DE2326143A1 - Verfahren zur herstellung von kurzfasern aus thermoplastischen kunststoffen - Google Patents

Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG 2326143

Unser Zeichen: O.Z. 29 889 Ks/GP 67OO Ludwigshafen, den 22. Mai I973

Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus thermoplastischen

Kunststoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus thermoplastischen Kunststoffen durch Zerteilen einer Lösung eines thermoplastischen Kunststoffs in einem Scherfeld.

Zur Herstellung von Stapelfasern und Kurzfasern aus thermoplastischen Kunststoffen sind zahlreichen Verfahren bekannt, z.B. die aerodynamischen Spinnverfahren. Bei diesen Verfahren wird der Kunststoff entweder in einem Schneckenextruder oder in einem unter Druck stehenden Behälter aufgeschmolzen und durch beheizte Rohrleitungen zur Stelle der Zerfaserung gefördert. Dort wird ein Gas- oder Dampfstrom mit hoher Geschwindigkeit unter einem bestimmten Winkel auf die aus Düsenöffnungen austretende Schmelze gerichtet.

Aus der DT-AS 1 469 120 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Fibridensuspension bekannt, bei dem man eine Lösung eines synthetischen organischen Polymeren in einem Fällmittel für das Polymere dispergiert und unter Einwirkung hoher Scherkräfte ausfällt.

Die bekannten -Verfahren sind jedoch nicht frei von Nachteilen, weil entweder neben den Kurzfasern pulver- oder krümeiförmige Teilchen entstehen oder große Mengen von gasförmigen Hilfsmedien eingesetzt werden müssen. Die bekannten Verfahren erfordern einen hohen apparativen Aufwand und sind oft dadurch schon wirtschaftlich in Frage gestellt. Man erhält Fasern, die hinsichtlich ihrer Abmessungen ein breites Spektrum aufweisen. Die Verfahren, die zwar Kurzfasern in der richtigen Größen-

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Verteilung liefern, haben jedoch den Nachteil, daß die erhaltenen Pasern nur eine relativ kleine spezifische Oberfläche haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, bei dem die Nachteile der bekannten Verfahren weitgehend vermieden werden und bei dem man KurzTasern erhält, die in ihrer Morphologie und Größe natürlichen Pasern gleichen, z.B. gemahlenem Zellstoff, und eine große spezifische Oberfläche aufweisen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man eine homogene Lösung eines thermoplastischen Kunststoffs in einem organischen Lösungsmittel, das nur bei höherer Temperatur den thermoplastischen Kunststoff homogen löst, durch Düsen in eine als Impulsaustauschraum ausgebildete Zone bringt, in der die homogene Lösung so weit abgekühlt wird, daß der thermoplastische Kunststoff ausfällt, und in der ein turbulentes Scherfeld exi stiert, das dadurch erzeugt wird, daß man ein oder mehrere Strahlen eines gasförmigen oder flüssigen Mediums mit einer Geschwindigkeit von mindestens 5 m/sec in den Impulsaustauschraum einleitet.

Dßr Impulsaustauschraum ist in unmittelbarer Nähe der Düsen angeordnet, durch die die Polymerlösung ausgepreßt wird. Es ist vorteilhaft, wenn der mittlere Durchmesser des Impulsaustauschraums das 2-. bis 20-fache des mittleren Düsendurchmessers, durch den die homogene Lösung ausgepreßt wird, und die Länge des Impulsaustauschraums das 2- bis 30-fache des hydraulischen Durchmessers des Impulsaustauschraums beträgt.

Als thermoplastische Kunststoffe kommen alle Polymerisate in Betracht, aus denen Fasern hergestellt werden können, z.B. Polyolefine, Polyamide und Polymerisate des Styrols und Polymerisate substituierter Styrole. Besonders geeignet sind Polyolefine, wie Polyäthylen und Polypropylen. Die Dichte des Polyäthylens kann zwischen 0,915 und 0,965 g/ctrr liegen. Der Schmelzindex des Polyäthylens beträgt 0,01 bis 100 g/10 min (190°C/2,16 kg) bestimmt nach ASTMt) 1238-65 T. Die in Betracht ' kommenden Polyäthylene sind im Handel erhältlich. Sie werden

