DE2502555A1

DE2502555A1 - Faeden und fasern mit erhoehter anfaerbbarkeit

Info

Publication number: DE2502555A1
Application number: DE19752502555
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Dr Frohberg; Armin Dr Koehler; Herbert Dr Pelousek
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1975-01-23
Filing date: 1975-01-23
Publication date: 1976-07-29
Also published as: LU74220A1; FR2298625A1; DK25876A; JPS5199116A; BE837771A; NL7600726A; GB1517567A

Description

Bayer Aktiengesei !schaft 2502555

Zentralbereich Patent·, Marken und Lizenzen

500 Leverkusen. Bayerwerk

.,-.._■-■ *2·JAN. 1975 _

Sdt/Wn. Fäden und Pasern mit erhöhter Anfärbbarkeit.

Die Erfindung betrifft Fäden und Fasern aus Polyestern mit erhöhter Anfärbbarkeit.

Die Herstellung von Fäden und Fasern aus linearen fadenbildenden Polyestern ist bereits lange bekannt. Dabei werden Dicarbonsäuren mit Diolen zu hochmolekularen T. ine ar en Polyestern umgesetzt und diese anschließend versponnen. Als Dicarbonsäuren kommen beispielsweise Terephthalsäure, Isophthalsäure und Hexahydro terephthalsäure in Frage. Als Glykole seien Ä'thylenglykol, Butandiol-1,4, Propandiol-1,3 oder 1,4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan erwähnt. Der bekannteste Vertreter dieser Polyesterklasse ist Polyäthylenterephthalat.

Die aus solchen Polyestern nach dem Schmelzspinnverfahren hergestellten Fäden werden üblicherweise gebündelt, in heißem V/asser öder einem anderen Medium verstreckt, in heißer Luft fixiert, gekräuselt und geschnitten. Die auf diese Weise hergestellten Fasern haben normalerweise eine Festigkeit von 2,5 bis 4,5 p/dtex, eine Dehnung von 20-50 % und einen Kochschrumpf von 0 - J5 %· Aus diesen Fasern lassen sich Textilien ,mit ausgezeichneten Trageeigenschaften, wie geringe Knitteranfälligkeit, geringe Wasseraufnahme und daher leichtes Trocknen oder hohe Festigkeit und gute Scheuerbeständigkeit herstellen.

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Da man es vorzieht, aus KostengrUnden keine spinngefärbten Fäden für die Textilien zu verarbeiten, muß sich an den oben geschilderten Prozeß ein Färbeprozeß anschließen. Dabei treten häufig Schwierigkeiten auf, weil sich Textilien aus Polyesterfasern, besonders solche, die aus Polyestern auf Basis Terephthalsäure und Äthylenglykol und/oder 1,4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan hergestellt sind, schlecht in einem normalen Färbeprozeß anfärben lassen. . .

Man ist deshalb bei Polyesterfasermaterialien sowie Mischartikeln aus Polyesterfasern mit anderen Begleitfasern dazu übergegangen, nach folgenden Methoden zu färben : 1.) Nach der Carrier-Färbemethode bei Kochtemperatur;

2.) Neben der Hochtemperatur (HT)-Färbemethode bei 12O-135°C für Polyesterfasern und ihre Mischartikel mit Zellulosefasern, bzw. bei 1O4-1O6°C für Polyesterfaser/WollesMischartikeln.

Bei Färbungen, die bei Kochtemperaturen durchgeführt werden und bei Färbungen im Temperaturbereich von 1O4-1O6°C ist der Zusatz von Carriern notwendig. Normalerweise wird bei Färbungen im Temperaturbereich von 12O-135°C die Difussionsgeschwindigkeit der Dispersionsfarbstoffe so weit gesteigert, daß unter diesen Bedingungen auch höhere Farbstoffprozentsätze ohne Carrier in kürzerer Zeit auf die Polyesterfaser ziehen. Es hat sich Jedoch gezeigt, daß für bestimmte Dispersionsfarbstoffe und für schlechter ziehende Polyesterfasern auch im HT-Verfahren die Mitverwendung kleinerer Carriermengen vorteilhaft ist. Als Carrier verwendet man u.a. Kombinationen auf Basis von o-Phenylphenol, chlorierten Benzolen oder Phenolen. Diese Verbindungen sind meist physiologisch nicht unbedenklich, d.h. sie dürfen nicht eingeatmet werden und nicht mit der Haut in Berührung kommen und müssen außerdem möglichst restlos

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aus dem Abwasser entfernt werden, weil sie nur unvollständig oder überhaupt nicht biologisch abbaubar sind.

