DE2063933B2

DE2063933B2 - Verfahren zur Herstellung von Polyolefinfasern

Info

Publication number: DE2063933B2
Application number: DE2063933A
Authority: DE
Inventors: Willy Heinrich Jozef Delft Badrian (Niederlande)
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1969-12-29
Filing date: 1970-12-28
Publication date: 1979-08-16
Also published as: NL174480C; DE2063933C3; IE34839B1; IE34839L; NL7018840A; ZA708662B; DE2063933A1; NL174480B; GB1328090A; BE760725A; FR2074347A5; CH525302A

Description

Es ist bekannt, Fäden aus thermoplastischem Polymerem durch Schmelzspinnen herzustellen, also durch Extrudieren eines geschmolzenen Polymerisats durch eine Spinndüse. Es ist ebenfalls bekannt, derartige Fäden oder Fasern durch Fibrillieren einer Folie herzustellen. Nach diesem Verfahren wird das geschmolzene Polymerisat durch einen geraden oder ringförmigen Schlitz zu einer Folie extrudiert, die anschließend zur molekularen Orientierung verstreckt und dann fibrillii-rt wird.

Bei diesen bekannten Verfahren zur Herstellung von Chemiefasern ist es üblich, zum polymeren Ausgangsmaterial kleine Mengen feiner und gewöhnlich nicht-polymerer Feststoffe zuzufügen, um eine oder mehrere Verfahrensstufen zu erleichtern und/oder bestimmte Eigenschaften der Fäden oder Fasern zu verbessern. Derartige Substanzen können Antioxidationsmittel, Stabilisatoren, Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Weichmacher oder Mittel zur Verbesserung des Fließverhaltens sein. In der Praxis beträgt die Gesamtmenge solcher Zusätze im allgemeinen etwa 2 Gew.-%. obwohl auch schon bis 5 Gew.-% in der Literatur erwähnt sind. In vielen Fällen ist die Verwendung viel größerer Mengen von Substanzen der obengenannten Kategorie zu beanstanden. Beim Schmelzspinnen kann es dann z. B. zu einer Blockierung der Spinndüse kommen.

Es ist zwar bekannt, Chemiefasern aus Polyamiden, Polyester oder Polyacr,ylnitrilen größere Mengen Füllstoffe einzuverleiben. Die Herstellung von sehr feinen Chemiefasern, d.h. solchen mit einem Titer unter 5,6 tex, bereitet jedoch mit zunehmendem Füllstoffgehalt immer größere Schwierigkeiten. Ein Extrudieren zur Herstellung von Polyolefinfasern mit 20 bis 60Gew.-% Füllstoffen ist undurchführbar, denn es kommt zur Verstopfung der Düsen. Andererseits würde ein derartig hoher Gehalt an Füllstoffen zu einem ungleichmäßigen Fadenmaterial führen.

Es wurden auch bereits Fäden mit hohen Denicrzahlen, die eine erheblich größere Menge fester anorganischer Stoffe enthielten, beschrieben. Solche Fäden mit etwa 7000 den und darüber werden dadurch hergestellt, daß füllstoffhaltige Folien in Bänder geschnitten, die Bänder verdreht und dann verstreckt werden. Jedoch wurden Fäden oder Fasern mit niedrigerem Titer (Denierzahlen) und erheblichen Mengen an Füllstoff noch nicht beschrieben. Es war nämlich anzunehmen, daß solche Fäden oder Fasern für viele Anwendungszwecke ungeeignet sind, weil die große Füllstoffmenge die Zugfestigkeit und andere Fadeneigenschaften ungünstig beeinflussen würde.

Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß Fäden aus Homo- oder Copolymerisaten niederer

»ι Olefine mit niedrigen Denierzahlen und großen Mengen an feinen nicht-polymeren Füllstoffen eine Zugfestigkeit besitzen, die in vielen Fällen nicht geringer und häufig höher ist als die vergleichbarer Fäden ohne Füllstoff. Außerdem hat^n die gefüllten Fäden ge-"> genüber ungefüllten Fäden andere wichtige Vorzüge. Aufgabe der Erfindung ist nun die Herstellung eines Fadenmaterials aus einem Homo- oder Copolymerisat niederer Olefine mit einem Titer von maximal 5,6 tex (50 den) und hohem Füllstoffgehalt. Diese

-'Ii Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man eine verstreckte Polyolcfinfoüc, die 20 bis 50 Gew.-% feinen nicht-polymeren Füllstoff enthält, mechanisch zu Fibrillen aufspaltet. Der Füllstoff kann die Anfärbbarkeit des Fadenmaterials oder dessen

r> Flammfestigkeit veibessern. Zweckmäßigerweise wird ein Füllstoff mit einer Dichte > 1 in einer solchen Menge angewandt, daß die Dichte des Fadenmaterials 0,95 bis 1,05 beträgt.

Trotzdem das Fibrillieren von Kunststoffolien zur

;n Herstellung von Fasermaterialien einerseits und das Extrudieren von Fäden aus Polyolefinen andererseits bekannt war, ist es doch sehr überraschend, daß es durch die erfindungsgemäße Methode gelingt, ein Fadenmaterial herzustellen, welches einen extrem hohen

Γι Füllungsgrad aufweist und dabei trotzdem gleichmäßig hinsichtlich des Aussehens und der Festigkeitseigenschaften ist und darüber hinaus sich noch durch verschiedene andere Eigenschaften, wie Griff, Mattigkeit und Zugfestigkeit auszeichnet. Es hat nämlich

in ohne Zweifel in der Fachwelt ein Vorurteil bestanden, Polyolefinmassen mit so hohem Füllgrad nach der Fibrillierungsmethode auf Fasermaterial zu verarbeiten, weil man befürchten mußte, daß es beim Recken der Folie zu Schwierigkeiten kommt, insbesondere sich

ι ·, unerwünschte Risse bilden, schließlich der hohe Füllstoffanteil das Aufspalten der Folien erschweren könnte. Überraschenderweise gelingt es jedoch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, qualitativ hochwertiges Fasermaterial in einfacher und wirtschaftli-

-,(i eher Weise herzustellen.

Als Grundstoff für die erfindungsgemäß herzustellenden Fäden oder Fasern ist jedes thermoplastische Polymere niederer Olefine geeignet, wie Homo- und Copolymerisate von Äthylen und Propylen, wobei

v» insbesondere Polypropylen und Niederdruck-Polyäthylen bevorzugt sind.

Der Ausdruck »nicht-polymer'< für die Füllstoffe schließt Polymerisate organischer Verbindungen aus, nicht jedoch anorganische Verbindungen, die aus vic-

_h,i len Moleküleinheitcn der gleichen Art zusammengesetzt sind.

Wie bereits erwähnt, haben die erfindungsgemäß hergestellten Fiiden oder Fasern neben einer überraschend hohen Zugfestigkeit noch weitere wichtige

_n, Vorteile. Hierzu gehört ein weicherer Griff und ein weniger künstliches und daher attraktiveres Aussehen, v/eil sie erheblich weniger glänzen. Außerdem ist die Anfärbbarkeit besser. Schließlich sind sie wegen

des hohen Anteils an billigen Füllstoffen und geringeren Anteils an teurem Kunststoff insgesamt preiswerter. Die Vorteile der erfindungsgemäß hergestellten Fäden oder Fasern zeigen sich natürlich am deutlichsten im Bereich niedriger Denierzahlen, vorzugsweise <20 den, insbesondere zwischen 8 und 15 den (<2,2 tex, insb. 0,9 bis 1,7 tex).