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nach den bekannten Hochdruck- bzw. Niederdruckpolymerisationsverfahren hergestellt. Das Polypropylen hat eine Grenzviskosität (gemessen bei 130⁰C in Dekalin) von 1,5 bis 8 dl/g. Ss ist jedoch auch möglich, Polyvinylchlorid und chloriertes Polyäthylen zur Herstellung von Kurzfasern einzusetzen. Von Bedeutung ist auch, Kurzfasern aus Copolymerisaten. des Äthylens herzustellen. Geeignete Äthylencopolymerisate sind bekannt; sie werden durch Copolymerisieren von Äthylen mit. anderen äthylenisch ungesättigten Verbindungen nach dem Hochdruckpolymerisationsverfahren hergestellt. Als Beispiel seien genannt: Copolymerisate aus Äthylen und Vinylacetat, Copolymerisate aus Äthylen und n-Butylacrylat, Copolymerisate aus Äthylen und Acrylsäure sowie Copolymerisate, die mehrere äthylenisch ungesättigte Comonomere einpolymerisiert erfhalten, beispielsweise Copolymerisate aus Äthylen, Acrylsäure und Vinylacetat oder Copolymerisate aus Äthylen, Acrylsäure, und tert.-Butylacrylat. Es ist selbstverständlich auch möglich, Kurzfasern aus Mischungen von thermoplastischen Kunststoffen herzustellen, beispielsweise aus einer Mischung von Hoch- und Niederdruckpolyäthylen im Verhältnis 1 : 1 oder einer Mischung aus 80 % Hochdruckpolyäthylen und 20 Gewichtsprozent eines Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisates mit einem Vinylacetatgehalt von 15 Gewichtsprozent.

Die thermoplastischen Kunststoffe werden in einem organischen Lösungsmittel gelöst. Als Lösungsmittel kommen nur diejenigen in Betracht, in denen der betreffende thermoplastische Kunststoff bei höherer Temperatur löslich ist und beim Abkühlen ausfällt. Da für jedes Polymer-Lösungsmittel-System unterschiedliche Temperaturen für die Herstellung der Lösung gelten, 'kann kein allgemein gültiger Wert für die Temperatur angegeben werden, bei der die homogene Lösung hergestellt wird. Ss ist jedoch wichtig, daß das Polymerisat bei einer Temperatur , die unterhalb der Temperatur liegt, bei der die homogene Lösung hergestellt wird, ausfällt. Auch für diese Grenze kann kein allgemein gültiger Wert angegeben werden, weil er vom Lösungsmittel, vom Polymerisat und von der Konzentration des Polymerisates abhängig ist. Vorzugsweise stellt man jedoch die homogene Lösung des thermoplastischen Kunststoffs bzw. die mit einem Lösungsmittel ver-

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setzte Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffs bei Temperaturen oberhalb des Kristallitschmelzpunkts bzw. des Erweichungspunkts des Polymerisats her. Eine Temperatur von 300 C wird dabei nicht überschritten.

Als Lösungsmittel eignen sich beispielsweise Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, Hexan, Heptan, Isooctan, n-0ctan, Dekalin, Tetralin, Cyclohexan und aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Xylol, Toluol, Chlorbenzol und Halogenkohlenwasserstoffe, wie Äthylenchlorid, 1,2-Dichlortetrafluoräthan und Hexachloräthan. Als"Lösungsmittel kommen ferner Aceton, Cyclohexanon, Methyläthylketon und Tetrahydrofuran in Betracht. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, Mischungen der genannten Lösungsmittel einzusetzen. Das Verhältnis zwischen thermoplastischem Kunststoff und Lösungsmittel kann in weiten Grenzen variiert werden. Die Konzentration des Polymeren in dem organischen Lösungsmittel kann zwischen 1 und 99 % liegen. Vorzugsweise verwendet man Polymerlösungen, die 1 bis JO Gewichtsprozent des thermoplastischen Kunststoffs homogen gelöst enthalten.

Man erhält so eine Polymerlösung oder eine mit Lösungsmittel versetzte Polymerschmelze. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird auch die mit einem Lösungsmittel versetzte Polymerschmelze, beispielsweise eine homogene Mischung aus 99 Gewichtsprozent eines thermoplastischen Kunststoffs und 1 Gewichtsprozent eines organischen Lösungsmittels, als Polymerlösung bezeichnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man außer den bereits obengenannten organischen Lösungsmitteln sogenannte Expansionshilfsmittel. Es handelt sich bei diesen Stoffen um gasförmige, flüssige oder auch feste Stoffe, die bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Schaumstoffen als. Treibmittel eingesetzt werden. Bis zu 75 % , vorzugsweise 20 bis 60 % des organischen Lösungsmittels kann durch ein Treibmittel bzw. ein Treibmittelgemisch ersetzt werden.