Es besteht daher aus Gründen des Gesundheitsschutzes und aus Kostengründen beim Färben und beim Reinigen des Abwassers der Wunsch, Polyester vor allem auf Basis Terephthalsäure, Äthxlenglykol und l^-Bis-ChydroxymethylJ-cyclohexan zu schaffen, die sich carrierfrei anfärben lassen.

Die auf diesem Gebiet vorliegenden Arbeiten sind sehr mannigfaltig und zahlreich. Grundsätzlich wird versucht, z.B. in die Polymerkette aus Terephthalsäure und Äthylenglykol und/oder 1,4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan andere Dicarbonsäuren oder andere Diole einzubauen, um dadurch das innere Gefüge und den kristallinen Aufbau der Fasern zu stören und aufzulockern, so daß die Farbstoffe leichter in das Fadeninnere^eindringen können.

Zur Variation der Dicarbonsäurekomponente verwendet man beispielsweise untergeordnete Mengen an Sebacin- oder Adipinsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 4,4'-Diphenyldicarbonsäure oder 2,5-Dimethoxyterephthalsäure.

Als geeignete Diole für die Cokondensation haben sich neben · Äthylenglykol und l,4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan Propandiol-1,5 bzw. -1,2 , Butandiol-1,4 oder bisoxäthyliertes Hydrochinon oder bisoxäthyliertes ρ,ρ'-Dihydroxy-diphenyldimethylmethan erwiesen.

Diese Dicarbonsäuren und/oder Diole werden unter den üblichen Bedingungen in den Polyester einkondensiert und führen zu Copolyesters mit mehr oder minder verbesserter Anfärbbarkeit.

Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß Fäden und Fasern, die aus einem Polymerengemisch von 85 bis 97 Gew.# eines

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Polyesters der Terephthalsäure und des Äthylenglykols oder der. l,^-Bi;;-(hydroxymethyl)-cyclohexans und 2 bis 15 Gew.% eines Polybutylenterephthalat^ bestehen, eine so gute Anfärbbarkeit zeigen, daß sie carrierfrei angefärbt werden können.

Gegenstand der Erfindung sind daher Fäden und Pasern, bestehend aus einem Polymergemisch aus 85 bis 97 Gew.^ eines Terephthalsuurepolyesters des Sthylenglykols oder des l,4-BJs-(hydroxymethyl)-cyclohexans und j5 bis 15 Gew.% eines Polybiatylenterephthalats.

Diese Fäden und Fasern enthalten vorzugsweise 88 bis 95 Gew.% eines Terephthalsäurepolyesters und 5-12 Gew„# eines PoIybutylenterephthalats.

Die Terephthalsäurepolyester können neben Terephthalsäure auch untergeordnete Mengen an anderen Dicarbonsäuren, wie Hexahydroterephthalsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure und Isophthalsäure enthalten.

Man erhält die erfindungsgemäßen Fäden und Fasern durch Verspinnen aus der Schmelze einer Mischung eines Terephthalsäurepolyesters und eines PolybutylenterephthalatsUnd anschließende Nachbehandlung in an sich bekannter Weise.

Dem Schmelzspinnvorgang schließen sich in bekannter Weise die Schritte des VerStreckens, Pixierens, ggfls. Kräuseins und Schneidens auf Stapellänge an.

Die Terephthalsäurepolyester sollten, je nach Type, relative Viskositäten, wie weiter unten definiert, wie folgt aufweisen:

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2 5 O 2 5 5 5

Polyethylenterephthalat I.30 - 2.00 vorzugsw. T.4o - I.80

Die relative Viskosität, wie weiter unten definiert, der PoIybutylenterephthalate sollte im Bereich von 1,¹I-O bis 2,40 _/ vorzugsweise von 1,50 bis 2,10 liegen.

