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Die Erfindung betrifft ein Garn, welches Zinkoxid (ZnO) bereitstellt.
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Polymere Garne sind die Basis eines großen Anteils der derzeit angebotenen Textilwaren. Synthetische Garne zeichnen sich durch eine vorteilhafte Eigenschaftskombination auf, die Reiß- und Scheuerfestigkeit mit hoher Elastizität vereinen. Weitere Vorteile der synthetischen Garne sind eine geringe Wasseraufnahme und eine hohe Formstabilität.
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Es besteht der Wunsch, die Verträglichkeit von Textilien aus synthetischen Garnen für die menschliche Haut noch weiter zu verbessern. Ein Ansatz hierzu ist, Hautpflegesubstanzen in den Textilien vorzuhalten und die Pflegesubstanzen kontinuierlich von den Textilien an einen Anwender zu übertragen. Als ein Beispiel kann vorgesehen sein, Pflegesubstanzen aus Kleidungstextilien an menschliche Haut eines Trägers des entsprechenden Kleidungsstücks abzugeben. Eine derartige Vorgehensweise ist jedoch nicht leicht umsetzbar.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein auf Polymerbasis vorliegendes Garn herzustellen, mit welchem die Abgabe einer Pflegesubstanz erfolgreich herbeigeführt werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Garn mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein Gedanke der Erfindung betrifft ein Garn, welches einen ZnO-Wirkstoff bereitstellt.
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Es ist ein Garn vorgesehen, das zu einem überwiegenden Anteil seines Gewichts aus einem thermoplastischen Polymer besteht. Das erfindungsgemäße Garn weist außerdem einen ZnO-Anteil zwischen 0,1 Gew.-% und 1,0 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,375 Gew.-% und 0,750 Gew.-%, sowie einen Anteil organischer Antioxidantien zwischen 0,025 Gew.-% und 0,20 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,05 Gew.-% und 0,125 Gew.-%, auf. Der zu 100 Gew.-% fehlende Rest des Garns besteht aus einem thermoplastischen Polymer oder aus mehreren thermoplastischen Polymeren. Das erfindungsgemäße Garn verfügt vor einer Texturierung, also als LOY, POY, HOY oder FDY, unter anderem über die folgenden Eigenschaften:
- – einen Titer im Bereich dtex 15 bis dtex 140 auf, wobei bei einem Titer von dtex 54 die besten Eigenschaften beobachtet wurden; und/oder
- – eine auf den Einzeltiter bezogene Höchstzugkraft zwischen 34 cN/tex und 40 cN/tex, bevorzugt von 37 cN/tex; und/oder
- – eine Höchstzugkraftdehnung zwischen 64% und 74%, bevorzugt von 69% auf.
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Die genannten Werte sind dabei im Sinne der DIN EN ISO 2060 für den Titer und der DIN EN ISO 2062 für Höchstzugkraft und Höchstzugkraftdehnung zu verstehen.
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Die erfindungsgemäßen Garne weisen wenigstens ein Filament mit einem Einzeltiter zwischen 1,0 dtex und 4,0 dtex auf. Besonders bevorzugt sind Garne mit einer größeren Anzahl von Filamenten, wobei alle Filamente den gleichen Einzeltiter aufweisen, der zwischen 1,0 dtex und 4,0 dtex beträgt. Das Aufweisen eines gleichen Einzeltiters soll dabei Abweichungen von bis zu 30% des Mittelwerts der Einzeltiter der Filamente des Garns zulassen.
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Weiterhin ist eines der erläuterten Garne in einer texturierten Ausgestaltung vorgesehen. Besonders bevorzugt sind Garne, die nach der Texturierung einen der Titer dtex 22/7, dtex 44/13, dtex 44/34 oder dtex 78/68 aufweisen.
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Besonders gute Eigenschaften konnten bei einem aus diesem Grund auch bevorzugten Garn nachgewiesen werden, welches bei einem nach der Texturierung vorliegenden Titer dtex 44/34 eine oder mehrere der folgenden Parameter erfüllt:
- – eine auf den Einzeltiter bezogene Höchstzugkraft (gemäß DIN ISO 2062) im Bereich zwischen 27 cN/tex und 57 cN/tex
- – eine Höchstzugkraftdehnung (gemäß DIN EN ISO 2062) zwischen 12% und 32%,
- – einen mittleren Heißluftschrumpf (gemäß DIN EN 14621) von weniger als 6%, bevorzugt weniger als 3%;
- – eine mittlere Einkräuselung (gemäß DIN EN ISO 53840-T1) von weniger als 60%; und/oder
- – eine mittlere Kräuselbeständigkeit (gemäß DIN EN ISO 53840-T1) von wenigstens 60%.
