DE2753789C2

DE2753789C2 -

Info

Publication number: DE2753789C2
Application number: DE2753789A
Authority: DE
Inventors: Gerald Prescott Morie; Cephas Hiram Sloan; Winston Jerome Jackson Jun.; Herbert Fred Kingsport Tenn. Us Kuhfuss
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1977-12-02
Publication date: 1990-03-15
Also published as: DE2753789A1; US4145518A; FR2372913B1; IT1089432B; CA1092748A; GB1568535A; BR7707956A; JPS626006B2; JPS5374127A; FR2372913A1; NL7713428A

Description

Es ist allgemein bekannt, daß sich Polyester aus Terephthalsäure und 1,2-Propandiol nicht zur Herstellung von Textilfasern eignen. In der japanischen Patentschrift 47 941/73 heißt es beispielsweise:
"Propylenterephthalatharze unterscheiden sich andererseits beträchtlich von Ethylenterephthalatharzen, obgleich aufgrund der Molekularstruktur angenommen werden muß, daß sie in gleicher oder ähnlicher Weise verarbeitet werden können. Da Propylenterephthalatharze nicht kristallin sind, werden sie nicht zur Herstellung von Fasern und Folien verwendet, sondern allenfalls zur Herstellung von Spritzgußkörpern. Infolgedessen wurde es bisher auch nicht für möglich gehalten, das Harz mit Glasfasern zu vermischen, um seine Eigenschaften zu verbessern."

In der US-PS 33 21 437, aus der die Herstellung von Fasern und Folien aus linearen Polyestern aus symmetrischen Dicarbonsäuren und unsymmetrischen Diolen bekannt ist, heißt es in Spalte 1, Zeilen 55-70, daß Fasern aus Terephthalsäure und 1,2-Propandiol amorph sind, bei 122°C schmelzen und für die Herstellung von Fasern ohne Wert sind.

Auch in der US-PS 38 14 725, in der Formharze aus Polypropylenterephthalat und Polybutylenterephthalat bekannt sind, findet sich kein Hinweis auf dieVerwendung von Polyterephthalaten zur Herstellung von Fasern.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich bestimmte Polyester aus Terephthalsäure und 1,2 Propylenglykol hervorragend zur Herstellung von faserigen Gegenständen aus mittels eines Weichmachers miteinander verbundenen Fasern eignen.

Gegenstand der Erfindung ist somit die Verwendung von Fasern aus einem Polyester aus Terephthalsäure oder einem einen Ester bildenden Derivat hiervon sowie einer Glykolkomponente, bestehend zu 60 bis 100 Mol-% aus 1,2-Propylenglykol und 0 bis 40 Mol-% Ethylenglykol, der keine Kristallinität, eine Inherent Viskosität, gemessen in einem Lösungsmittelgemisch aus 60 Gew.- Teilen Phenol und 40 Gew.-Teilen Tetrachlorethan bei 25°C in einer Konzentration von 0,5 g Polyester in 100 ml Lösungsmittelgemisch, von mindestens 0,35 sowie einem Tg-Wert von mindestens 80°C aufweist, zur Herstellung von faserigen Gegenständen aus mittels eines Weichmachers miteinander verbundenen Fasern.

In besonders vorteilhafter Weise lassen sich die beschriebenen Polyester zur Herstellung von Tabakrauchfilterelementen sowie zur Herstellung von Faservliesen (nonwoven articles) verwendet.

Die vorteilhafte Verwendbarkeit der Fasern wird durch eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften der Fasern ermöglicht, nämlich:

(1) Sie lassen sich rasch unter Verwendung vergleichsweise geringer Mengen an üblichen Weichmachern, die üblicherweise zur Herstellung von Zigarettenfilterstäben und Zigarettenfilterelementen verwendet werden, miteinander verbinden oder verkleben;
(2) sie lassen sich zur Herstellung von Zigarettenfilterelementen verarbeiten, die vorteilhafte Geschmacks-Charakteristika aufweisen;
(3) sie weisen einen vergleichsweise geringen Schrumpf bei hohen Temperaturen auf, wie sie beim Zigarettenrauchen auftreten;
(4) sie lassen sich unter Verwendung von üblichen Weichmachern zu festen kohärenten Strukturen verarbeiten;
(5) sie lassen sich mit anderen kristallinen polymeren Stoffen vermischen und behalten dennoch ihre vorteilhaften Filtereigenschaften bei;
(6) sie lassen sich zu Fäden von sehr feinen Deniergraden verstrecken, die eine günstigere Filtration als andere Filtermaterialien, wie beispielsweise Celluloseacetatfasern, ermöglichen;
(7) sie lassen sich schneller unter Verwendung von Weichmacher miteinander verbinden oder verkleben als andere bekannte Filtermaterialien, und
(8) sie lassen sich leicht zu sogenannten "nonwoven articles", wie beispielsweise sogenannten diaper liners verarbeiten, die durch vorteilhafte physikalische Eigenschaften gekennzeichnet sind.