Die Art des Füllstoffs kann weit variieren. Geeignete Füllstoffe sind z. B. Metallsalze von organischen Säuren wie Calciumstearat, Oxide von z. B. Zink, Barium, Titan und Silicium und anorganische Salze wie Magnesiumcarbonat, Bariumsulfat und Calciumsulfat. Pulverisierte Silicate, wie Asbestpulver und insbesondere Talkumpulver, sind ebenfalls geeignet. Ein besonders bevorzugter Füllstoff ist Calciumcarbonat in Form von Kreide. Der Füllstoff kann aus z. B. mit einer Fettsäure oder einem Salz oder Ester einer Fettsäure vorbeschichteten Teilchen bestehen, um sie mit dem thermoplastischen Material verträglicher zu machen.

Füllstoffe, die die Anfärbbarkeit verbessern, sind Verbindungen mehrwertiger Metalle, wie solche von Nickel, Chrom, Kobalt und Titan, z. B. deren Oxide, Hydroxide und organische oder anorganische Salze. Bevorzugt werden im Hinblick auf die Einstandskosten der Fäden anorganische Salze von Aluminium (z. B. Aluminiumsulfat) und inbesondere organische Salze, wie solche von hohen Fettsäuren (insbesondere Aluminiumstearat).

Füllstoffe, die die Entflammbarkeit vermindern, sind z. B. Phosphorverbindungen, wie sekundäre oder tertiäre Phosphate von Magnesium oder Calcium, und silicatische Stoffe, wie Asbestpulvc··.

Für verschiedene Anwendungsgebiete soll die Dichte der Chemiefasern hoch sein, insbesondere wenn sie zusammen mit Zellulosematerial zur Papierherstellung dienen sollen. Die meisten Chemiefasern haben den Nachteil, daß sie in einem wäßrigen Medium aufschwimmen. Durch eine entsprechende Menge Füllstoff, dessen Dichte > ! liegt, ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich, in wäßrigen Medien gut dispergierbares Fasermaterial herzustellen. Vorzugsweise haben Fasern für die Papierherstellung eine Dichte von 0,95 bis 1,05, insbesondere von 0,98 bis 1,02.

Zur mechanischen Fibrillierung können alle bekannten Verfahren zum Aufspalten von Folien dienen, wie Kratzen, Drehen, Bürsten, Schneiden, Reiben, das Einwirkenlassen eines Gasstrahls oder eines schnellen Stroms fester Teilchen sowie unter bestimmten Bedingungen das bloße Aufwickeln unter Spannung. Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugtes Verfahren besteht darin, eine verstreckte Folie unter Spannung über einen rotierenden Zylinder zu führen, dessen Oberfläche mit Stiften versehen ist, wobei die Stifte sich im Berührungsbereich in gleicher Richtung aber schneller als die Folie bewegen. Besonders bevorzugt ist die Anwendung eines Zylinders mit Stiften, die im wesentlichen in parallelen Reihen zur Zylinderachse angeordnet sind. Damit erhält man ein reguläres oder irreguläres Netzwerk von feinen Fasern. Die große Füllstoffmenge hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Durchschnittslänge der Fasern größer ist als die von in gleicher Weise hergestellten ungefüllten Fasern. Dies ist besonders günstig bei der Verarbeitung des Fibrillats, z. B. zur Herstellung von Garnen durch Zwirnen von Stapelfasern.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in vielen anderen Weisen durchgeführt werden. Zum Beispiel ist es bei einer verstreckten profilierten, füllstoffhaltigen Folie mit parallelen Graten oder Rippen auf einer Fläche oder auf beiden Flächen in einem bestimmten ί Ausmaß die Fibrillierung vorbestimmi. Solche Folien können durch Extrudieren des füllstoffhaltigen Polymerisats durch einen Schlitz mit Vorsprüngen hergestellt werden. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die zu fibrillierende

ι» Folie dadurch erhalten, daß die füllstoffhaltige Folie unterhalb des Kristallschmelzpunktes des Polymerisats geprägt und dann verstreckt wird. Gegebenenfalls kann die Fibrillierung unter Verstreckungsbedingungen vorgenommen werden, jedoch reicht in vielen