Als Treibmittel bzw. Expansionshilfsmittel geeignet sind inerte Gase, wie Stickstoff, Kohlendioxid und inerte Flüssigkeiten,wie

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Wasser und niedrig siedende Kohlenwasserstoffe und halogenierte Kohlenwasserstoffe. Die Siedepunkte der in Betracht kommenden Kohlenwasserstoffe liegen vorzugsweise 25 bis I50 C unterhalb des Schmelzpunkts des thermoplastischen Kunststoffs. Diese Verbindungen haben also bei Raumtemperatur einenhohen Dampfdruck. Geeignete ExpansionshiIfsmittel sind beispielsweise aliphatische oder olefinische Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 4 C-Atomen, wie Methan, A'than, Propan, Butan oder Äthylen, Propylen oder Buten. Man kann auch Kohlenwasserstoffe einsetzen,· die 5 bis 7 Kohlenstoffatome und mindestens 2 seitenständige Methylgruppen haben und deren Siedepunkte zwischen -10 und +60 C liegen. In Betracht kommen beispielsweise Isopentan, Isohexan und 2,2-Dimethylbutan. Geeignete Halogenkohlenwasserstoffe sind vor allem solche mit 1 bis 2 C-Atomen, wie Methylchlorid, Dichlordifluormethan,/Fluort^ichlormethan, Monofluor chlorine than, 1,2,2-Trifluortrichloräthan und 1,1,2,2-Tetrafluordichloräthan. Die genannten Expansionshilfsmittel werden beispielsweise bei der Herstellung von Schaumstoffen als Treibmittel verwendet. Einige der genannten Expansionshilfsmittel können auch allein als Lösungsmittel verwendet werden, beispielsweise Dichlormethan oder Pentan. In anderen Fällen ist es möglich, das in Betracht kommende organische Lösungsmittel in weiten Bereichen durch ein oder mehrere der genannten Expansionshilfsmittel zu ersetzen.

Als Expansionshilfsmittel können auch sogenannte Feststofftreibmittel verwendet werden, die sich beim Erhitzen auf Temperaturen oberhalb des Zersetzungspunkts unter Bildung gasförmiger Produkte zersetzen. Geeignet sind beispielsweise Azodicarbonamid, Azoisobuttersäuisdinitril oder aromatische SuIfhydrazide. Ferner können· Gemische aus Carbonaten und Säuren' eingesetzt werden, beispielsweise eine Mischung aus Natriumcarbonat und Zitronensäure.

Die homogene Lösung des thermoplastischen Kunststoffs in einem organischen Lösungsmittel wird entweder diskontinuierlich in einem Rührautoklaven oder bei höhersiedenden Lösungsmitteln auch in einem offenen Behälter oder kontinuierlich in ein- oder zweiwelligen Schneckenextrudern hergestellt. Zur Herstellung der homogenen Polymerlösung arbeitet man im allgemeinen über dem Druck des Lösungsmittels bei der Lösungstemperatur, so daß das

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Lösungsmittel unter diesen Bedingungen ständig im flüssigen Zustand vorliegt. Unter Lösungsmitteldruck ist der Dampfdruck des Lösungsmittels über dem gelösten bzw. geschmolzenen Polymerisat zu verstehen. Die homogene polymere Lösung wird nach Beendigung des Lösungsvorgangs in homogenem Zustand zur Stelle der Zerteilung gefördert, an der das Polymere zerfasert wird.

Die homogene Polymerlösung wird durch einfache glatte Kapillarröhrchen, über starke Querschnittsverengungen am Ende der Zuführungsleitung oder aber über speziell konstruierte Düsen in eine Flüssigkeit oder in eine Gasatmosphäre geleitet. Geeignete Düsen können eine oder mehrere Bohrungen aufweisen oder auch ringschlitzförmig ausgebildet sein. Der Durchmesser der Düsenöffnungen liegt in der Regel zwischen 0,3 und 5 mm. Die Zerfaserung der aus den Düsenöffnungen austretenden Polymerlösung wird unter Einwirkung von Schubspannungen auf kleinem Raum durchgeführt. Die zu zerfasernde Polymerlösung wird dabei in eine Zone hoher Energie-Dissipation geleitet, in der dann das Polymere in die gewünschte Fasergröße zerteilt wird.

