DE19828517C2 - Monofile auf der Basis von Polyethylen-2,6-naphthalat - Google Patents
Monofile auf der Basis von Polyethylen-2,6-naphthalatInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Monofile auf der Basis von Polyestern, nämlich
Polyethylen-2,6-naphthalat, welche flüssigkristalline Polymere als Beimengungen
enthalten, deren Herstellung sowie deren Verwendung insbesondere für die
Herstellung von Papiermaschinensieben bzw. Papiermaschinensiebgeweben.
Unter Monofil im Sinne der Erfindung ist ein Endlosgarn, bestehend aus einer
einzelnen Endlosfaser, hergestellt im allgemeinen ohne Drehung, zu verstehen,
das einen Durchmesser von mindestens 0,08 mm aufweist. Es unterscheidet sich
von den Einzelfilamenten oder Kapillaren, welche ein multifiles Garn ausmachen,
insbesondere durch den erheblich höheren Durchmesser; auch differieren die
Eigenschaften und die Techniken zur Verarbeitung von Monofilen in vielerlei
Hinsicht von den Eigenschaften und Verarbeitungsverfahren der multifilen Garne.
Monofile werden vor allem für die Herstellung von technischen Artikeln,
insbesondere technisch eingesetzten Flächengebilden, verwendet, im Gegensatz
zur Multifilamentgarnen, die vor allem in der Textilindustrie Einsatz finden.
Monofile für technische Anwendungen sind in den meisten Fällen im Gebrauch
hohen mechanischen Belastungen unterworfen. Hinzu kommen in vielen Fällen
auch thermische Belastungen und Belastungen durch chemische oder andere
Umgebungseinflüsse, denen das Material einen ausreichenden Widerstand
entgegensetzen muß. Bei all diesen Belastungen muß das Material eine gute
Dimensionsstabilität und Konstanz der Kraftdehnungseigenschaften über möglichst
lange Benutzungszeiträume aufweisen.
Bei Einsatz von Monofilen in Papiermaschinensieben, insbesondere im Langsieb,
der Preßpartie und der Trockenpartie, werden hohe Anforderungen an das
monofile Material gestellt. Nicht nur hohe Anfangsmodule und hohe
Reißfestigkeit, sondern auch gute Knoten- und Schlingenfestigkeit und hohe
Abriebfestigkeit sind verlangt, sowie auch eine hohe Hydrolyseresistenz; ferner
soll die Standzeit des Siebs möglichst lang sein.
Es ist bekannt, Papiermaschinensiebe aus Polyethylenterephthalatmonofilen in der
Kette und einer Kombination von Polyethylenterephthalat- und Polyamid-6 oder
Polyamid-6,6-Monofilamenten im Schuß herzustellen. Diese Siebe können jedoch
den Nachteil haben, daß sie sich im Laufe des Sieblebens auf der Papiermaschine
in Laufrichtung verlängern und daher ein Nachspannen stattfinden muß.
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, synthetische Monofile herzustellen, die für die
verschiedensten Einsatzzwecke geeignet sind, insbesondere auch für die
Herstellung von Papiermaschinensieben. So wird in der US-PS 5,169,499 als
Alternative zu Polyethylenterephthalat der Einsatz von Copolymeren auf der Basis
von 1,4-Dimethylcyclohexan, Terephthalsäure und Isophthalsäure beschrieben.
Diese Polymere besitzen zwar eine gute Hydrolysestabilität, zeigen aber
vergleichsweise schlechte, Längs-, Knoten- und Schlingenfestigkeit.
In der EP-0 761 847 A2 werden Papiermaschinensiebe beschrieben, welche
Monofilamente aus Copolymeren enthalten, die 85 bis 99 Mol.-% der
wiederkehrenden Struktureinheit der Formel I
und 1 bis 15 Mol.-% der wiederkehrenden Struktureinheit der Formel II
enthalten,
-OC-R2-CO-O-R3-O- (II)
worin R1 ein Rest eines zweiwertigen aliphatischen oder cycloaliphatischen
Alkohols ist oder sich von Mischungen derartiger Alkohole ableitet, R2 einen Rest
einer aliphatischen, cycloaliphatischen oder einkernigen aromatischen
Dicarbonsäure darstellt oder sich von Mischungen derartiger Dicarbonsäuren
ableitet, R3 eine der für R1 definierten Bedeutungen annimmt, und die
Mengenangaben auf die Gesamtmenge des Polymeren bezogen sind.
Die dort beschriebenen Monofile zeichnen sich durch wertvolle Eigenschaften
aus, jedoch sind sie hinsichtlich des Spleißverhaltens und der Querfestigkeiten
noch verbesserungsfähig.
In der US-PS 5,692,938 werden Monofile auf der Basis von
Polyethylenterephthalat beschrieben, welche Beimengungen von flüssigkristallinen
Polymeren enthalten. Die dort beschriebenen Monofile weisen eine verbesserte
Abriebfestigkeit auf und sind insbesondere zur Herstellung von
Papiermaschinensieben geeignet.
