DE19935145A1 - Polyesterfasern und -filamente sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Polyesterfasern und -filamente sowie Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft Fasern bzw. Filamente aus überwiegend Polyethylenterephthalat als fadenbildendem Polymer, die 0,1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das fadenbildende Polymer, Polymethylmethacrylat als weiteres Polymer, überwiegend in Form von stäbchenförmigen Einlagerungen, enthalten, wobei in den unorientierten Schmelzefäden unter der Spinndüse der mittlere laterale Durchmesser der Stäbchen weniger als 800 nm beträgt und das Polymethylmethacrylat ein gewichsmäßig mittleres Molekulargewicht von zwischen 20000 und 200000 g/Mol aufweist, und wobei die Abzugsgeschwindigkeit der Spinnfäden bei der Herstellung bis zu 8000 m/min beträgt. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung dieser neuartigen Polyesterfasern und -filamente.
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Polyesterfasern und -filamente, welche im
geringen Umfang weitere Zusatzmittel aufweisen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Es ist bekannt, daß sich Fasern bzw. Filamente, welche kleine Mengen an Zusatzstoffen
enthalten, je nach Zusammensetzung der Mischung, über Schmelzspinnen verarbeiten lassen
und teilweise bei gleicher Abzugsgeschwindigkeit einen Anstieg in der Reißdehnung im
unverstreckten Garn hervorbringen können.
Der EP 0 047 464 B1 ist zu entnehmen, daß Polymethylmethacrylat (im folgenden kurz
PMMA genannt) prinzipiell zur Erhöhung der Reißdehnung bei höheren Spinngeschwindig
keiten eingesetzt werden kann.
In diesem Dokument wird die Verwendung von in Schmelze gemischtem, umgranuliertem
Material, bestehend aus Polyester mit Zusatz von Polymethylmethacrylat, beschrieben. Bei
dieser Vorgehensweise handelt es sich um die optimalste Art einer Vormischung zur Er
reichung eines homogenen Produktes. Wie aber aus der EP 0 047 464 B1 hervorgeht, kommt
es beim Einsatz von Polymethylmethacrylaten mit hohen Molekulargewichten als
Zusatzmittel zu Problemen im Spinnprozeß (vgl. Seite 5, Zeilen 11 bis 13).
EP 0 631 638 B1 beschreibt ebenso wie EP 0 047 464 B1, daß Polymethylmethacrylat eine
begrenzte Spinnbarkeit aufweist. EP 0 631 638 B1 beschreibt nämlich ein Faserpolymer,
welches zu 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Faserpolymer, eines zu 50 bis 90% imidi
sierten Polymethacrylsäurealkylesters, im wesentlichen in Form von Einlagerungen, enthält.
Ein wesentlicher Nachteil von imidisierten Polymethacrylsäurealkylester-Zusätzen ist aber der
relativ hohe Preis des Zusatzmittels. Die Kosten des imidisierten Polymethacryl
säurealkylesters zeigen, daß die Wirtschaftlichkeit eines Prozesses, welcher das genannte
Additiv benötigt, nicht gegeben ist. Darüber hinaus ist das beschriebene Zusatzmittel nicht in
großem Maßstab erhältlich, und es ist zusätzlich eine Abhängigkeit von wenigen Herstellern
gegeben. Ein weiterer Nachteil ist, wie oben beschrieben wurde, daß die Spinnsicherheit
begrenzt ist. Es kommt mit der Verwendung dieses Materials als Zusatzmittel vermehrt zu
Fadenbrüchen.
Die in EP 0 047 464 B1 beschriebenen Molekulargewichte betragen maximal 16.000 g/mol
(vgl. Seite 9, Tabelle 5). Darüber hinaus wird in diesem Dokument erwähnt, daß bei PMMA-
Tropfendurchmessern in der Polyester-Matrix von mehr als einem µm der Dehnungszuwachs
nicht mehr optimal ist. Auf die Morphologie der Einlagerungen wird ansonsten nicht weiter
eingegangen.