Um auf kleinem Volumen hohe Schubspannungen und damit eine hohe Energie-Dissipation zu erzeugen, hat sich eine Vorrichtung bewährt, die aus einer Zweistoffdüse besteht,die in einen Behälterraum hineinragt,, in dem verglichen mit dem Behälterraum ein kleines Rohr als Impulsaustauschraum beliebigen Querschnitts in Richtung der aus den Düsenöffnungen austretenden Medien (homogene Pölymerlösung und Treibstrahl) derart in geringem " Abstand von der Düsenmündung auf der Düsenachse angebracht ist, daß dieses Rohr die aus den Düsenöffnungen austretenden Stränge der Polymerlösung aufnimmt. Auf das im Behälterraum nahe der Düsenöffnungen angeordnete kleine Rohr werden außer den Strängpn der homogenen Polymerlösung Strahlen eines gasförmigen oder flüssigen Mediums mit hoher Geschwindigkeit gerichtet. Die Düsenöffnungen, durch die das gasförmige oder flüssige Medium austritt, haben in der Regel einen Durchmesser von 1 bis 10 mm. Die Geschwindigkeit der Strahlen des gasförmigen oder flüssigen Mediums, die auf den Impulsaustauschraum gerichtet werden, beträgt mindestens 5 m/sec, vorzugsweise 10 bis 100 m/sec. Man kann auch mit Strahlgeschwindigkeiten bis zu 500 m/sec arbeiten.

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Der kleine Rohrrautn ist meistens zylindrisch und stellt einen Impulsaustauschraum dar, weil der Gesamtimpuls der Treibstrahlen praktisch innerhalb dieses Raumes umgesetzt wird. Durch diese Anordnung von Düsen und Impulsaustauschraum in einem größeren Behälter wird das Medium im Behälter nicht wie bei einem Freistrahl längs des Strahlweges angesaugt, sondern die nach dem Impulssatz geförderte Menge muß durch den Eintrittsquerschnitt des Impulsaustauschraums eintreten. Der Impulsaustauschraum hat im allgemeinen einen konstanten Querschnitt. Es ist auch möglich, den Impulsaustauschraum so auszugestalten, daß sich der Querschnitt des Impulsaustauschraums in Strömungsrichtung vergrößert. In der Regel verwendet man zylindrische Rohre oder Kegelstümpfe. Der Impulsaustauschraum ist im allgemeinen so ausgebildet, daß seine Länge das 2- bis 30-fache seines hydraulischen Durchmessers beträgt. Der Impulsaustauschraum soll einen mittleren Durchmesser der Eintrittsöffnung aufweisen, der das 2- bis 20-fache des den Düsenmündungen, aus denen die homogene Polymerlösung austritt, flächengleichen Durchmessers beträgt. Gemäß Erfindung erreicht man im Impulsaustauschraum Energiedissipationsdichten von 10 bis 10 kW/tir.

Die technische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Zur besseren Übersicht sind in den Figuren die Düsen und der Impulsaustauschraum im Vergleich zum Behälter vergrößert dargestellt. Die einzelnen in den Figuren angegebenen Ziffern bedeuten:.

1 - Austrittsöffnung für den Treibstrahl

2 - Austrittsöffnung für die homogene Lösung des thermoplastischen

Kunststoffs

3 - Impulsaustauschraum

4 - Behälter

5 - Zuführung für das gasförmige oder flüssige Hilfsmedium β - Zuführung für die homogene Lösung.

Figur 2 zeigt eine Vorrichtung, bei der man auf einen großen Beilälter verzichten kann. Ziffer 7 stellt darin die Zuführung für das langsamer fließende Hilfsmedium dar. Die Zerfaserung

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erfolgt hierbei im Rohr 3, das als Impulsaustauschraum wirkt.

Das turbulente Scherfeld, das im Impulstauschraum auf die Polymerlösung einwlfct, kann in inerter, flüssiger oder gasförmiger Phase aufgebaut werden. Das bedeutet, daß der Impulsaustauschraum entweder von einem Gas und/oder einer Flüssigkeit ausgefüllt wird. Als Flüssigkeiten kommen Wasser und die Lösungsmittel in Betracht, in denen das Polymere gelöst ist. Es ist besonders vorteilhaft, Wasser als Hilfsmedium zu verwenden. Der Einsatz von Wasser erweist sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insofern als besonders vorteilhaft, weil Wasser gegenüber einem gasförmigen Hilfsmedium, wie Luft, eine um den Faktor 10 größere Dichte hat und daher ein bestimmter Impuls bereits - verglichen mit Luft - bei einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit der Treibstrahlen und des eingesetzten Wasservolumens erzielt wird. Wasser erweist sich auch deshalb als vorteilhaft, weil die Fasern später in Wasser suspendiert werden, um sie beispielsweise mit hydrophilierenden Stoffen auszurüsten.