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Ein gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Garns vorliegendes Garn mit besonders vorteilhaften Eigenschaften ist in seiner Struktur nicht bekannt, weswegen nachfolgend die Herstellung des Garns beschrieben ist: Das besonders bevorzugte Garn wird mittels Schmelzspinnens hergestellt. Die Herstellung des Garns umfasst zumindest die nachfolgend aufgeführten Schritte:
- A.
- – Bereitstellen eines Polymerschuttguts,
- – Bereitstellen von ZnO-Partikeln aufweisendem ZnO-Schüttgut,
- – Bereitstellen von thermischem Stabilisations-Schüttgut mit organischen Antioxidantien,
- B. Erzeugen eines Schüttgutgemenges mittels Zudosierens des ZnO-Schüttguts und des Stabilisationsschüttguts zu dem Polymerschüttgut in einem Extruder,
- C. Aufschmelzen und Homogenisieren des Schüttgutgemenges in dem Extruder zu einer Schmelzmasse,
- D. Befördern der Schmelzmasse unter hohem Druck durch eine Spinndüse zur Herstellung eines Filaments.
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Es ist demnach vorgesehen, dass ein Polymerrohstoff für das Schmelzspinnen bereitgestellt wird. Die Bereitstellung des Polymerschüttguts erfolgt üblicherweise durch Beschaffung eines industriell hergestellten und für die großtechnische Weiterverarbeitung vertriebenen Polymergranulats. Die ZnO-Partikel und die Substanzen zur thermischen Stabilisation werden bevorzugt als für die Nutzung in beispielsweise Schmelzspinnprozessen verfügbare sogenannte Masterbatches bereitgestellt.
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Das entsprechend beschaffte Polymergranulat wird mit dem ZnO aufweisenden Masterbatch sowie mit dem eine organische Antioxidantie aufweisenden Masterbatch vermengt, üblicherweise unter Rühren. Das Polymerschüttgut nimmt den größten Gewichtsanteil der Schüttgutmenge ein, während der übrige Gewichtsanteil, der Antioxidantien und ZnO aufweist, einen kleinen Gewichtsanteil der Schüttgutmenge einnimmt. Bevorzugt nehmen die genannten Komponenten Polymerschüttgut, ZnO-Schüttgut und Stabilisations-Schüttgut abgesehen von unvermeidlichen Verunreinigungen 100 Gew.-% des Schüttgutgemenges ein, sodass außer diesen genannten keine weiteren Ausgangsmaterialien zur Herstellung des Garns verwendet werden.
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Für das Schmelzspinnen erfolgt zunächst das oben bereits aufgeführte Aufschmelzen des Schüttgutgemenges sowie dessen Homogenisieren. Die so hergestellte Schmelzmasse wird hiernach, bei genügend hoher Temperatur, durch eine Spinndüse einer der Schmelzspinneinrichtung geleitet, um ein Filament oder eine Anzahl von mehreren Filamenten herzustellen.
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Die Bereitstellung des erfindungsgemäßen Garns und seiner bevorzugten Weiterbildungen beruht auf der Erkenntnis, dass eine geeigneten Menge von organischen Antioxidantien in einem Zinkoxidpartikel aufweisendem Polymerfilament dazu führt, dass das mit einem oder mehreren Polymerfilamenten hergestellte Garn unter gewissen Bedingungen Zinkoxid abgibt. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass eine derartige Abgabe von Zinkoxid oder von einer oder mehreren Zinkverbindungen unter Rahmenbedingungen erfolgt, die unter anderem bei Berührung des Garns mit menschlicher Haut vorliegen können. Die Erfinder konnten nachweisen, dass die erfindungsgemäßen Garne, darüber hinaus auch die positiven Eigenschaften aufweisen, wie sie für synthetische Garne bekannt sind.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung besteht das Polymerschüttgut aus einem oder mehreren thermoplastischen Polymeren. Bevorzugt weist das Polymerschüttgut Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und/oder Polyamid auf.
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Besonders bevorzugt besteht das Polymerschüttgut aus Polyamid 6.6. Das bedeutet, dass 100 Gew.-% oder nahezu 100 Gew.-% des Polymerschüttguts aus Polyamid 6.6 bestehen, wobei technisch bedingte Verunreinigungen im Rahmen der üblichen Praxis zugelassen sind.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Zinkoxid-Anteil an dem Schüttgutgemenge zwischen 0,1 Gew.-% und 1,0 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,375 Gew.-% und 0,750 Gew.-% beträgt.