Normalerweise treten, wie auch in EP 0 047 464 B 1 und in "HPS, The Highly Economical
POY Process for Polyester, Fiber Producer Conference, Greenville, 1998" beschrieben,
derartige unverträgliche Einlagerungen im unorientierten Polyester-Gewölle, d. h. im aus der
Spinndüse extrudierten unorientierten Schmelzefaden, in Form von Kugeln bzw. Tropfen auf.
In der EP 0 047 464 B1 ist auf Seite 4, Zeilen 13 bis 15, sowie auf Seite 5, Zeilen 8 und 9,
angegeben, daß die Einlagerungen möglicherweise (ähnlich wie bei einem Kugellager) einen
"Roll-Effekt" in Fadenlaufrichtung bewirken, der zu einer verzögerten Deformation des
Polyesters führt.
Ein möglicher Zusammenhang spezieller Formen und Größen von Additiveinlagerungen im
noch unorientierten Polyester-Gewölle zu den hier benötigten speziellen Eigenschaften des
Endproduktes und zum für einen industriell einsetzbaren Prozeß essentiell wichtigen
Spinnverhalten wurde dagegen nicht erkannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Polymermischungen für die Herstellung
von Polyesterfasern und -filamenten zur Verfügung zu stellen, die gut spinnbar sind und nicht
mehr als 4 Gew.-% Zusatzmittel enthalten, wobei das Herstellverfahren durch die geringe
Zusatzmenge, eine breite Verfügbarkeit des Zusatzmittels und durch eine starke Erhöhung der
Reißdehnung eine hohe Wirtschaftlichkeit aufweisen soll.
Diese Aufgabe wird durch die Fasern und die Filamente gemäß Anspruch 1 bzw. durch das
Verfahren nach Anspruch 8 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung enthalten.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß aus Polymermischungen aus Polyester, d. h. ins
besondere Polyethylenterephthalat (PET) und geringen Zusatzmengen von Polymethyl
methacrylat (PMMA) herstellbare Fasern bzw. Filamente sehr hohe Reißdehnungen, vor
allem bei hohen Spinngeschwindigkeiten, hervorbringen können und gleichzeitig ein
hervorragendes Spinnverhalten zeigen. Mischungen aus Polyester, d. h. insbesondere PET und
Polymethylmethacrylat und die dehnungserhöhende Wirkung des Polymethylmethacrylats
sind zwar bekannt, aber ebenso bekannt ist die Neigung zu Fadenbrüchen bei Verspinnung der
Mischung, was umso deutlicher zutage tritt, wenn sehr hohe Polymethylmethacrylat-
Molekulargewichte verwendet werden.
So wird in der EP 0 047 464 B1, wie schon oben erwähnt, beschrieben, daß die Erhöhung des
Polymethylmethacrylat-Molekulargewichtes zwar eine Verstärkung des dehnungserhöhenden
Effektes hervorbringt, aber auch, daß gleichzeitig Spinnprobleme auftreten, d. h. die verstärkte
dehnungserhöhende Wirkung bei sehr hohen Molekulargewichten des Polymethyl
methacrylats können aufgrund der damit verbundenen Neigung zu vermehrten Fadenbrüchen
überhaupt nicht zum Tragen kommen. Die Wirtschaftlichkeit eines industriellen Verfahrens
auf Basis des in EP 0 047 464 B1 beschriebenen Produktes ist somit limitiert.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß bei der vorliegenden Erfindung die im noch
unorientierten Polyester-Gewölle eingelagerten Zusatzstoffe nicht, wie in EP 0 047 464 B1
und in "HP5, The Highly Economical POY Process for Polyester, Fiber Producer Conference,
Greenville, 1998" beschrieben, eine tropfen- bzw. kugelförmige Gestalt aufweisen, sondern,
wie in Abb. 1, 2 und 3 zu erkennen ist, ein neuartiges, stäbchenförmiges bzw. wurm
artig gestrecktes Aussehen hervorbringen. Der Erfindung liegt daher die Erkenntnis zugrunde,
daß gerade diese neuen charakteristischen Strukturen der PMMA-Einlagerungen zur ver
besserten Spinnbarkeit führen, und dies insbesondere bei sehr hohen Polymethylmethacrylat-
Molekulargewichten, wie im erfindungsgemäßen Beispiel, beschrieben ist.