Die Temperatur des gasförmigen oder flüssigen Zerfaserungs-Hilfsmediums richtet sich nach der Temperatur der Lösung des thermoplastischen Kunststoffs und nach der Art und Größe der herzustellenden Kurzfasern. Es ist wichtig, daß die Kunststofflösung rasch abgekühlt wird, so daß der gelöste Kunststoff ausfällt. Die Temperatur der Hilfsmedien liegt im allgemeinen zwischen -20 und +90⁰C, vorzugsweise 1 bis 60°C. Die Temperaturdifferenz zwischen der homogenen Lösung und dem gasförmigen oder flüssigen Hilfsmedium beträgt mindestens 30⁰C. Die Geschwindigkeit des austretenden Wassertreibstrahles bzw. die Geschwindigkeit der Strahlen der anderen flüssigen bzw. gasförmigen Medien, die zur Erzeugung des Scherfeldes auf den Impulsaustauschraum^ gerichtet werden, hängt von dem erforderlichen Schergefälle und der gewünschten Faserstruktur ab.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man Kurzfasern, die eine enge Größenverteilung (Länge, Dicke) aufweisen und eine große spezifische Oberfläche haben. Die so gewonnenen Kurzfasern sind je nach Wahl der Verfahrensbedingungen und je nach der Polymerkonzentration im Lösungsmittel verschieden nach Gestalt und

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Größe und mehr oder weniger mit Lösungsmittel gequollen. Je nach dem "Verwendungszweck müssen die Pasern weiter aufgearbeitet und behandelt werden.

Die erfindungsgemäß hergestellten Kurzfasern werden beispielsweise zur Herstellung der verschiedensten Arten von non-wovens verwendet. Als typische Beispiele seien Papier- und Vliesbahnen genannt. Zur Herstellung von Papier und Vliesen können die erfindungsgemäß hergestellten Kurzfasern je nach Gestalt und Größe im Zusammenwirken mit natürlichen und synthetischen Fasern aller Art sowohl mit zur Struktur beitragen als auch als Bindefasern eingesetzt werden, wenn sie besonders fein ausgebildet sind. Die Kurzfasern tragen zur Verbesserung der Festigkeit bei, wenn sie bei der Bahnenherstellung geeigneten Wärmebehandlungen unterworfen werden.

Da non-wovens vielfach über Naßverfahren aus hochverdünnten wäßrigen Suspensionen hergestellt werden, müssen polymere Fäserchen, die solchen Suspensionen zugesetzt werden, auf ihren Oberflächen hydrophil sein, um sie gleichmäßig in der Suspension und damit auch in non-wovens verteilen zu können. Es hat sich nun als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man das erfindungsgemäße Verfahren so durchführt, daß gegebenenfalls während der Zerfaserung hydrophilierende Substanzen zugegeben sind. Man gibt damit diesen Substanzen die Möglichkeit, im Augenblick der Erzeugung der Fasern und Darbietung der größten Oberfläche auf . diese ohne große Diffusionswege einzuwirken. Das schließt jedoch nicht aus, daß man das Hydrophilierungsmittel auch direkt in die Polymerlösung oder zu einem späteren Zeitpunkt bei der weiteren Aufarbeitung der Kurzfasern zugibt.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein lineares Polyäthylen, das eine Dichte von 0,960 g/cm , einen Schmelzindex von 5 (190 C/2,16 kg) und einen Schmelzpunkt von * C hat, wird in einem Rührautoklaven bei einer Temperatur

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von 155 C und unter einem Druck von 6 Atmosphären in Cyclohexan gelöst. Man stellt eine 1 $ige homogene Lösung her, die dann durch eine beheizte Rohrleitung einer in Figur 1 skizzierten . Zerfaserungsvorrichtung zugeführt wird. Die Polymerlösung wird durch eine Kreislochdüse ausgepreßt, die Düsenbohrungen von 0,7 ram Durchmesser hat. Im Abstand von 8 mm befindet sich ein Rohr, das eine Länge von 15 cm und einen Durchmesser von 2,5 cm hat. Auf dieses Rohr, das als Impulsaustauschraum dient, wird durch die Düsenöffnung 1 mit einem Durchmesser von 2 mm ein Wassertreibstrahl mit einer Geschwindigkeit von J>h m/sec gerichtet. Das Wasser enthält eine oberflächenaktive Substanz (ein handelsübliches Addukt des Äthylenoxids und Propylenoxids) in einer Konzentration von 0,1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Wasser, und hat eine Temperatur von 25 C. Dadurch wird die Polymerlösung am Ort der Zerfaserung plötzlich abgekühlt. Die entstehenden, mit Cyclohexan gequollenen, verfilzten Fasern bzw. Faserbündel werden in einer Wasser-Cyclohexan-Emulsion bei einer Stoffdichte von 0,4 % ~5 Minuten lang einer mechanischen Hochfrequenzbehandlung unterworfen, d.h. im Ultra Turrax mechanisch aufgeschlossen. Anschließend wird der Faserbrei unter Normaldruck bei Temperaturen bis zu 100 C durch Destillation vom Lösungsmittel befreit und dann nochmals 2 Minuten mit einem Ultra Turrax mechanisch nachbe'handelt, um eventuell bei der Destillation entstehende leichte Faseragglomeration wieder aufzulösen.