ι ϊ Fällen das Aufwickeln unter Spannung aus, um eine zufriedenstellende Fibrillierung zu erreichen. Das Prägen erfolgt im allgemeinen dadurch, daß die Folie unter Druck durch den Spalt zweier gegenläufiger Walzen oder Bändern mit starren Flächen geführt

ja wird, von denen wenigstens eine (eines) profiliert ist.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Es wurde ein inniges Gemisch aus 100 Gew.-Teilen Polypropylen mit einem Schmelzindex von 1,6 g/ 10 min und 40 Gew.-Teilen Calciumcarbonat zu einem Folienschlauch extrudiert: Massentemperatur

in 230° C; Foliendicke 70 [im und somit des flachgelegtcn Schlauchs 140 (im. Dieser wurde monoaxial in einem Heißluftofen bei 145° C bei einem Verstrekkungsverhältnis von 1:8 mit einer Einlaufgeschwindigkeit von 5 m/min verstreckt und dann mechanisch

;-, durch eine mit Stiften versehene Walze fibrilliert. Das erhaltene Fibrillat hatte folgende Fasereigenschaften, verglichen mit in gleicher Weise hergestellten reinen Polypropylenfasern:

(1) 3 bis 14 den mit einem Mittel vcn lOden. Die in Verteilung der Mittelwerte war unter den gleichen Bedingungen viel enger als bei reinem Polypropylen, wo 15 bis 20 festgestellt werden,

(2) sehr weicher Griff;

(3) weniger verzweigt, daher ähnlicher einem Multir. filfaden;

(4) mattes Aussehen;

(5) Zugfestigkeit ungezwirnt 0.4 g/den, gezwirnt (25/m) 2.5 g/den.

_n Beispiel 2

Es wurde gemäß Beispiel 1 gearbeitet, jedoch als Füllstoff 40 Gew.-% Kaolinit verwendet. Die erhaltenen Ergebnisse entsprachen denen des Beispiels 1.

B e i s ρ i e I 3

Es wurde gemäß Beispiel 1 gearbeitet, jedoch als Füllstoff 20Gew.-% Calciumcarbonat verwendet. Das erhaltene Fibrillat hatte einen weniger weichen Griff als das gemäß Beispiel 1.

Beispiel 4

Es wurde gemäß Beispiel 1 gearbeitet, jedoch ein Polypropylen-Copolymerisat mit 6% Äthylen verwendet. Die Folie hatte ein papierartiges Aussehen - und einen entsprechenden Griff bei erhöhter Steifheit und war bedruckbar. Die erhaltenen Fasern hatten einen weicheren Griff als in Beispiel I.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her-

gestellten Fasern sind für verschiedene Verwendungen besonders geeignet,

So können die Fasern aus den Beispielen 1 bis 4 auf eine Länge von 3 mm geschnitten werden und die Stapelfasern dem Faserbrei von Cellulosefasern zur Verbesserung der Naßfestigkeit von Papier zugesetzt werden. Das matte faserartige Aussehen und die hohe Dichte machen die erfindungsgemäß hergestellten Fasertypen hierfür besonders geeignet, da im Mischer die Polypropylenfasern nicht aufschwimmen, wie dies bei Fasern aus reinem Polypropylen der Fall ist.

Werden Faservliese und Gewebe aus Fasern nach den Beispielen 1 bis 4 hergestellt, so haben diese Produkte einen besseren textilartigen Griff als solche aus Fasern aus reinem Polypropylen oder Polypropjlen-Copolymerisat.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Homo- oder Copolymerisat-Fasern oder -Fäden aus niederen Olefinen mit einer Denierzahl von 50 oder niedriger, dadurch gekennzeichnet, daß man eine verstreckte Polyolefinfolie, die 20 bis 50 Gew.-% fein zerteilten nicht-polymeren festen Füllstoff enthält, mechanisch zu Fibrillen aufspaltet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Füllstoff verwendet, der die Anfärbbarkeit oder die Flammfestigkeit des Polymerisats verbessert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Füllstoff mit einer Dichte > 1 in einer solchen Menge verwendet, daß die Dichte der Fasern oder Fäden 0,95 bis 1,05 beträgt.