Es ist ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Pasern, daß sie auf besonders wirtschaftliche Weise hergestellt werden können, weil man keine (aufwendige) Cokondensation durchführen muß, sondern lediglich das Polyestergranulat mit dem PoIybutylenterephthalatgranulat vermengt, die Granulatmischung nach dem Schmelzspinnverfahren zu Fäden verspinnt, bzw. die Granulate getrennt aufschmilzt, die Schmelze über einen Mischer gut mischt und dann nach dem Schmelzspinnverfahren zu Fäden verspinnt, die gebündelten Fäden z.B. in heißem Wasser verstreckt, in heißer Luft fixiert, kräuselt und schneidet.

Ein weiterer Vorteil dieser Polymerenmischung ist es, daß die Polybutylenterephthalate eine ausgezeichnete Verträglichkeit mit dem Polyester aus Terephthalsäure und den Glykolen 1,4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan oder Äthylenglykol zeigen. Es wurden beim Extrudieren keine Entmischungserscheinungen bemerkt; die Fäden haben die normalen Eigenschaften des reinen Polyesters, wie z.B. eine Festigkeit von 2,5 - 3*5 p/dtex bei 20-50 % Dehnung. Auch Farbe und Weißgrad der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Fasern sind unverändert.

Lediglich das Farbaufnahmevermögen ist so stark erhöht, daß Textilien aus diesen Fasern carrierfrei angefärbt werden können.

Röntgenuntersuchungen von Fasern aus den beanspruchten Polymerengemischen zeigen gegenüber Fasern aus dem reinen Polyester, daß bei ihnen ein verminderter Anteil an kristallinen Bereichen vorliegt.

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Die Ursache dafür liegt darin, daß das Einmischen des Polybutylenterephthalat s den morphologischen Aufbau der kristallinen Bereiche so stark stört, daß nur kleinere Lamellen oder Micellen gebildet werden können, so daß der Anteil der amorphen Bereiche auf Kosten der kristallinen Bereiche ansteigt. Auf Grund dieses erhöhten Anteils an amorphen Bereichen ist es den Dispersionsfarbstoffen möglich, so schnell und tief in die Faser einzudringen, daß auf die Quellwirkung des Carriers verzichtet werden kann.

Damit wird der Färbeprozeß auch aus ökologischen Gründen wesentlich einfacher zu handhaben.

Ein geringerer Anteil als j5 Gew.# Polybutylenterephthalat im Polymerengemisch bringt nur einen ungenügenden Anstieg der Anfärbbarkeit, so daß doch wieder Carrier beim Färben zu Hilfe genommen werden müssen.

Bei einer höheren Zugabe als 15 Gew.# des Polybutylenterephthalats zu dem Terephthalsäurepolyester wird der ursprüngliche Charakter der reinen Polyesterfaser zu stark verändert. Man erkennt dies an dem erniedrigten Schmelzpunkt, Festigkeit und Scheuerbeständigkeit nehmen ab, und man stellt vermehrt Spinnstörungen fest.

^Die in der Beschreibung und den Beispielen angeführte relative Viskosität der Terephthalsäurepolyester ist das Verhältnis der Viskosität einer l^igen Lösung des Polyesters in o-Chlorphenol zur Viskosität des reinen o-Chlorphenols, gemessen jeweils in gleichen Einheiten bei 25°C.

Die Färbeversuche zeigen, daß Stapelfasern, die aus einem Polymergemisch aus 85 bis 97, vorzugsweise 88 bis 95 Gew.# des Terephthalsäurepolyesters des Ä'thylenglykols oder des 1,k-B±s-(hydroxymethyl )-cyclohexane und j5 bis 15* vorzugsweise 5 bis 12 Gew.# des Polybutylenterephthalats hergestellt wurden, genauso tief und schnell ohne Carrier angefärbt werden können wie

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Stapelfasern des reinen Polyesters mit Carrier angefärbt werden.