Die hergestellten Kurzfasern sind sehr fein fibriliert, schlank und gekräuselt. Einzelne Mikrofibrillen sind teilweise in Längsrichtung zu dickeren Einzelfasern zusammengelagert. Die Faserdurchmesser liegen zwischen 5 und 50 /um . Die Faserlängen liegen zwischen 350 und 1 000 /um. Die Kurzfasern sehen Cellulosefasern sehr ähnlich.

Infolge der hohen Austrittsgeschwindigkeit des Wassertreibstrahles· wird auf sehr kleinem Volumen innerhalb des Impulsaustauschraumes eine hohe Energiedissipationsdichte von ca. 1 600 kW/rrr erzielt. Dadurch gelingt es, Fibrids mit großer spezifischer Oberfläche .herzustellen; in diesem Falle ergaben Messungen mittels Stickstoff-

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adsorption einen Wert von etwa JO m /g.

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Beispiel 2

Man verfährt wie in Beispiel 1 beschrieben, zerfasert jedodi eine 5 #ige Lösung in Cyclohexan, die in Abweichung von Beispiel 1 bei einer Temperatur von 145 C und unter einem Druck von 4,5 Atmosphären hergestellt wird. In Abänderung von Beispiel 1 beträgt die Geschwindigkeit des Wassertreibstrahls.22 m/sec. Man erhält Kurzfasern, die Dicken zwischen j50 und 250 /um und Längen zwischen 400 und 1 600 /um haben. Die Energiedissipationsdichte im Impulstauschraum beträgt 500-kW/m , die spezifische Oberfläche der Fasern etwa 10 m /g.

Beispiel 3

Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß man bei einer Temperatur von I85 C und einem Druck von 10 Atmosphären eine 10 #ige Lösung in Cyclohexan herstellt. Man erhält Kurzfasern, die Durchmesser zwischen 10 und 100/um und Paserlängen zwischen 400 und 2 000/um aufweisen.

Gleiche Ergebnisse erzielt man, wenn das turbulente Scherfeld statt in Wasser in Cyclohexan erzeugt wird.

Beispiel 4

Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß man eine 10 #ige Lösung in Cyclohexan herstellt,· die - bezogen auf die Lösungsmittelmenge - 3 Gewichtsprozent Wasser enthält. Die so hergestellten Fibrids sind relativ lang und weisen feinste Fibrillierungen auf. In Längsrichtung zeigen sie stärkere Agglomeration von feinen Fibrillen, daneben auch flächigere Gebilde. Die Faserdurchmesser liegen zwischen 10 und 100/um , die Faserlängen zwischen 400 und 5 000/um. Sehr ähnliche Kurzfasern können hergestellt werden, wenn man anstelle von Wasser 0,05 Gewichtsprozent Stickstoff der Polymerlösung zusetzt.

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Beispiel 5

Ein Polyäthylen, das eine Dichte von 0,96 g/cnr bei einem Schmelzindex von 5 (190°C/2,16 kg) und einen Schmelzpunkt von 132⁰C hat, wird in einem Lösungsmittelgemisch, bestehend aus 79 Gewichtsprozent Cyclohexan und 21 Gewichtsprozent Pentan, in einem Rührautoklav bei einer Temperatur von 155 C und unter einem Druck von 9 Atmosphären gelöst. Man stellt eine 3,3 $ige Polymerlösung her und führt sie durch eine beheizte Rohrleitung zu der in Beispiel 1 beschriebenen Zerfaserungsvorrichtung. Die Geschwindigkeit des Wassertreibstrahls beträgt 22 m/sec, die Wassertemperatur 25 C

Die mit Lösungsmittel gequollenen Päserchen werden in Gegenwart von 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polymere, einer oberflächenaktiven Substanz bei einer Stöffdichte von 1,1 Gewichtsprozent 3 Minuten mit einem Ultra Turrax behandelt. Dann entfernt man bei einem Druck von 100 Torr und Temperaturen bis zu 60 C die Lösungsmittel und behandelt anschließend nochmals die Fäserchen mit einem Ultra Turrax. Die so gewonnenen Fasern sind fein fibrilliert und verästelt. Die feinsten Verästelungen haben Dicken unter 10/um, während die Fasern selbst 10 bis 80/U Durchmesser haben und eine Länge zwischen 300 und 4 000/um aufweisen.