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Beispielsweise kann ein Masterbatch verwendet werden, welches zwischen 25 Gew.-% und 50 Gew.-% Zinkoxid beinhaltet und darüber hinaus aus Polyamid besteht, bevorzugt Polyamid 6.6. Ein derartiges Masterbatch kann beispielsweise 1,5 Gew.-% des Schüttgutgemenges ausmachen, wenn zwischen 25 Gew.-% und 50 Gew.-% des ZnO-Masterbatches gemäß dessen Spezifikation als ZnO vorliegen.
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Bei einem bevorzugt verwendeten Masterbatch lag ZnO in Gestalt von Nanopartikeln vor mit d(50) von 0,5 μm und d(90) von 1 μm, sodass also 90% der Partikel eine mittlere Erstreckung von weniger als 1 μm und 50% der Partikel eine mittlere Erstreckung von weniger als 0,5 μm aufweisen.
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Die Bezeichnung ZnO kann bevorzugt Zn0,5O0,5, aber auch als Sammelbezeichnung für nichtstöchiometrische Verbindungen aus Zink und Oxid verstanden werden.
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Für die organischen Antioxidantien kann beispielsweise vorgesehen sein, dass diese zwischen 0,025 Gew.-% und 0,20 Gew.-%, bevorzugt, zwischen 0,05 Gew.-% und 0,125 Gew.-% der Schüttgutmenge einnehmen.
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Als gut geeignete organische Antioxidantien haben sich Antioxidantien auf Basis sterisch gehinderter Phenole und Aminen erwiesen, bevorzugt zusätzlich in Kombination mit Phosphit.
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Auch bei den organischen Antioxidantien kann wie bei den ZnO-Partikeln vorgesehen sein, dass diese in Form eines Masterbatches vorliegen, beispielsweise in Form von Pellets. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass in Fällen, in welchen spezifikationsgemäß zwischen 10 Gew.-% und 25 Gew.-% des Masterbatches aus den Antioxidantien bestehen, 0,5 Gew.-% des Schüttgutgemenges aus dem Antioxidantien-Masterbatch bestehen. Typischerweise und besonders bevorzugt ist auch ein Antioxidantien-Masterbatch auf Polyamid-Basis vorhanden, bevorzugt auf Polyamid-6.6-Basis oder zumindest mit einem hohen Anteil an Polyamid 6.6. Aber auch auf anderer Polymer-Basis, wie beispielsweise auf Polyamid-6-Basis, vorliegendes Masterbatch kann aufgrund des sich daraus ergebenden nur geringen Einflusses auf die Zusammensetzung des Polyamid-Anteils des herzustellenden Filaments akzeptiert werden und somit vorgesehen sein.
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Als vorteilhafte Spinntemperaturen haben sich Temperaturen der Schmelzmasse am Ausgang der Spinndüse zwischen 270°C und 290°C erwiesen, wobei ein optimales Fließverhalten bei Temperaturen zwischen 278°C und 280°C beobachtet wurde. Gleichwohl kann, bei unterschiedlich ausgebildeten Schmelzspinnvorrichtungen, die Temperatur geringfügig anders ausfallen. Derartige Abweichungen sind dem Fachmann geläufig und durch diesen leicht zu berücksichtigen.
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Eine zur Herstellung geeigneter Filamente bevorzugte, effiziente Herstellung hat sich bei der Verwendung von Spinnöffnungen mit einer maximalen Erstreckung von 0,25 mm erwiesen, wobei auch bei Maximalerstreckungen zwischen 0,20 mm und 0,30 mm noch gute Ergebnisse erreicht wurden.
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In einer Ausgestaltung weist die Spinndüse eine kreisrunde Spinnöffnung mit einem Durchmesser zwischen 0,15 mm und 0,40 mm, bevorzugt zwischen 0,23 mm und 0,27, besonders bevorzugt von 0,25 mm, auf.
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Als Spinndruck, dem Druck mit welchem das Spinngut durch die Spinndüse befördert wird, wurden Werte zwischen 120 bar und 250 bar als geeignet identifiziert.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Spinndüse eine Anzahl von mehreren Spinnöffnungen ausweist. Dadurch, dass mehrere Spinnöffnungen an der Spinndüse angeordnet sind, werden bei Befördern der Schmelzmasse durch die Spinndüse mehrere Filamente erzeugt, es wird also ein sogenanntes Filamentgarn hergestellt.