Bemerkenswert ist ebenfalls, daß die lateralen Durchmesser der neuartigen stäbchenförmigen
Gebilde sehr klein sind. Die im Beispiel dargestellten stäbchenartigen Einlagerungen weisen
beispielsweise einen lateralen Durchmesser von etwa 300 bis 400 nm auf, gemessen in den
aus der Spinndüse extrudierten, noch unorientierten Schmelzefäden, dem sogenannten
Gewölle.
Wichtig ist, daß der Durchmesser kleiner als 800 nm ist. Bevorzugt ist eine Größe von
weniger als 600 nm, besonders bevorzugt von weniger als 400 nm.
Die innerhalb der vorliegenden Erfindung beschriebene "stäbchenartige" Struktur der Poly
methylmethacrylat-Einlagerungen in der noch unorientierten Polyester-Matrix hat jedoch mit
den Beobachtungen, welche in EP 0 047 464 B1 beschrieben wurden, nichts gemeinsam. Die
gemäß vorliegender Erfindung festgestellten "stäbchenförmigen" Strukturen müssen, wie auch
immer, einem im Vergleich zu dem in EP 0 047 464 B1 beschriebenen Prinzip anderen
Mechanismus gehorchen. Sehr wahrscheinlich liegt hierin die Ursache in dem deutlich
besseren Laufverhalten im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
So ist vorstellbar, daß tropfen- bzw. kugelförmige Einlagerungen in einer Polyester-Matrix
zwar eine orientierungsreduzierende Wirkung aufweisen, aber auch aufgrund der hier zu
erwartenden Molekülbewegungen der Polyester-Matrix quer zur Fadenausbreitungsrichtung
der Spinnprozeß mehr oder weniger gestört wird.
Im Falle der erfindungsgemäß erstmalig festgestellten stäbchenartigen Einlagerungen sollten
die Ausbreitungskomponenten der Polyester-Moleküle quer zum Faden reduziert sein, was die
Verbesserung im Spinnverhalten erklären würde.
Die erfindungsgemäß eingesetzte PMMA-enthaltende Polymermischung kann auch bei hohen
Spinngeschwindigkeiten problemlos mittels einer konventionellen Querstromanblasung
versponnen werden.
Gut geeignet sind aber auch andere bekannte Abkühlvorrichtungen, wie z. B. Vorrichtungen
zur passiven Abkühlung durch Luftansaugung der schnellaufenden Fäden oder Anblas
vorrichtungen, die im Zentrum des Fadenbündels angeordnet sind.
Generell ist die vorliegende Erfindung sowohl für die Herstellung von teilweise orientierten
Garnen (POY) geeignet (wie im Beispiel erläutert), als auch für die Herstellung von Fasern
(d. h. Stapelfasern), bei der deutlich langsamer gesponnen (abgezogen), dafür anschließend
viel stärker verstreckt wird (wie dem Fachmann aus Ullmann's Encyclopedia of Industrial
Chemistry, 5th Ed., Vol. A10, Fibers, 3. General Production Technology, Seiten 550 bis 561,
bekannt ist). Der wirtschaftliche Gewinn bei der vorliegenden Erfindung äußert sich im Fall
der Faserherstellung vor allem in einem deutlich erhöhten Streckverhältnis auf der Faser
straße, neben dem entsprechend höheren Durchsatz beim Schmelzspinnen.
Bei der Herstellung von Fasern mit der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise eine
Abzugsgeschwindigkeit im Bereich von 800 bis 2.400 m/min gewählt, bei der Herstellung
von teilweise orientierten Filamentgarnen (POY) eine Abzugsgeschwindigkeit von 3.000 bis
8.000 m/min.
Als Zusatzmittel hat sich das im Handel befindliche Polymethylmethacrylat-Produkt
DEGALAN® der Firma DEGUSSA als vorteilhaft erwiesen. Trotz des hohen Mole
kulargewichts der Type DEGALAN® G8E von 126.580 g/mol (Gewichtsmittel gemäß nach
folgend beschriebener Meßmethode), hat sich dieses als hervorragend geeignet herausgestellt.