Beispiel 6

Ein hochmolekulares Polyäthylen, das eine Dichte von 0,952 g/cnr% einen Schmelzindex von 2 (190°C/2,16 kg) und einen Kristallitschmelzpunkt von 136°C hat, wird in einem RUhrautoklav unter einem Druck von 7 Atmosphären und bei einer Temperatur von 165°C in Cyclohexan gelöst. Man stellt eine 3 $ige Polymerlösung her und führt sie durch eine beheizte Rohrleitung der in Beispiel 1 angegebenen Zerfaserungsvorrichtung zu. Die Treibstrahlgeschwindigkeit des Wassers beträgt 22 m/sec, die Wassertemperatur 25°C.

Man erhält Fibrids, die mit Lösungsmittel gequollen sind. Die verfilzten Fäserchen und Faserbündel werden in Gegenwart von

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5 Gew.%, bezogen auf das Polymere, einer oberflächenwirksamen Substanz bei einer Stoffdichte von 1,1 Gewichtsprozent 3 Minuten lang mit einem Ultra Turrax aufgeschlossen. Dann entfernt man wie in Beispiel 5 angegeben das Lösungsmittel. Man erhält Kurzfasern, die sehr fein fibrilliert sind. Die Faserdurchmesser liegen zwischen 5 und 20 /um, die Faserlängen zwischen 2 000 und

6 000 /um.

Beispiel 7 ·

Verzweigtes Polyäthylen, das eine Dichte von O,9l8 g/cnr , einen Schmelzindex von 20 (190°C/2,17 kg) und einen Schmelzpunkt von 105 C hat, wird in' einem zweiwelligen Extruder aufgeschmolzen. Die Extruderschnecken haben ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 34 und einen Durchmesser von 2 Zoll. In die Polyäthylenschmelze wird mit Hilfe einer Dosierpumpe Pentan so zugegeben,, daß am Extruderausgang eine homogene Polymerlösung, bestehend aus 83 Gewichtsprozent Pentan und I7 Gewichtsprozent Polyäthylen, entsteht. Die homogene Lösung·verweilt etwa 3 Minuten im Extruder bei einer Temperatur von I25 C und wird dann der Zerfaserungsvorrichtung gemäß Beispiel 1 zugeführt. Die Geschwindigkeit des Wasserstrahls beträgt 40 m/sec, die Temperatur des Wassers l8°C. Man erhält Kurzfasern, die in einer Wasser-Pentan-Emulsion bei einer Stoffdichte von 1,7 Gewichtsprozent 3 Minuten lang mechanisch mit Hilfe eines Ultra Turrax-Gerätes behandelt werden. Bei Temperaturen bis zu 45°C wird Pentan abdestilliert. Die Fasern sind fein fibrilliert und haben eine schaumartige Struktur. Die Einzelfäserchen : zeigen feine Verästelungen und sind leicht gekräuselt. Ihre Dicken liegen.etwa zwischen 10 und 150/um, ihre Längen zwischen 250 und 3 000/um. Die Energie-Dissi-

pationsdichte im Impulsaustauschraum beträgt etwa 2 500 kW/m ,

ο die spezifische Oberfläche der Kurzfasern 1,1 m /g.

Beispiel 8

Polyäthylen, das eine Dichte von 0,918 g/cm , einen Schmelzindex von 20 (I90⁰ /2,16 kg) und einen Schmelzpunkt von 105°C hat, wird

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in dem in Beispiel 8 beschriebenen Extruder aufgeschmolzen. In die Polyäthylenschmelze wird mit Hilfe einer Pumpe Cyclohexan so zugegeben, daß die Extruderschnecke eine mit 60 Gew.% Cyclohexan versetzte homogene Polymerlösung, die eine Temperatur von I90 C hat, zur Zerfaserungsvorrichtung gemäß Figur 1 fördert. Zusätzlich wird nach dem Aufschmelzen des Polyäthylens Stickstoff mit einem Druck von 10 at und in einer Menge von 9 Nl/kg Polyäthylen zugegeben. Der vom Extruder vor der Zerfaserungsvorrichtung aufgebaute Druck beträgt 27 at, die Geschwindigkeit des Wasser-Treibstrahls 40 m/sec. und die Wassertemperatur 55 C. Man erhält Kurzfasern, die den Charakter von aus der Schmelze erstarrten Individuen mit stark aufgerissenen Oberflächen und leicht flächigem Aussehen haben.