Die Polymeren, aus denen die erfindungsgemäß verwendeten Fasern hergestellt sind, weisen keine oder praktisch keine Krsitallinität auf und sind durch eine Glasübergangstemperatur von mindestens 80°C und vorzugsweise mindestens 85°C gekennzeichnet. Die Fasern lassen sich mit den verschiedensten üblichen bekannten, hochsiedenden Weichmachern auf Basis organischer Ester, wie sie beispielsweise zur Herstellung von Celluloseacetat-Zigarettenfilterelementen verwendet werden, verbinden oder verkleben. Bei diesen Weichmachern kann es sich um weichmachende Bindemittel, wie beispielsweise Triacetin- (glyceryltriacetat), beispielsweise vermischt mit einem Dialkylorthophthalat, z. B. Diäthylphthalat oder Dibutylphthalat handeln oder Dioctylphthalatalkylenglykol- und Polyalkylenglykolester der Acetoessigsäure, z. B. Glyceryltriacetoacetat, Äthylenglykol- diacetoacetat, Propylenglykol-diacetoacetat, Tetraäthylenglykol- diacetoacetat, Dipropylenglykol-diacetoacetat, Glyceryltriacetoacetat, Propionsäureester des Tri-, Tetra- und Pentaäthylenglykols, Polyäthylenglykoldiacetat sowie Weichmachergemische aus beispielsweise 40 bis 60 Gew.-% Glyceryltriacetat und zum Rest Polyäthylenglykol-diacetat.

Als besonders vorteilhafte Weichmacher haben sich Diäthylenglykol-diacetat und Glyceryltriacetat (Triacetin) erwiesen, wenn die Fasern zur Herstellung von Zigarettenfilterelementen verwendet werden und Dimethylphthalat, 1,3-Butandiol-diacetat und γ-Butyrolacton, wenn die Polyesterfasern zur Herstellung von sogenannten "nonwoven" Gegenständen verwendet werden.

Die Bindefähigkeit der Fasern ist wesentlich für die Herstellung einer Fasermasse mit der erforderlichen Steifheit für die Herstellung von Zigaretten-filterelementen und anderen "nonwoven" Gegenständen.

Die Polyesterfasern mit einer Glasübergangstemperatur (Tg) von mindestens 80°C lassen sich bei Raumtemperatur beispielsweise mit Triethylenglykol-diacetat (TÄG-Diacetat), Glyceryltriacetat, Dimethylphthalat, 1,3-Butandioldiacetat und q-Butyrolacton wie auch Mischungen hiervon verbinden. TÄG-Diacetat sowie Glyceryltriacetat haben sich besonders vorteilhaft dann erwiesen, wenn die Fasern zur Herstellung von Zigarettenfilterelementen verwendet werden. Da das Tabakende von Zigarettenfilterelementen eine Temepratur von etwa 80°C bei den letzten Zügen des Rauchers erreichen kann, hat sich eine Glasübergangstemperatur von mindestens 85°C als vorteilhaft erwiesen, um einen übermäßigen Schrumpf der versteckten Fasern ohne Kristallinität zu vermeiden. Dimethylphthalat und γ-Butyrolacton haben sich als nicht ganz so vorteilhaft wie TÄG-Diacetat und Glyceryltriacetat bei der Herstellung von Zigarettenfilterelementen erwiesen, jedoch können sie in vorteilhafter Weise auch dann eingesetzt werden, wenn die Fasern zur Herstellung von anderen "nonwoven" Gegenständen verwendet werden.

Besonders vorteilhafte Polyester, die zur Herstellung von Zigarettenfilterelementen verwendet werden können, sind solche, die gekennzeichnet sind durch einen Tg-Wert von größer als 85°C und deren Glykolkomponente vollständig oder praktisch vollständig aus 1,2-Propylenglykol besteht und die eine Inherent-Viskosität von mindestens 0,5 aufweisen.