Das sehr hochmolekulare Material bringt in der Mischung mit Polyester überraschenderweise
neben einer enormen Dehnungserhöhung bei hohen Spinngeschwindigkeiten auch eine
hervorragende Spinnbarkeit mit sich. Da sich selbst die Mischung aus dem sehr
hochmolekularen DEGALAN® G8E und Polyethylenterephthalat (PET) hervorragend
verspinnen läßt, ist auch davon auszugehen, daß die Typen mit geringerem Molekulargewicht
(20.000-120.000 g/mol) als dem eingesetzten im Vergleich zum Stand der Technik ebenfalls
zu einem verbesserten Spinnverhalten führen.
Darüber hinaus ist Polymethylmethacrylat im Vergleich zu der in EP 0 631 638 B1
beschriebenen Additivkomponente (Polymethylmethacrylimid) deutlich billiger und gut ver
fügbar.
In bezug auf den dehnungserhöhenden Effekt sind erfindungsgemäß Polymethylmethacrylat-
Molekulargewichte (Gewichtsmittel) zwischen 20.000 und 200.000 g/mol geeignet.
Bevorzugt geeignet sind Molekulargewichte zwischen 50.000 und 160.000 g/mol. Ganz
besonders bevorzugt geeignet sind Molekulargewichte zwischen 80.000 und 140.000 g/mol.
Die Molekulargewiehtsangaben zum PMMA beziehen sich auf folgende Meßmethode (interne
Analysenvorschrift Nr. LC 012 der EMS-CHEMIE AG):
Die Molekulargewichtsverteilung und das Gewichtsmittel (Mw) der Molmasse von PMMA werden mittels der Gel-Permeations-Chromatographie (GPC) bestimmt, d. h. mit einem GPC- Meßgerät mit den für eine Flüssigkeitschromatographie bekannten Apparatur- Grundkomponenten Pumpe, Chromatographiesäule und Detektor. Für die Messungen wird ein Gerät der Firma WATERS, Typ GPC 150A mit IR-Detektor, verwendet. Als Säule werden vier Einzelsäulen der Dimension 250 mm × 7 mm (Durchmesser) in Serie zu einer Gesamtsäulenlänge von 1 m hintereinandergeschaltet. Die Säulen sind gefüllt mit MERCK LiChrogel® 10 µm, und zwar in der Kombination PS4000, PS400, PS20 und PS4 (kenn zeichnend für die Porengröße) für die vier einzelnen Abschnitte, so daß jede Molekular gewichtsfraktion des PMMA optimal aufgetrennt wird. Als Stammlösung für die PMMA- Proben dient Chloroform, mit 0,1% 1,2-Dichlorbenzol als Flowmarker. Als Eluent wird Chloroform in einer Flußrate von 1 ml/min verwendet. Zur Probenvorbereitung werden jeweils 50 mg PMMA in ein verschließbares 20 ml-Glas eingewogen, mit Stammlösung bis zur Marke aufgefüllt und bis zur vollständigen Auflösung geschüttelt. Genau gleich werden zunächst auch mindestens 5 PMMA Standards aus dem Bereich 5.720 < Mw < 360.000 g/mol zubereitet, die von der Firma POLYMER LABORATORIES bezogen werden. Mit den Standards wird die Molekulargewichtsmessung kalibriert. Das Injektionsvolumen der Proben lösungen beträgt jeweils 200 µl. Alle Temperatureinstellungen sind auf 30°C. Die Aus wertung der Messungen (Chromatogramme) erfolgt mit Hilfe der GPC-Software MILLENIUM (von WATERS) nach der Methode des Narrow Standards.