Beispiel 9

In einem Rührdruckbehälter wird aus einem verzweigten Polyäthylen, das eine Dichte von 0,918 g/cm , einen Schmelzindex von 1,5 (190°C/2,16 kg) und einen Schmelzpunkt von 108°C hat, eine l.^-gewichtsprozentige Lösung in Pentan bei einer- Temperatur von 90 C und einem Druck von 4,5 at hergestellt und der in Beispiel 1 beschriebenen Zerfaserungsvorrichtung zugeführt. Die Treibstrahlgeschwindigkeit des Wasser beträgt 10 m/sec, die Wassertemperatur 26 C. Das Wasser enthält' eine oberflächenaktive Substanz in einer Konzentration von 0,1 Gew.^. Die entstandenen, Pentan enthaltenden Pasern werden in einem Wassep-Pentan-Gemisch bei einer Stoffdichte von 3*5 Gew.# 3 Minuten lang mit Hilfe eines Ultra Turrax mechanisch aufgeschlossen. Das Restlösungsmittel wird dann bei Temperaturen bis zu 40°C abdestilliert und der Rückstand anschließend ein zweites Mal mit einem Ultra Turrax behandelt. Man erhält Fibrids, die fein-fibrilliert sind. Sie ähneln den bekannten Fichten-Cellulose-Fasern. Die Faserdicken liegen zwischen 10 und 60 mm, die Faserlängen zwischen 250 und 15ΟΟ mm. Bei der Herstellung der Fibrids beträgt die Energiedissipationsdichte im Impulsaustauschrohr 40 kW/m. Die spezifische Oberfläche der Fasern beträgt 64 m /g.

Ähnliche Resultate erhält man, wenn man eine 5 $ige Lösung des gleichen Polymeren in Pentan oder aber eine 10 #ige Lösung des

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in Beispiel 7 angegebenen Polymeren in Pentan zerfasert.

Verzichtet man auf die Nachbehandlung der Fasern im Ultra Turrax nach der Destillation, so erhält man längere Fäserahen, die eine Länge bis zu etwa 10 mm haben können. Diese Fasern eignen sich besonders zur Herstellung von Vliesen.

Beispiel 10

Beispiel 9 wird wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß man eine 10 $ige Lösung des Polymeren herstellt. In Abänderung von Beispiel 10 beträgt die Geschwindigkeit des Treibstrahls 22 m/sec und die Wassertemperatur 50 C. Man erhält lange, schaumartig strukturierte Fasern, die recht. gleichmäßig sind. Sie eignen sich zur Herstellung von gröberen non-wov>ens, denen sie ein federndes, flexibles und weiches Verhalten verleihen. Die Durchmesser dieser Fasern hängen von den Dimensionen der Austrittsöffnungen der Zerfaserungsvorrichtung ab. Bei einem Durchmesser der Äuspreßdüsen von 1 mm beträgt die Dicke der Kurzfasern 2 bis j5 mm.

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Claims (4)

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   Patentansprüche

   I./ Verfahren zur Herstellung von Kurzfasern aus thermoplastischen Kunststoffen durch Zerteilen einer Lösung eines thermoplastischen Kunststoffs in einem Scherfeld, dadurch gekennzeichnet, daß man eine homogene Lösung eines thermoplastischen Kunststoffs in einem organischen Lösungsmittel, das nur bei hoher Temperatur den thermoplastischen Kunststoff homogen löst, durch Düsen in eine als Impulsaustauschraum ausgebildete Zone bringt, in der die homogene Lösung so weit abgekühlt wird, daß der thermoplastische Kunststoff ausfällt und in.der ein turbulentes Scherfeld existiert, das dadurch erzeugt wird, daß man einen oder mehrere Strahlen eines gasförmigen oder flüssigen Mediums mit einer Geschwindigkeit von mindestens 5 m/sec in den Impulsaustauschraum einleitet.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Durchmesser des Impulsaustauschraums das 2- bis 20-fache des mittleren Düsendurchmessers beträgt, durch den die homogene Lösung.ausgepreßt wird und die Länge des Impulsaustauschraums das 2- bis 30-fache des hydraulischen Durchmessers des Impulsaustauschraums beträgt.
3. 3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie-Dissipationsdichten im Impuls-

   ————— ρ ^- _

   austauschraum 10 bis 10 kW/nr betragen.
4. 4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die homogene Lösung zusätzlich ein Treibmittel enthält.

   Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG^,

   Ze lehn.

   409850/0469