höchstens 0,02 µm. Es ist wichtig, daß die Keramikteilchen beim Verfahren zur Herstellung einer Aufschlämmung mit Ethylenglykol und beim Verfahren des Ein mischens in ein Polymer keine Aggregate bilden. Liegt die Korngrößenverteilung der Keramikteilchen unter 0,001 µm, ist es wahrscheinlich, daß eine Aggregatbildung leicht auftritt. Andererseits führen Keramikteilchen mit einer Korngrößen verteilung von über 1,0 µm zu einem unangenehmem Fasergefühl und zu einer schlechten Verarbeitbarkeit der Fasern.

Um eine verbesserte Verteilung der Keramikteilchen zu er reichen, wird eine Aufschlämmung hergestellt, die als Lö sungsmittel Ethylenglykol in einem Anteil von mindestens 80% und Keramikteilchen in einem Anteil von 10,0 bis 20,0 Gew.-% enthält. In der Stufe der Bildung der Aufschlämmung wird das Gemisch aus Keramikteilchen und Lösungsmittel mit einer Ge schwindigkeit von mindestens 2500 U/min gerührt. Zum Abtrennen von großen Körnern und Fremdstoffen werden Filter mit einer Maschenweite von 2 µm, 5 µm bzw. 10 µm in Schüttelbehälter eingesetzt.

Die Aufschlämmung, d. h. die Suspension aus Keramikteilchen, in welcher die Keramikteilchen vollständig dispergiert sind, wird danach über eine Zufuhrleitung einem Rohrreaktor zugeführt, um die Keramikteilchen im Polymer zu dispergieren. Während des Zufuhrvorgangs können sich die Keramikteilchen entsprechend der Form und Länge der Zufuhrleitung darin abscheiden. Deshalb ist die Zufuhrleitung erfindungsgemäß derart konstruiert, daß ihre Länge höchstens 10 m beträgt und sie so gerade wie möglich ist, um es der Suspension zu erlauben, abwärts zu fließen.

Der Anteil der in das Polymer eingemischten Keramikteilchen beträgt unter Berücksichtigung des Wärmespeicher- und Warm halteeffekts und des. Fasergefühls vorzugsweise 1,0 bis 6,0 Gew.-%. Die in das Polymer einzumischenden Keramikteilchen werden in Form eines Gemisches zugesetzt, das ZrO₂ + TiO₂, ZrO₂ + TiO₂ + SiO₂ und ZrSiO₄ + TiO₂ enthält. Für die Vertei lung der Keramikteilchen im Polymer, die Verarbeitbarkeit der Fasern, den Effekt der Erhöhung der Fasertemperatur und das Fasergefühl ist das Mischungsverhältnis der Komponenten des Gemischs ebenfalls wichtig. Der ZrO₂-Anteil beträgt vorzugs weise 30 bis 70%. Der ZrSiO₄-Anteil beträgt vorzugsweise 30 bis 70%. Der SiO₂-Anteil beträgt vorzugsweise 25 bis 45%. Es ist auch bevorzugt, daß der TiO₂-Anteil 25 bis 45% beträgt.

Die Aufschlämmung von Keramikteilchen, die aus mindestens zwei Arten von Keramikteilchen und aus Ethylenglykol besteht, kann entweder in einem Umesterungs-Rohrreaktor oder einem Polymeri sations-Rohrreaktor zugesetzt werden. Unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften der Keramikteilchen ist es jedoch vorteilhaft, daß die Zugabe der Aufschlämmung möglichst bei einer niedrigen Temperatur erfolgt, um die Teilchenaggre gierung zu verhindern. Erfindungsgemäß wird die Aufschlämmung von Keramikteilchen nach Beendigung der Abspaltung des Methanols durch die Umesterungsreaktion zugegeben, wenn die Temperatur des Rohrreaktors etwa 155 bis 200°C beträgt. Zweckmäßigerweise ist auch die Zugabezeit zu begrenzen, um im Rohrreaktor Probleme auf Grund einer übermäßigen Ethylen glykolzugabe zu verhindern. Bevorzugterweise beträgt die Zugabezeit 10 bis 15 Minuten. Dadurch wird erfindungsgemäß ein Polyester hergestellt, der eine größere Verteilung von Keramikteilchen und einen erhöhten Weißgrad aufweist.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Bei spiele und Vergleichsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Zur Herstellung eines Polyesters durch Kondensation von Dimethylterephthalat und Ethylenglykol wurden zwei Arten von im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramikteilchen, nämlich ZrO₂- und TiO₂-Teilchen, hergestellt und danach in einem Verhältnis von 58 : 42 miteinander vermischt. Anschließend wurde das Keramikteilchengemisch mit Ethylenglykol vermischt, wobei man eine Aufschlämmung mit Keramikteilchen in einem Anteil von 18 Gew.-% erhielt. Die Aufschlämmung wurde durch etwa zweistündiges kontinuierliches Rühren des erhaltenen Gemisches unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsrührers mit mindestens 2500 U/min gebildet. Die Keramikteilchen wurden durch diesen Rührvorgang einheitlich in der Aufschlämmung dispergiert.