Die Molekulargewichtsverteilung und das Gewichtsmittel (Mw) der Molmasse von PMMA werden mittels der Gel-Permeations-Chromatographie (GPC) bestimmt, d. h. mit einem GPC- Meßgerät mit den für eine Flüssigkeitschromatographie bekannten Apparatur- Grundkomponenten Pumpe, Chromatographiesäule und Detektor. Für die Messungen wird ein Gerät der Firma WATERS, Typ GPC 150A mit IR-Detektor, verwendet. Als Säule werden vier Einzelsäulen der Dimension 250 mm × 7 mm (Durchmesser) in Serie zu einer Gesamtsäulenlänge von 1 m hintereinandergeschaltet. Die Säulen sind gefüllt mit MERCK LiChrogel® 10 µm, und zwar in der Kombination PS4000, PS400, PS20 und PS4 (kenn zeichnend für die Porengröße) für die vier einzelnen Abschnitte, so daß jede Molekular gewichtsfraktion des PMMA optimal aufgetrennt wird. Als Stammlösung für die PMMA- Proben dient Chloroform, mit 0,1% 1,2-Dichlorbenzol als Flowmarker. Als Eluent wird Chloroform in einer Flußrate von 1 ml/min verwendet. Zur Probenvorbereitung werden jeweils 50 mg PMMA in ein verschließbares 20 ml-Glas eingewogen, mit Stammlösung bis zur Marke aufgefüllt und bis zur vollständigen Auflösung geschüttelt. Genau gleich werden zunächst auch mindestens 5 PMMA Standards aus dem Bereich 5.720 < Mw < 360.000 g/mol zubereitet, die von der Firma POLYMER LABORATORIES bezogen werden. Mit den Standards wird die Molekulargewichtsmessung kalibriert. Das Injektionsvolumen der Proben lösungen beträgt jeweils 200 µl. Alle Temperatureinstellungen sind auf 30°C. Die Aus wertung der Messungen (Chromatogramme) erfolgt mit Hilfe der GPC-Software MILLENIUM (von WATERS) nach der Methode des Narrow Standards.
Die Menge des zugemischten PMMA liegt im Bereich von 0,1 bis 4 Gew.-%, bezogen auf den
Polyester als fadenbildendes Polymer. Bevorzugt ist der Bereich von 0,2 bis 3 Gew.-%;
besonders bevorzugt ist eine PMMA-Menge im Bereich von 0,3 bis 2 Gew.-%.
Die Beimischung des Polymethylmethycrylats als Additiv zu PET kann beispielsweise über
das sogenannte "Melt Conditioning"-Verfahren zur kontinuierlichen Modifizierung von
Polymerschmelzen erfolgen (DE 40 39 857 C2). Der Offenbarungsgehalt der DE 40 39 857 C2
wird hiermit auch voll zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht. Dort wird ein Teil der
Schmelze, die direkt aus einer Polykondensation oder von einer Aufschmelzung kommen
kann, aus dem Hauptschmelzestrom abgezweigt. Dieser Teilstrom wird in einem
Seitenstromextruder eingespeist und dort mit dem Additiv, welches in Granulat-, Pulver- oder
bevorzugt Perlenform vorliegt, beaufschlagt und anschließend dispergiert. Das dispergierte
und gemischte Schmelzekonzentrat wird danach zurück in die Hauptschmelzeleitung geführt
und dort auf die Endkonzentration verdünnt.
Anstatt des "Melt Conditioning"-Verfahrens ist es beispielsweise ebenfalls möglich, mittels
eines Aufschmelzextruders eine reine Additivschmelze zu erzeugen und in den Haupt
schmelzestrom zu injizieren. Eine entsprechende Anordnung an Mischelementen sorgt danach
für eine Homogenisierung und Dispergierung des Additives im fadenbildenden Matrix
polymer (Polyethylenterephthalat).
In dem Fall, wenn von PET-Granulat ausgegangen und dieses in einem Spinnextruder
aufgeschmolzen wird, ist es weiter möglich, das PMMA als Additiv (in Granulat-, Pulver-
oder Perlenform) direkt zum PET-Granulat in den Spinnextruder einzudosieren, dort das
Additiv im Polyethylenterephthalat zu dispergieren und anschließend die Schmelzemischung
zu verspinnen. Auch bei dieser Beimischungsvariante ist wie beim "Melt Conditioning"-
Verfahren die Ausgangsform des PMMA als Perlen bevorzugt, weil dies eine feine Verteilune
in der PET-Schmelze begünstigt und zudem die PMMA-Handelsprodukte in der Regel
ohnehin auch in dieser Form erhältlich sind. Diese Perlen kann man sich als kleine Kügelchen
mit einem Durchmesser von etwa 0,3 mm vorstellen; sie werden gelegentlich auch als Grieß
bezeichnet.
Das Additiv kann sowohl als reine Substanz als auch in Masterbatchform zugegeben werden.