Werden die Fasern zur Herstellung von "nonwoven" oder "nicht-gewebten" Bändern oder Bahnen verwendet, so werden die Fasern vorzugsweise aus Polyestern hergestellt, deren Glykolkomponente zu 10 bis 30 Mol-% aus Äthylenglykol und zu 90 bis 70 Mol-% aus 1,2-Propylenglykol besteht. Werden die Fasern zu anderen Zwecken als zur Herstellung von Zigarettenfilterelementen verwendet, so können zur Herstellung dieser Gegenstände die verschiedensten üblichen bekannten Bindungslösungsmittel verwendet werden, d. h. die verschiedensten üblichen bekannten organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise Äthylacetat, Methyläthylketon, Methylenchlorid, Dimethylformamid und dergleichen. Besonders vorteilhafte Lösungsmittel sind jedoch, die bereits erwähnten hochsiedenden Lösungsmittel, da bei ihrer Verwendung die Notwendigkeit der Installierung teurer Lösungsmittel- Wiedergewinnungssysteme entfällt.

Die Polyester, die zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Fasern verwendet werden können, lassen sich herstellen aus Terephthalsäure oder einem einen Ester bildenden Derivat hiervon und verschiedenen Mengen an 1,2-Propandiol und Äthylenglykol, wie bereits angegeben. In vorteilhafter Weise lassen sich 0 bis 0,5 Mol-% eines trifunktionellen oder tetrafunktionellen Modifizierungsmittels bei der Herstellung der Polyester verwenden. Typische Beispiele für derartige Modifizierungsmittel sind Trimethylolpropan, Trimethylolethan, 1,2,3-Propantriol, Trimesinsäure sowie Trimellitsäureanhydrid und Pentaerythritol.

Zur Herstellung der Polyester können des weiteren übliche bekannte Katalysatoren verwendet werden. Ein vorteilhaftes Katalysatorsystem enthält Zink, z. B. 130 ppm Zink, beispielsweise zugesetzt in Form des Diacetates, Titan, beispielsweise 28 ppm Titan, beispielsweise in Form eines Tetraalkoxides zugesetzt, sowie eine vergleichsweise geringe Menge Phosphor, das beispielsweise in Form von tri(2-ethylhexyl)phosphat zugesetzt werden kann.

Die Inherent-Viskosität der Polyester liegt bei mindestens 0,35 und vorzugsweise bei mindestens 0,5.

Aus den Polyestern lassen sich Fasern nach dem Schmelzspinnverfahren und Orientierung durch Verstrecken herstellen. Da die Fasern amorph sind, sind sie nicht wärmefixierbar.

Die Fasern können um das 2- bis etwa 5fache ihrer ursprünglichen Länge verstreckt werden, unter Erzeugung von Fasern einer solchen Feinheit, wie beispielsweise 0,088 tex/Faden. Im Fallle von Filtermaterialien liegt die bevorzugte Fasergröße bei etwa 0,088 tex/Faden bis etwa 0,88 tex/Faden. Derartige Fasern oder Fäden lassen sich zu Gruppen oder Bündeln von etwa 5000 bis etwa 20 000 Fasern bzw. Fäden vereinigten, wobei Gesamttexwerte von etwa 2222 bis 5555 anfallen. Die Fasern bzw. Fäden können in üblicher bekannter Weise gekräuselt werden (z. B. 10 bis 30 Kräuselungen auf eine Länge von 2,54 cm), worauf die gekräuselten Taue oder Kabel zur Herstellung von Tabakrauchfilterelementen verwendet werden können.

In vorteilhafter Weise wird dem Tau oder Kabel ein hochsiedender Weichmacher in Konzentrationen von 2 bis 10%, bezogen auf das Gewicht des Taues bzw. Kabels, zugesetzt. Die Fasern bzw. Fäden können dann in eine übliche Filtergarnitur eingeführt und mit Papier umhüllt werden. Eine Bindung tritt normalerweise innerhalb von 10 Minuten oder in noch kürzerer Zeit bei Raumtemperatur ein.

Die verwendeten Polyesterfasern weisen gegenüber Celluloseacetatfasern bei der Herstellung von Zigarettenfilterelementen mehrere Vorteile auf. So lassen sich die Fasern um das Mehrfache ihrer ursprünglichen Länge verstrecken, weshalb sich sehr feine Fasern von weniger als 0,11 tex/Faden erhalten lassen. Derartige feine Fasern bzw. Fäden weisen bei der Filtration von Tabakrauch eine beträchtlich größere Effektivität auf als größere Fasern.