Die ZrO₂- und TiO₂-Teilchen hatten eine Korngrößenverteilung von 0,001 bis 0,6 µm. Danach wurde die Aufschlämmung von Keramikteilchen zu dem zuvor hergestellten Polyester derart zugegeben, daß der Anteil der Keramikteilchen, bezogen auf das Polymergewicht, 4,5% betrug. Die Zugabe der Aufschlämmung von Keramikteilchen wurde nach Beendigung der Abspaltung des Methanols durch die Umesterungsreaktion mit niedriger Geschwindigkeit bei einer Temperatur des Rohrreaktors von 175°C durchgeführt. Die Zugabe der Aufschlämmung von Keramikteilchen wurde etwa 15 Minuten lang fortgesetzt. Dem Rohrreaktor wurden als Katalysatoren für die Umesterungs reaktion auch 500 ppm Mn(OAc)₂ und 300 ppm Sb₂O₃ zugesetzt. Die Reaktionstemperatur für die Vollendung dieser Umesterung betrug 290°C. Die. Reaktionszeit betrug etwa 3 Stunden und 10 Minuten. Auf diese Weise wurde ein Polyester-Spinngranulat hergestellt.

Danach wurde das Polyester-Spinngranulat auf einen Feuchtigkeitsgehalt von maximal 40 ppm getrocknet. Aus dem ge trockneten Polyester-Spinngranulat wurde ein ungezogenes Garn bei einer Spinntemperatur von 270 bis 285°C und einer Spinn geschwindigkeit von 1850 m/min ersponnen. Anschließend wurde das ersponnene Garn mit einem Streckverhältnis von etwa 2,7 verstreckt, wodurch man ein FY75/36-Filament mit einer Fein heit von 75 Denier erhielt. Aus diesem Filament wurde ein Skianzug hergestellt. Die physikalischen Eigenschaften des Faserausgangsmaterials und des Faserendprodukts wurden bewertet. Es wurde die Verteilung (der Mischungsgrad) der Ke ramikteilchen im Polymer des Faserausgangsmaterials bewertet. An dem Endprodukt, d. h. dem Skianzug, wurden der textile Griff und der Wärmespeicher- und Warmhalteeffekt bewertet. Die Bewertung der Verteilung der Keramikteilchen im Polymer wurde durch Betrachten eines plasmabehandelten Probekörpers bei einer mehrtausendfachen Vergrößerung mit einem Elektronen mikroskop durchgeführt. Die Verspinnbarkeit und die Verstreck barkeit wurden ebenfalls, basierend auf den Verarbeitungs daten, bewertet. Der Weißgrad der Fasern wurde durch Betrachten mit dem bloßen Auge oder mit einem Vergleichskolo rimeter beurteilt. Wärmespeicher- und Warmhalteeffekt wurden unter Verwendung eines Thermographie-Meßgerätes bewertet. Der textile Griff wurde als Tragegefühl und Weichheit beurteilt. Die Bewertungsergebnisse sind in der Tabelle 1 aufgeführt.

Aus dem Polyester-Spinngranulat wurde eine 1,2 Denier × 38 mm Rohbaumwolle in Form einer Stapelfaser hergestellt. Diese Stapelfaser wurde zu einem T-100-Gewebe für Jacken verwebt. Nach der Herstellung einer Jacke aus diesem Gewebe wurden deren physikalische Eigenschaften bewertet. Die Bewertung wurde auf dieselbe Weise wie für den Skianzug durchgeführt. Die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Beispiel 2

Aus zwei Arten von im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramik teilchen, nämlich ZrSiO₄- und TiO₂-Teilchen, die in einem Verhältnis von 58 : 42 miteinander vermischt worden waren, wurde auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 eine Aufschlämmung hergestellt. Dafür wurden die Keramikteilchen in einer Konzen tration von 18 Gew.-% mit Ethylenglykol vermischt. Die ZrSiO₄- und die TiO₂-Teilchen hatten eine Korngrößenverteilung von 0,01 bis 1,0 µm.

Beispiel 3

Aus drei Arten von im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramik teilchen, nämlich ZrO₂-, TiO₂- und SiO₂-Teilchen, die in einem Verhältnis von 30 : 40 : 30 miteinander vermischt worden waren, wurde auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 eine Auf schlämmung hergestellt. Dafür wurden die Keramikteilchen in einer Konzentration von 18 Gew.-% mit Ethylenglykol vermischt. Die ZrO₂- und die TiO₂-Teilchen hatten eine Korngrößenvertei lung von 0,005 bis 1,0 µm.