Zusätzlich können auch weitere Zusatzstoffe oder Additive einverleibt und mit versponnen
werden. Das Polyethylenterephthalat selber kann auch bereits die üblichen Zusatzstoffe wie
Mattierungsmittel (Titandioxid), Stabilisatoren, Katalysatoren etc. enthalten. Im
Zusammenhang dieser Anmeldung versteht man unter "Polyethylenterephthalat" (PET) oder
"Polyester" die Polyester, die mindestens 80% Polyethylenterephthalat-Einheiten und
maximal 20% Einheiten enthalten, stammend von einem anderen Diol als Ethylenglykol wie
z. B. Diethylenglykol, Tetramethylenglykol oder einer anderen Dicarbonsäure als Terephthal
säure, beispielsweise Isophthalsäure, Hexahydroterephthalsäure, Dibenzoesäure.
Man kann Polyethylenterephthalat gegebenenfalls mit geringen Molmengen eines
Verzweigungsmittels mit 3 bis 4 funktionellen Alkohol- oder Säuregruppen, Trimethylpropan.
Trimethyloletan, Pentaerythrit, Glycerin, Trimesinsäure, Trimellitsäure oder Pyromellitsäure.
modifizieren.
Der Ausgangspolyester kann aber auch bekannte Zusätze enthalten, um die Fähigkeit der
Färbung zu modifizieren, wie z. B. Natrium-3,5-dicarboxybenzolsulfonat.
In der Schmelzeleitung besteht z. B. die Möglichkeit, weitere dynamische und/oder statische
Mischer einzusetzen. Dazu können auch dynamische und/oder statische Mischer direkt vor
dem Spinnpaket plaziert werden.
Bei einer besonderen Ausführungsart der Erfindung wird die gebrauchsfertig dispergierte
Schmelzemischung, die nach irgendeiner der beschriebenen Beimischungsvarianten
hergestellt werden kann, zunächst nicht zu Fäden versponnen, sondern granuliert. Dieses
Hochleistungsgranulat kann später an herkömmlichen Spinnmaschinen mit Auf
schmelzextruder weiterverarbeitet, d. h. zu Fasern oder Filamenten versponnen werden. Dabei
hat der Weiterverarbeiter, beispielsweise ein Kunde des Granulatherstellers, alle Vorteile des
erfindungsgemäß modifizierten Polyesters, ohne daß er hierzu seine konventionelle
Spinnmaschine mit teuren Dosierungs- und Mischeinrichtungen nachrüsten und ein separates
Additiv zukaufen muß. Das ganze Handling ist also auf diese Weise für einen Weiter
verarbeiter so einfach wie mit normalem PET-Granulat.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen REM-Querschnittsaufnahmen eines erfindungsgemäßen
Schmelzefadens im Matrix-Polymer (PET), der unter der Düsenplatte im unorientierten
Zustand entnommen wurde. Insbesondere ist aus Fig. 3 ("Stäbchen", seitlich angeschnitten)
die axiale Einlagerung des PMMA-Additivs ersichtlich (Erstreckung in Fadenachse).
Die Erfindung wird nun anhand des folgenden Beispiels näher erläutert, ohne sie darauf
einzuschränken.
Verwendet wurden übliche, dem Fachmann bekannte Spinnmaschinen, wie sie z. B. in
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed. Vol. A10, Fibers, 3. General
Production Technology, Seite 535, Figure 26, beschrieben sind.