Problematisch ist jedoch die Verteilung der flüssigkristallinen Polymere im
Polyethylenterephthalat, da die flüssigkristallinen Polymere die Neigung haben,
sich in der Matrix tröpfchenförmig zu verteilen, was sich u. a. in einer verstärkten
Neigung zum Spleißen ausdrückt. Man hat dieses schon seit längerem bekannte
Problem u. a. nach einer Methode zu lösen versucht, wie sie in der US-PS
5,171,778 beschrieben wird, nämlich durch Verarbeiten eines Gemischs von
Polyalkylenterephthalat, eines flüssigkristallinen Polyesters sowie eines Poly(O)-
oder -(N)-epoxyalkylsubstituierten cyclischen Amids, Imids oder Imidats,
insbesondere Triglycidylisocyanurat.
Abgesehen davon, daß die Verarbeitung derart reaktiver Gemische Probleme
aufwirft, ist ein Hinweis, derartige Gemische zu Monofilen zu verarbeiten, in
dieser Patentschrift nicht zu finden.
Es besteht somit noch ein Bedürfnis nach Monofilen mit verbesserten Eigenschaften,
die sich für vielfältige technische Einsatzzwecke verwenden lassen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, Monofile zur Verfügung zu stellen, welche
insbesondere eine verbesserte Querfestigkeit besitzen und die einen hohen Modul
besitzen und weitgehend hydrolysestabil sind.
Diese Aufgabe wird durch Monofile gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
In den Patentansprüchen 2 bis 6 sind besonders vorteilhafte Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Monofile wiedergegeben.
Die Monofile können mehrere flüssigkristalline Polymere enthalten.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung derartiger
Monofile gemäß Patentanspruch 7.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen
Monofile bzw. erfindungsgemäß hergestellten Monofile gemäß den Ansprüchen 8 bis
12.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Monofile kann auf folgende Weise
geschehen:
Die Ausgangsprodukte, nämlich Polyethylen-2,6-naphthalat sowie das
flüssigkristalline Polymer sowie gegebenenfalls Polybutylenterephthalat und
Verschlußmittel sowie weitere Zusätze werden unmittelbar vor dem Verspinnen
getrocknet, vorzugsweise durch Erwärmen in einer trockenen Atmosphäre unter
Vakuum. Diese Rohstoffe werden homogen miteinander vermischt und dann in
einem Extruder bei einer Schmelzetemperatur von 270 bis 320°C, vorzugsweise 290
bis 305°C, aufgeschmolzen, in einem Spinnpack filtriert und durch eine Spinndüse
versponnen.
Nach Verlassen der Spinndüse werden die heraustretenden Schmelzefäden
(Monofile) in einem Spinnbad bei ca. 70°C Wassertemperatur abgekühlt
(abgeschreckt) und mit einer Geschwindigkeit aufgewickelt oder abgezogen, die
größer ist als die Spritzgeschwindigkeit der Schmelze. Der Spinnverzug beträgt
1 : 1,5 bis 1 : 6,0, vorzugsweise 1 : 3 bis 1 : 5, die Spinnabzugsgeschwindigkeit 5 bis
30 m/min, vorzugsweise 10 bis 20 m/min.
Anschließend wird der so hergestellte Spinnfaden (Monofilament) nachverstreckt,
vorzugsweise in mehreren Stufen, insbesondere ein-, zwei- oder dreistufig
nachverstreckt, mit einem Gesamtverstreckverhältnis von 1 : 4 bis 1 : 8,
vorzugsweise 1 : 5 bis 1 : 7 und anschließend bei Temperaturen von 190 bis 250°C
thermofixiert, vorzugsweise 200 bis 230°C.
Mittels der Verstreckung können die mechanischen Eigenschaften wie
Anfangsmodul, Höchstzugkraft, Höchstzugkraftdehnung, aber auch noch die
Schlingenfestigkeit und die Knotenfestigkeit sowie der Schrumpf beeinflußt
werden. Selbstverständlich hängt auch der Titer des entstehenden Monofils von
der Verstreckung ab. Fördermenge und Verstreckung werden so aufeinander
abgestimmt, daß die entstehenden Monofile am Schluß einen Durchmesser von
mindestens 0,08 mm aufweisen. Erfindungsgemäß können Durchmesser von
beispielsweise 0,08 bis 1,5 mm eingestellt werden.
Das eingesetzte Polyethylen-2,6-naphthalat hat im allgemeinen ein
Molekulargewicht von 25.000 bis 30.000 g/mol entsprechend einer relativen
Viskosität von 1,80 bis 1,90, gemessen als 1 Gew.-/Vol.-%ige Lösung in Di-
Chlor-Essigsäure.
Durch den Zusatz von Verschlußmitteln ist es möglich, die Endgruppen des
eingesetzten Polyesters zu verkappen und damit das Polymer zu stabilisieren. Dies
ist besonders vorteilhaft, wenn die hergestellten Monofile zur Herstellung von
Papiermaschinensieben bzw. Papiermaschinensiebgeweben eingesetzt werden, so
insbesondere an die Hydrolysestabilität hohe Anforderungen gestellt werden.