Einige der amorphen Polyesterfasern lassen sich unter Verwendung sehr geringer Mengen an bindendem Weichmacher (4%) zu starren Stäben verkleben oder verbinden. Celluloseacetatfasern benötigen ungefähr die zweifache Menge an bindendem Weichmacher um eine äquivalente Bindung zu erreichen. Die Verwendung von geringeren Weichmachermengen ist nicht nur ein ökonomischer Vorteil. Vielmehr tritt auch weniger Weichmacher aus dem Polyesterfilter in den Rauch aus als aus den üblichen bekannten Celluloseacetatfiltern. Schließlich hat sich gezeigt, daß die Bindung vieler Polyesterfasern kräftiger ist als die Bindung von Celluloseacetatfasern.

Zur Herstellung von einem Vlies oder einer Bahn aus nicht-gewebtem Material für textile Anwendungszwecke, werden die Polyesterfasern zunächst in ein Vlies, ein Tau oder ein Kabel überführt, oder sie werden in besonders vorteilhafter Weise zu Stapelfasern (genauer: gekräuselten Stapelfasern) einer Länge von 2,54 bis 5,08 cm verarbeitet. Die Stapelfasern werden dann zu einer Art Matte verformt, auf die 2 bis 10% Bindemittel, beispielsweise Esterbindemittel, aufgesprüht oder in anderer Weise aufgebracht wird. Die Matte oder Bahn wird dann über Walzen oder durch Walzenpaare geführt, oder es wird in irgendeiner anderen Weise Druck ausgeübt, um den notwendigen Kontakt zur Erzeugung einer Bindung herbeizuführen. Die Bindung erfolgt dabei normalerweise innerhalb von 10 Minuten oder in einer noch kürzeren Zeitspanne, wobei ein festes, nicht-gewebtes Material (nonwoven-fabric) erhalten wird, ohne daß es dabei erforderlich ist, eine Trockenstufe einzuführen, was dann der Fall ist, wenn übliche Klebstoffe bei der Herstellung von nonwoven fabrics oder anderen Gegenständen verwendet werden.

Werden die Polyesterfasern mit kleinen Mengen an Weichmachern z. B. 3% Triacetin behandelt, so werden die Fäden unmittelbar zu kohärenten Stäben verbunden, wenn sie beispielsweise der Einwirkung warmer Luft ausgesetzt werden, obgleich die Glasübergangstemperatur der Polymeren bei über 80°C, beispielsweise 80 bis 95°C, liegt.

Die Bildung von nicht-umhüllten Stäben in dieser Weise hat sich aus mehreren Gründen als vorteilhaft erwiesen. Beispielsweise kann auf die Papierumhüllung verzichtet werden, wodurch Kosten eingespart werden können. Die Filterstäbe werden unmittelbar fest und lassen sich schneller als übliche Filterstäbe weiterverarbeiten und zerschneiden. Diese nicht-umhüllten Stäbe und Stäbe, die nach üblichen bekannten Verfahren hergestellt wurden, lassen sich bei nur mäßiger Wärmezufuhr in Formelemente überführen, die sich als außerordentlich wirksam für die Filtration von teilchenförmigem Material aus Zigarettenrauch erwiesen haben. Des weiteren hat sich gezeigt, daß sich die erfindungsgemäßen Polyesterfasern bei überraschend geringen Temperaturen von beispielsweise 60°C verformen lassen, d. h. Temperaturen, die um 60°C niedriger sind als die Verformungstemperaturen von Celluloseacetatfasern.