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Dem Fachmann ist bekannt, dass die Einstellung einer Abschrecktemperatur für das Abschrecken des Filamentgarns, einer Wickelgeschwindigkeit einer das Filamentgarn aufwickelnden Aufwickeleinrichtung sowie die Auswahl der Geometrie und der Anzahl der Spinnöffnungen die Orientierung der Moleküle in den Filamenten beeinflusst. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Garns ist daher vorgesehen, dass die genannten Parameter derart aufeinander abgestimmt sind, dass ein voll- oder teilorientiertes Garn bei Entnehmen des Filamentgarns von der Aufwickeleinrichtung vorgesehen ist. Beispielsweise kann die Wickelgeschwindikgeit der Aufwickeleinrichtung in der Größenordnung von einigen 1000 m/min, beispielsweise zwischen 3000 m/min und 6000 m/min, liegen. Der Begriff des voll- oder teilorientierten Garns, oft auch unter den Akronymen LOY, POY, HOY beziehungsweise FDY referenziert, ist dem Fachmann geläufig, so dass auf diese nicht weiter eingegangen wird.
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Insbesondere kann nach dem zuvor beschriebenen Zwischenschritt das voll- oder teiltexturierte Garn einer Nachbehandlung unterzogen werden, die ein Texturieren, ein Verstrecken und/oder ein Fixieren des Garns umfasst.
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Das erfindungsgemäße Garn oder seine Weiterbildungen verfügen über den Vorteil, dass sie für die Herstellung von Textilprodukten geeignet sind, welche für die kontinuierliche Abgabe von Zinkoxid an die menschliche Haut genutzt werden können. Dadurch kann in vorteilhafter Weise bei Tragen der entsprechenden Textilprodukte auf bloßer Haut eine kosmetische beziehungsweise hautpflegerische Wirkung erzielt werden.
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Die Übertragung von Zinkoxid an die menschliche Haut erfolgt in der Regel als Zn0,5O0,5, aber auch die Übertragung von in anderen Oxidationsstufen vorliegendem Zinkoxid ist nicht ausgeschlossen.
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Im Folgenden ist anhand eines Beispiels beschrieben, wie ein erfindungsgemäßes Garn hergestellt werden kann. Außerdem sind die Eigenschaften des einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Garns beschrieben:
Als ein Beispiel wurde ein Polymerschüttgut bereitgestellt, welches zu 98 Gew.-% aus einem Polyamid-6.6-Granulat mit einem wenigstens 99-prozentigen (auf das Gewicht bezogenen) Anteil von Polyamid 6.6 bestand. Weiterhin wurde als thermisches Stabilisationsschüttgut in Pellet-Form vorliegendes thermisches Stabilisations-Masterbatch zugefügt, wobei 0,5 Gew.-% des Schüttgutgemenges aus dem Stabilisationsschüttgut bestanden und dieses wiederum entsprechend des beigefügten technischen Datenblatts zwischen ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 25 Gew.-% Antioxidationsmittel aufwies. Das Antioxidationsmittel war in dem durchgeführten Versuch N,N'-hexane-1,6-diylbis [3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenylpropionamide], welches als Masterbatch vorlag. Als Trägersubstanz wies das Masterbatch Polyamid 6 auf, so dass ein geringer Anteil des hergestellten Filaments nicht aus Polyamid 6.6 besteht, sondern aus Polyamid 6.
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Als ZnO-Schüttgut wurde ein Polyamid-Masterbatch mit einem ZnO-Gehalt mit ≥ 25 Gew.-% und ≤ 50 Gew.-% verwendet.
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Nach Vermengen des Polymerschüttguts mit den Masterbatches und dem Aufschmelzen und Homogenisieren des Schüttgutgemenges in einer industriellen Extrusionsanlage wurde die erhaltene Schmelzmasse unter Nutzung der nachfolgend aufgeführten Parameter durch die Spinndüse mit 34 Spinnöffnungen befördert:
Spinntemperatur: 279°C,
Wickelgeschwindigkeit: 4500 m/min,
Trocknertemperatur: 95°C,
Durchmesser der kreisrunden Spinnöffnungen: 0,25 mm.