Vergleichsbeispiel 1

Aus zwei Arten von im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramik teilchen, nämlich ZrO₂- und TiO₂-Teilchen, die in einem Verhältnis von 50 : 50 miteinander vermischt worden waren, wurde auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 eine Aufschlämmung hergestellt. Danach wurde die Aufschlämmung von Keramikteil chen einem in einem Rohrreaktor enthaltenen Polymer derart zu gegeben, daß der Anteil der Keramikteilchen 7,3 Gew.-%, be zogen auf das Polymergewicht, betrug. Die Zugabe der Auf schlämmung von Keramikteilchen wurde unmittelbar vor Beginn der Startpolymerisation für eine Umesterungreaktion bei einer Temperatur des Rohrreaktors von 232°C und einer niedrigen Geschwindigkeit durchgeführt. Die Zugabe der Aufschlämmung von Keramikteilchen wurde etwa 15 Minuten lang fortgesetzt.

Vergleichsbeispiel 2

Aus zwei Arten von im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramik teilchen, nämlich ZrSiO₄- und TiO₂-Teilchen, die in einem Verhältnis von 70 : 30 miteinander vermischt worden waren, wurde auf dieselbe Weise wie im Beispiel 2 eine Aufschlämmung hergestellt. Danach wurde die Aufschlämmung von Keramikteil chen einem in einem Rohrreaktor enthaltenen Polymer derart zu gegeben, daß der Anteil der Keramikteilchen 7,3 Gew.-%, be zogen auf das Polymergewicht, betrug. Die Zugabe der Auf schlämmung von Keramikteilchen wurde unmittelbar vor Beginn der Startpolymerisation für eine Umesterungreaktion bei einer Temperatur des Rohrreaktors von 232°C und einer niedrigen Geschwindigkeit durchgeführt. Die Zugabe der Aufschlämmung von Keramikteilchen wurde etwa 15 Minuten lang fortgesetzt.

Vergleichsbeispiel 3

Aus drei Arten von im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramik teilchen, nämlich ZrO₂-, TiO₂- und SiO₂-Teilchen, die in einem Verhältnis von 30 : 50 : 20 miteinander vermischt worden waren, wurde auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 eine Auf schlämmung hergestellt. Danach wurde die Aufschlämmung von Keramikteilchen einem in einem Rohrreaktor enthaltenen Polymer derart zugegeben, daß der Anteil der Keramikteilchen 7,3 Gew.-%, bezogen auf das Polymergewicht, betrug. Die Zugabe der Aufschlämmung von Keramikteilchen wurde unmittelbar vor Beginn der Startpolymerisation für eine Umesterungreaktion bei einer Temperatur des Rohrreaktors von 232°C und einer nied rigen Geschwindigkeit durchgeführt. Die Zugabe der Aufschläm mung von Keramikteilchen wurde etwa 15 Minuten lang fort gesetzt.

Tabelle 1

* Korngröße¹): Korngrößenverteilung
D²): Verteilung der Teilchen
V³): Verspinnbarkeit und Verstreckbarkeit
G⁴): Fasergefühl
Wärmeeffekt⁵): Wärmespeicher- und Warmhalteeffekt
a⁶): auf der Außenseite des Anzugs
i⁷): auf der Innenseite des Anzugs
Skianzug⁸): Skianzug aus Filamenten
Jacke⁹): Jacke aus Fasern

* Der von der Oberbekleidung der Beispiele 1 bis 3 gezeigte Wärmespeicher- und Warmhalteeffekt wurde mit der erhöhten Temperatur der Oberbekleidung, verglichen mit der der aus herkömmlichem Garn oder herkömmlicher Baumwolle herge stellten Oberbekleidung, bewertet.

* : gut, o: mittel, ×: schlecht.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von im Fernen Infrarot abstrah lenden Fasern, die aus einem Polyester hergestellt sind, der hauptsächlich Dimethylterephthalat und Ethylenglykol enthält, dadurch gekennzeichnet, daß dem Polyester minde stens zwei Arten vermischter, im Fernen Infrarot abstrah lender Keramikteilchen mit einem spektroskopischen Refle xionsgrad im Fernen Infrarot mit einem Wellenlängenbereich von 4 bis 25 µm von mindestens 65% zugesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramikteilchen aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus ZrO₂, ZrSiO₄, SiO₂ und TiO₂ besteht, und eine Korngrößenverteilung von 0,001 bis 1,0 µm und eine mittlere Korngröße von 0,02 µm besitzen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramikteilchen ZrO₂ und TiO₂ umfassen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramikteilchen ZrO₂, TiO₂ und SiO₂ umfassen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramikteilchen ZrSiO₄ und TiO₂ umfassen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Fernen Infrarot abstrahlenden Keramikteilchen im Poly ester in einem Anteil von 1,0 bis 6,0 Gew.-%, bezogen auf das Polyestergewicht, enthalten sind.