Die Ergebnisse der in der Tabelle 1 aufgeführten Versuche wurden an einer 6-fädigen
Produktionsspinnstelle erhalten. Tabelle 1 zeigt Resultate aus Spinnversuchen bei einer
Aufwickelgeschwindigkeit (Vwick) von 4,950 m/min. Die Spinntemperatur betrug 285°C,
wobei der Bereich von 280°C bis 295°C bevorzugt ist. Zur Abkühlung der Filamente kam
eine passive Abkühlung zum Einsatz, wie sie z. B. in DE 197 16 394 C1 beschrieben ist. Nach
Durchlaufen der Abkühlstrecke wurde das Garn über ein kaltes Galetten-Duo geführt und
anschließend aufgewickelt. Die Galetten- bzw. Abzugsgeschwindigkeit, d. h. die eigentliche
Spinngeschwindigkeit, betrug bei allen Varianten, außer bei der Nullprobe "Null-2",
5.000 m/min. Bei der Variante "Null-2" (konventionell, ohne Additive) belief sich die
Galettengeschwindigkeit auf 3.225 m/min. Verwendet wurde zur Additiv-Einmischung das
"Melt Conditioning"-Verfahren (DE 40 39 857 C2), welches üblicherweise zur Schmelze
modifizierung in kontinuierlichen Polyester-Polykondensationsanlagen mit direkt ange
schlossener Spinnerei verwendet wird. Zur Herstellung der Garne wurde ein gewöhnliches,
für textile Einsatzzwecke übliches, mattiertes Polyethylenterephthalat der Firma EMS-
CHEMIE AG mit der Typenbezeichnung Grilene® M764 verwendet. Der eingesetzte
Zusatzstoff war ein Polymethylmethacrylat der Firma DEGUSSA mit der Typenbezeichnung
DEGALAN® G8E mit einem Molekulargewicht von 126.580 g/mol (Gewichtsmittel). Die
Konzentration belief sich auf 0,65 bis 0,90 Gewichtsprozent. Die mittleren lateralen Durch
messer der Polymethylmethacrylat-Einlagerungen (s. Abb. 1, 2, 3) betrugen weniger als
400 nm.
Das Spinnverhalten war sehr gut. Es wurden ausschließlich Vollspulen hergestellt.
Tabelle 2 zeigt textile Daten des Texturgarnes. Die mit dem modifizierten Polyester erreichten
Qualitätsdaten entsprechen demjenigen von gutem, konventionell hergestellten Texturgarn.
Der Gewinn liegt aber in der enormen Produktivitätssteigerung in der Spinnerei, wenn man
bedenkt, daß normales POY-Garn nur bei ca. 3.200 m/min gesponnen wird.
Die Abkürzungen in den Tabellen 1 und 2 haben folgende Bedeutungen:
G8E = PMMA-Typ der Firma DEGUSSA mit dem Handelsnamen DEGALAN® als Additiv in der angegebenen Menge dem PET zugesetzt.
Null-1 = Nullvariante (Vergleichsbeispiel) ohne Additivzusatz, nur PET vom Typ Grilene® M764 der EMS-CHEMIE AG (relative Viskosität = 1,64 gemessen 1%-ig in m-Kresol)
Null-2 = wie Null-1, aber mit tieferer Spinn- und Aufwickelge schwindigkeit
RD = Reißdehnung
RF = Reißfestigkeit
G8E = PMMA-Typ der Firma DEGUSSA mit dem Handelsnamen DEGALAN® als Additiv in der angegebenen Menge dem PET zugesetzt.
Null-1 = Nullvariante (Vergleichsbeispiel) ohne Additivzusatz, nur PET vom Typ Grilene® M764 der EMS-CHEMIE AG (relative Viskosität = 1,64 gemessen 1%-ig in m-Kresol)
Null-2 = wie Null-1, aber mit tieferer Spinn- und Aufwickelge schwindigkeit
RD = Reißdehnung
RF = Reißfestigkeit
Claims (18)
1. Fasern und Filamente aus überwiegend Polyethylenterephthalat als fadenbildendem
Polymer, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,1 bis 4 Gew.-% bezogen auf das
fadenbildende Polymer, Polymethylmethacrylat mit einem gewichtsmäßig mittleren
Molekulargewicht von zwischen 20.000 und 200.000 g/mol als weiteres Polymer,
überwiegend in Form von stäbchenförmigen Einlagerungen, gemessen in den aus der
Spinndüse extrudierten, noch unorientierten Schmelzefäden, enthalten, wobei die
laterale Teilchengröße der stäbchenförmigen Einlagerungen des weiteren Polymers
kleiner als 800 nm ist, und wobei die Abzugsgeschwindigkeit der Spinnfäden bei der
Herstellung bis zu 8.000 m/min beträgt.
2. Fasern bzw. Filamente gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
stäbchenförmigen Polymethylmethacrylat-Einlagerungen einen mittleren lateralen
Durchmesser kleiner 600 nm aufweisen.