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Vor der Texturierung wies das Garn die folgenden Eigenschaften auf:
| Größe | Einheit | Wert |
| Effektivtiter (gemäß DIN EN ISO 2060) | dtex | 54 |
| Feinheitsbezogene Höchstzugskraft (gemäß DIN EN ISO 2062) | cN/tex | 37 |
| Höchstzugkraftdehnung (gemäß DIN EN ISO 2062) | Prozent | 69 |
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Nach dem vorgenommenen Texturieren wurden folgende Werte erhalten
| Größe | Einheit | Wert | Toleranzgrenzen |
| Effektivtiter (gemäß DIN EN ISO 2060) | dtex | 43 | 41,5 bis 44,5 |
| Feinheitsbezogene Höchstzugkraft (gemäß DIN EN ISO 2062) | cN/tex | 42 | 34 bis 48 |
| Höchstzugkraftdehnung (gemäß DIN EN ISO 2062) | Prozent | 22 | 17 bis 27 |
| Heißluftschrumpf (gemäß DIN EN 14621) | Prozent | 2,7 | 1,5 bis 4,0 |
| Einkräuselung (gemäß DIN EN ISO 53840-T1) | Prozent | 44 | 36 bis 52 |
| Kräuselbeständigkeit (gemäß DIN EN ISO 53840-T1) | Prozent | 65 | 50 bis 80 |
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Der Begriff der Toleranzgrenzen ist nicht im Sinne der jeweils genannten DIN-Norm zu verstehen, sondern bezeichnet interne Grenzwerte des untersuchenden Labors.
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Das texturierte Garn wurde in einigen Untersuchungen hinsichtlich ihrer Eignung zur kontinuierlichen Abgabe von Zinkoxid an menschliche Haut untersucht.
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Gemäß einer Messung wurde ein Wirkstoffübertritt infolge mechanischer Beanspruchung mittels eines Abriebprüfgeräts überprüft. Es wurde eine Tragesimulation bei normalem Raumklima durchgeführt, in welchem die Textilprobe auf einer Strecke von 5 cm in sieben Zyklen pro Minute über die Dauer von 42 Minuten auf standardisiertem Hautersatzmaterial gerieben wurde, was einer reellen Beanspruchung von mehrstündigem Tragen entspricht.
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Zur Simulation eines Schweißeintrags wurde das Textil befeuchtet.
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Die von dem Textil auf die technische Haut übertragene Zinkmenge wurde mittels chemischer Analyse nachgewiesen.
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Nach erfolgter Tragesimulation bei normalem Raumklima konnte ein Gehalt von 1,6 mg/kg Zink/Haut festgestellt werden, was einem Wirkstoffübertritt von 2,26 mg/qm Zink/Haut entspricht.
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In einer weiteren Analyse wurde eine saure Schweißlösung gemäß DIN EN ISO 105-E04 für 1, 3 und 9 Stunden unter leichtem Schütteln bei 37°C auf ein erfindungsgemäßes Garn entsprechend der obigen Erläuterungen inkubiert. Dieser Versuch wurde mehrmals wiederholt. Der vom Textil in die Schweißlösung übertragene Zinkanteil wurde mittels chemischer Analyse nachgewiesen.
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Es konnte nachgewiesen werden, dass folgende Zinkgehalte nach 1, 3 und 9 Stunden in dem Schweiß vorhanden waren:
| 1 Stunde | 3 Stunden | 9 Stunden |
| 10 mg/l Zink/Schweiß | 15 mg/l Zink/Schweiß | 25 mg/l Zink/Schweiß |
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Mit dem erfindungsgemäßen Garn und seinen vorteilhaften Weiterbildungen konnte aufgrund der erfindungsgemäßen Kombination eines organischen Antioxidants mit ZnO-Partikeln in geeigneten Mengen in einem geeignet angepassten Schmelzspinnverfahren auf Polyamid-Basis ein günstig herstellbares Texturgarn bereitgestellt werden, welches in vorteilhafter Weise für eine Vielzahl von kontrollierten Substanzübertragungen vorgesehen werden kann, beispielsweise zur Übertragung von Zinkoxid an menschliche Haut zu Pflegeanwendungen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 2060 [0009]
- DIN EN ISO 2062 [0012]
- DIN EN 14621 [0012]
- DIN EN ISO 53840-T1 [0012]
- DIN EN ISO 2060 [0039]
- DIN EN ISO 2062 [0039]
- DIN EN ISO 2062 [0039]
- DIN EN ISO 2060 [0040]
- DIN EN ISO 2062 [0040]
- DIN EN ISO 2062 [0040]
- DIN EN 14621 [0040]
- DIN EN ISO 53840-T1 [0040]
- DIN EN ISO 53840-T1 [0040]
- DIN EN ISO 105-E04 [0047]