Für die Vergleichmessungen wurde nach folgenden Methoden gefärbt ( vgl. H. Ludewig "Polyesterfasern", Akademie Verlag Berlin, 1965, Seite ^46 ) :

Methode 1 :

Vor dem Färben werden die Fasern gründlich gewaschen. Das Flottenverhältnis beträgt 1 : 20. Beim Färben mit Carrier wird der Flotte 4 g/l eines handelsüblichen Carriers ( Levegalt ) pt der Bayer AG ) zugegeben. Anschließend wird mit Mononatriumphosphat und Essigsäure ein pH-Wert von 4,5 bis 5,5 eingestellt. Sodann wird die Flotte mit 2 % des Dispersionsfarbstoffes der Formel

0 OH

versetzt und der pH-Wert evtl. nachgestellt. Das Färbebad wird dann in 20 Minuten auf 80 - 85⁰C aufgeheizt und 15 - 20 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Bei dieser Verweilzeit findet die Quellwirkung des Carriers statt. Im weiteren Verlaufe von 30 Minuten wird das Bad zum Kochen gebracht und eine Stunde bei dieser Temperatur gehalten. Nach beendigtem Färbeprozeß wird das gefärbte Material warm gespült und dann getrocknet.

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Methode 2 :

Beim Färben ohne Carrier wurde der gleiche Färbeprozeß wie bei Methode 1 durchgeführt,■jedoch wurde der Flotte kein Carrier zugegeben. Die in den Beispielen wiedergegebenen Versuche zeigen, daß die erfindungsgemäßen Stapelfasern sich ohne Carrier genauso tief anfärben lassen, wie Fasern des reinen Polyesters mit Carrier angefärbt werden.

Zur genaueren Überprüfung dieser Versuche wurde die Farbvalenz, die aus drei Farbwerten besteht und eine Farbe eindeutig festlegt, bestimmt. Bezugssystem ist das international vereinbarte CIE-System, das gleichbedeutend mit dem Norm-Valenz-System DIN 5033 ist. Die Farbwerte im CIE-System bezeichnet man mit X, Y, Z.

Zur Messung werden die Fasern in eine runde Küvette gepreßt. Dann wird mit dem Filter-Photometer ELREPHO der Firma Carl Zeiss das Dreibereichsfarbmeßverfahren durchgeführt. Dieses Verfahren besteht darin, daß man den Remissionsgrad der Probe mit drei speziellen Farbmeßfiltern mißt und aus den Remissionswerten

R_v, R. R^ auf einfache Weise die Farbwerte X, Y, Z nachfolgenx y ζ

den Formeln errechnet:

Für Normlichtart C

X = 0,782 . R_x + 0,198 . R₂

^Y - ¹V

Z = I.I8I ο R„

Beispiel 1 :

90 Gewichtsteile Granulat des Polyesters aus Terephthalsäure und 1,¹I-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan mit einem Schmelzpunkt von 293⁰C und einer relativen Viskosität von l,8l werden mit 10 Gewichtsteilen Granulat des Polybutylenterephthalats mit einem Schmelzbereich zwischen 223-227⁰C und einer relativen Viskosität von 1,86 intensiv gemischt, getrocknet und dann

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nach der Technik des Schmelzspinnens durch eine Mehrlochdüse zu Fäden mit einem Einzeltiter von 10 dtex versponnen und mit einer Geschwindigkeit von 1100 m/min aufgewickelt. Die Spinnfäden werden zu einem Kabel von 10 000 dtex gefacht, in einem Dämpfkanel von 170⁰C im Verhältnis 1 : 3,2o verstreckt, in einer Stauchkammer gekräuselt, spannungslos in heißer Luft getrocknet und anschließend zu Stapelfasern von βθ mm Länge geschnitten. Die Fasern zeigen eine Festigkeit von 2,4 p/dtex, eine Dehnung von 33 % und einen Kochschrumpf von 2 %,

Die Fasern werden nun nach dem oben beschriebenen Färbeverfahren ( Methode 2, ohne Carrier ) mit dem Dispersionsfarbstoff der Formel I angefärbt. Nach erfolgtem Färbeprozeß haben die Fasern einen tiefblauen Farbton.