3. Fasern bzw. Filamente gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
stäbchenförmigen Polymethylmethacrylat-Einlagerungen einen mittleren lateralen
Durchmesser von kleiner 400 nm aufweisen.
4. Fasern bzw. Filamente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polymethylmethacrylat ein gewichtsmäßig mittleres Molekulargewicht von
zwischen 50.000 und 160.000 g/mol aufweist.
5. Fasern bzw. Filamente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polymethylmethacrylat ein gewichtsmäßig mittleres Molekulargewicht von
zwischen 80.000 und 140.000 g/mol aufweist.
6. Fasern bzw. Filamente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß sie 0,2 bis 3 Gew.-% Polymethylmethacrylat enthalten.
7. Fasern bzw. Filamente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß sie 0,3 bis 2 Gew.-% Polymethylmethacrylat enthalten.
8. Verfahren zur Herstellung von im wesentlichen aus Polyethylenterephthalat
bestehenden schmelzgesponnenen Fasern und Filamenten durch Polykondensation oder
Aufschmelzen des fadenbildenden Polymers und anschließendem Schmelzspinnen,
dadurch gekennzeichnet, daß dem fadenbildenden Polymer 0,1 bis 4 Gew.-%, bezogen
auf das fadenbildende Polymer, eines Polymeren aus im wesentlichen
Polymethylmethacrylat mit einem gewichtsmäßig mittleren Molekulargewicht von
zwischen 20.000 und 200.000 g/mol vor dem Schmelzspinnen zugemischt und darin
dispergiert werden und beim Schmelzspinnen eine Abzugsgeschwindigkeit der Fäden
von bis zu 8.000 m/min eingestellt wird, wobei durch die Dispergierung in den aus der
Spinndüse extrudierten, noch unorientierten Schmelzefäden stäbchenförmige
Einlagerungen des PMMA mit einer lateralen Teilchengröße von kleiner als 800 nm
erhalten werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man dem fadenbildenden
Polymer 0,2 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das fadenbildende Polymer, des
Polymethylmethacrylats zumischt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß man dem
fadenbildenden Polymer 0,3 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das fadenbildende Polymer, des
Polymethylmethacrylats zumischt.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß man zur kontinuierlichen Modifizierung der Polyethylen
terephthalatschmelze einen Teil der Schmelze aus dem Hauptschmelzestrom abzweigt,
diesen Teilstrom in einen Seitenstrom-Extruder einspeist, dort mit dem
Polymethylmethacrylat beaufschlagt und dieses darin dispergiert, das dispergierte und
gemischte Schmelzekonzentrat aus dem Seitenstrom zurück in die
Hauptschmelzeleitung führt, dort auf die Endkonzentration verdünnt und anschließend
die Schmelzemischung verspinnt.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß mittels eines Aufschmelzextruders eine PMMA-Schmelze erzeugt
und diese in den Hauptschmelzestrom aus Polyethylenterephthalat injiziert wird, danach
mit Hilfe einer Mischeinrichtung homogenisiert und im Matrix-Polymer dispergiert und
anschließend die Schmelzemischung versponnen wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß von Polyethylenterephthalat-Granulat ausgegangen und dieses in
einem Spinnextruder aufgeschmolzen wird, und daß das PMMA direkt zum
Polyethylenterephthalat-Granulat in den Spinnextruder zudosiert und dort im
Polyethylenterephthalat dispergiert wird, und man anschließend die Schmelzemischung
verspinnt.
14. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das
Polymethylmethacrylat in Perlenform zudosiert wird.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Polymethylmethacrylat noch weitere
Zusatzstoffe oder Additive zudosiert und dem fadenbildenden Polymer beigemischt
werden.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die gebrauchsfertig dispergierte Schmelzemischung nicht
unmittelbar anschließend zu Fäden versponnen, sondern zunächst granuliert und später
an einer Spinnmaschine mit Aufschmelzextruder weiterverarbeitet wird.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der Herstellung von Fasern die Abzugsgeschwindigkeit 800
bis 2.400 m/min beträgt.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der Herstellung von teilweise orientierten Filamentgarnen die
Abzugsgeschwindigkeit 3.000 bis 8.000 m/min beträgt.
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