Durch den Zusatz von Polybutylenterephthalat ist es möglich, die mechanischen
Eigenschaften wie Knotenfestigkeit noch weiter zu verbessern. Das eingesetzte
Polyethylenterephthalat hat im allgemeinen ein Molekulargewicht von 25.000 bis
30.000 g/mol entsprechend einer relativen Viskosität von 2,0 bis 2, 3, gemessen
als 1 Gew.-/Vol.-%ige Lösung in Di-Chlor-Essigsäure.
Neben den bereits erwähnten Bestandteilen kann das zu verspinnende Gemisch
noch weitere Zusätze bzw. Additive enthalten. So können selbstverständlich
Katalysatorrückstände von der Polykondensation herrührend, wie Antimontrioxid
und Tetraalkoxytitanate, zugegen sein. Auch können Verarbeitungshilfsmittel oder
Gleitmittel wie Siloxane mitverwendet werden.
Die Monofile können auch anorganische oder organische Pigmente oder
Mattierungsmittel enthalten, Stabilisatoren, insbesondere auch Flammfestmittel
wie entsprechende Phosphorverbindungen.
Das Verarbeiten der erfindungsgemäßen Monofile kann auf an sich übliche Weise
geschehen, so können die Monofile auf herkömmlichen Breitwebmaschinen zu
Papiermaschinensieben verwebt werden. Die erfindungsgemäßen Monofile können
auch mit anderen Monofilen wie Polyamidmonofilen oder
Polyethylenterephthalatmonofilen zusammen verarbeitet werden.
In der folgenden Tabelle sind die Herstellungsparameter und Eigenschaften von
vier Monofilen gemäß der Erfindung wiedergegeben.
Claims (12)
1. Monofile auf der Basis von Polyethylen-2,6-naphthalat enthaltend 60 bis
99,9 Gew.-% Polyethylen-2,6-naphthalat, 0,1 bis 10 Gew.-% eines
flüssigkristallinen Polymers nämlich ein Polykondensationsprodukt auf
der Basis p-Hydroxybenzoesäure und 2,6-Hydroxynaphthoesäure, 0 bis 15
Gew.-% Polybutylenterephthalat und 0 bis 3 Gew.-% eines
Verschlußmittels.
2. Monofile nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,5
bis 7, vorzugsweise 1 bis 5, Gew.-% flüssigkristalline Polymere, 3 bis 12,
vorzugsweise 4 bis 11, Gew.-% Polybutylenterephthalat und 0,15 bis 2,25
Gew.-% Verschlußmittel enthalten.
3. Monofile nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,4
bis 1, vorzugsweise 0,45 bis 0,6, Gew.-% Monocarbodiimid als
Verschlußmittel enthalten.
4. Monofile nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,15
bis 2,25, vorzugsweise 0,75 bis 1,8, Gew.-% Polycarbodiimid als
Verschlußmittel enthalten.
5. Monofile nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß sie ein Gemisch aus Monocarbodiimid und
Polycarbodiimid als Verschlußmittel enthalten.
6. Monofile nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polykondensationsprodukt aus 70 bis 80, vorzugsweise 72 bis 74,
Mol-% p-Hydroxybenzoesäure und 20 bis 30, vorzugsweise 26 bis 28,
Mol-% 2,6-Hydroxynaphthoesäure aufgebaut ist.
7. Verfahren zur Herstellung von Monofilen nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man 60 bis 99,9 Gew.-
% Polyethylen-2,6-naphthalat, 0,1 bis 10 Gew.-% eines flüssigkristallinen
Polymers nämlich ein Polykondensationsprodukt auf der Basis p-
Hydroxybenzoesäure und 2 Hydroxynaphthoesäure, 0 bis 15 Gew.-%
Polybutylenterephthalat und 0 bis 3 Gew.-% eines Verschlußmittels
miteinander vermischt, als Schmelze zu Monofilen verformt, die Monofile
nach Verlassen der Spinndüse abkühlt und verstreckt, wobei Extrusion und
Verstreckung so aufeinander abgestimmt sind, daß Monofile mit einem
Durchmesser von 0,08 bis 1,5 mm entstehen.
8. Verwendung der Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6
oder hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 7 zur Herstellung
von Sieben oder Filtern.
9. Verwendung der Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6
oder hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 7 zur Herstellung
von Papiermaschinensieben bzw. Papiermaschinen-siebgeweben.
10. Verwendung der Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6
oder hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 7 zur Verstärkung
von Elastomeren.
11. Verwendung der Monofile nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6
oder hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 7 zur Herstellung
von Förderbandgeweben.
12. Verwendung nach Anspruch 8 oder 11 zur Herstellung von
Förderbandgeweben, Sieben oder Filtern für die Lebensmittelindustrie.
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