Die Stapelfasern werden in eine Küvette gepreßt und das oben beschriebene Dreibereichsfarbmeßverfahren durchgeführt. Die gefundenen Farbwerte lauten:

X = 17,9

Y = 16,6 Z = 37,0

Führt man nun den gesamten Herstellungsprozeß nur mit dem Granulat des oben verwendeten Polyesters aus Terephthalsäure und !,^-Bis-ChydroxymethylJ-cyclohexan durch und färbt diese Fasern ebenfalls wie oben beschrieben, jedoch unter Verwendung des Carriers Levegal PT (Methode 1) an, so erhält man ebenfalls tiefblaue Fasern, die vom Anblick her gleich tief gefärbt sind.

Die gemessenen Farbwerte lauten : X= 18,1

Y = 16,9 Z = 37,5

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Die Pasern aus 90 Gewichtsteilen des Polyesters aus Terephthalsäure und l,4-Bis-(hydroxymethyl)-cyclohexan und 10 Gewichtsteilen des Polybutylenterephthalats lassen sich also ohne Carrier genau so gut und so schnell anfärben wie Fasern aus dem reinen Polyester unter Verwendung des Carriers angefärbt werden.

Beispiel 2 :

92 Gewichtsteile Granulat aus Polyäthylenterephthalat (Schmelzpunkt 250⁰C , relative Viskosität 1,75 ) werden mit 8 Gewichtsteilen Granulat des Polybutylenterephthalats mit einem Schmelzbereich zwischen 223-227°C und einer relativen Viskosität von 1,91 intensiv gemischt, getrocknet und dann nach der Technik des Schmelzspinnens durch eine Mehrlochdüse zu Fäden mit einem Einzeltiter von 10 dtex versponnen und mit einer Geschwindigkeit von 1100 m/min aufgewickelt. Die Spinnfäden werden zu einem Kabel von 10 000 dtex gefacht, in einem Wasserbad von 95°C im Verhältnis 1 : 5,2 und in einem anschließenden Dämpf kanal von 170⁰C im Verhältnis 1 : 1,4 verstreckt, in einer Stauchkammer gekräuselt, spannungslos in heißer Luft getrocknet und anschließend zu Stapelfasern von 6o mm Länge geschnitten. Die Fasern zeigen eine Festigkeit von 2,6 p/dtex, eine Dehnung von 36$ und einen Kochschrumpf von 2 %.

Die Fasern werden nun nach dem oben beschriebenen Färbeverfahren (Methode 2, ohne Carrier) mit dem gleichen Dispersionsfarbstoff wie in Beispiel 1 angefärbt. Nach erfolgtem Färbeprozeß haben die Fasern einen tiefblauen Farbton.

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Die Stapelfasern werden in eine Küvette gepreßt und das oben beschriebene Dreibereichsfarbmeßverfahren durchgeführt. Die gefundenen Farbwerte lauten :

X = 12,1 ·

Y = 10,9 Z = 26,1

Führt man nun den gesamten Herstellungsprozeß nur mit dem Granulat des oben verwendeten Polyäthylenterephthalats durch und färbt diese Fasern ebenfalls wie oben beschrieben unter Verwendung des Carriers Levegal PT (Methode 1) an, so erhält man ebenfalls tiefblaue Fasern, die vom Anblick her gleich tief gefärbt sind. Die gemessenen Farbwerte lauten: X = 12,6

Y = 11,5 Z = 28,1

Die Farbwerte bestätigen, daß ohne Carrier der gleiche Farbton erhalten wurde.

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Claims

Patentansprüche ;

1.) Fäden und Fasern, bestehend aus einem Polymergemisch aus 85 bis 97 Gew.# eines Tereph thai Säurepolyesters des Äthylenglykols oder des 1,4-Bis-(hydroxymethyl)cyclohexans und 3 bis 15 Gew.# eines Polybutylenterephthalats.

2.) Verfahren zur Herstellung von Fäden und Fasern durch Verspinnen von Mischungen hochpolymerer linearer Verbindungen und Nachbehandlung der so erhaltenen Fäden in bekannter Weise, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus 85 bis 97 Gew.# eines Terephthalsäurepolyesters des Äthylenglykols oder des 1,4-Bis-(hydroxymethyl)cyclohexane und 3 bis 15 Gew.# eines Polybutylenterephthalats verspinnt.

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