Die erfindungsgemäß verwendeten Fasern lassen sich des weiteren unter Verwendung von Weichmachern zu Bahnen verarbeiten, die als Zigarettenfiltermaterial verwendbar sind. Dies läßt sich erreichen durch Herstellung von festen nicht-gewebten Bahnen aus Mischungen von Stapelfasern aus einem amorphen Polyester des erfindungsgemäß verwendeten Typs und einem kristallinen Polyester, z. B. Poly- (ethylenterephthalat). Die Stapelfasern können auf einer üblichen Krempel- oder Raummaschine miteinander vermischt und in eine lose Faserbahn überführt werden. Auf diese Bahn wird dann eine vergleichsweise geringe Menge an Weichmacher (weniger als 10%), beispielsweise TÄG-Diacetat, oder eine wäßrige Weichmacherlösung aufgebracht, worauf die Bahn der Einwirkung von Druck ausgesetzt wird, beispielsweise 10 Minuten lang, oder worauf die Bahn über Walzen oder durch einen von zwei Walzen gebildeten Spalt geführt wird, die auf etwa 60 bis 80°C erhitzt sind. Auf diese Weise wird ein festes, bahnförmiges Fasermaterial erhalten. Diese kohärenten Stapelfaserbahnen können dann in einer Zigarettenfilter-Herstellungsvorrichtung unter Anwendung von Wärme oder weiterem Weichmacher zu festen Filterstäben verarbeitet werden. Mit den hergestellten Filtern lassen sich Teer und Nikotin aus Tabakrauch entfernen, und zwar in gleichem Maße wie mit Celluloseacetatfiltern.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Sämtliche angegebenen Inherent-Viskositäten wurden bei 25°C unter Verwendung eines Gemisches aus 60 Gew.-Teilen Phenol und 40 Gew.-Teilen Tetrachlorethan bei einer Konzentration von 0,5 g/ 100 ml bestimmt.

Beispiel 1

Eine Mischung aus 97 g (0,5 Mole) Dimethylterephthalat, 114 g (1,5 Mole) 1,2-Propandiol, 0,34 g Trimethylolpropan (0,0025 Mole, 0,5 Mol-%), 0,04 g Zinkacetat (130 ppm Zn), 0,8 ml Titantetraisopropoxid- Katalysatorlösung (28 ppm Ti) und 0,02 g Tri(2- äthylhexyl)phosphat wurde in einen 500 ml fassenden Kolben, ausgerüstet mit Rührer, kurzer Destillationkolonne sowie Stickstoff- Einlaß- und Auslaßleitung eingeführt. An die Stickstoffauslaßleitung, die in einem Aufnahmebehälter führte, ließ sich Vakuum anlegen. Die Mischung wurde bei 180 bis 190°C in einer Stickstoffatmosphäre so lange gerührt, bis der Esteraustausch beendet war, was nach drei Stunden der Fall war. Nunmehr wurde ein Vakuum von 0,073 kPa bei 240°C angelegt, worauf nochmals 3,35 Stunden lang gerührt wurde. Auf diese Weise wurde ein klares, sehr hellgelbes Polymer erhalten. Das Polymer hatte eine Inherent- Viskosität von 0,57 und einen Tg-Wert von 96°C. Durch Verpressen des Polymeren hergestellte Folien einer Stärke von 0,127 mm erwiesen sich klar, zäh sowie falt- und biegbar ohne zu brechen.

Aus dem Polyester wurden nach dem Schmelzspinnverfahren bei 250°C Fäden gesponnen, die um das 3fache verstreckt wurden. Die Fäden hatten folgende Eigenschaften: Spannung 260 MPa, Dehnung 12%, Elastizitätsmodul 7800 Mpa und Fließpunkt:118°C.

Die Fäden wurden dann zur Herstellung von Zigarettenfilterstäben verwendet, wozu als Bindemittel Triäthylenglykoldiacetat verwendet wurde, d. h. ein zur Herstellung von Celluloseacetatfiltern übliches Bindemittel.

Das Polymer erwies sich als in folgenden Lösungsmitteln (10 g Polymer/90 g Lösungsmittel) löslich: Methylenchlorid, Propylenchlorid, Äthylenchlorid und Trichloräthylen.

Entsprechende Ergebnisse wurden dann erhalten, wenn anstelle von Trimethylolpropan 0,5 Mol-% eines anderen trifunktionellen Modifizierungsmittels, beispielsweise Glycerin, Trimesinsäure oder Trimellitsäureanhydrid verwendet wurde.

Beispiel 2

Dieses Beispiel zeigt, daß ein Poly(1,2-propylenterephthalat) von hohem Molekulargewicht erhalten werden kann, wenn kein Trimethylolpropan verwendet wird, wenn die Reaktion bei 240°C durchgeführt wird.

Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß kein Trimethylolpropan zur Reaktionsmischung zugesetzt wurde und daß ein Vakuum von 0,066 kPa 3,75 Stunden lang bei 240°C angelegt wurde. Es wurde ein klares, sehr hellgelbes Polymer mit einer Inherent-Viskosität von 0,46 erhalten.

Eine durch Verpressen bei 240°C hergestellte 0,127 mm starke Folie war klar, farblos und flexibel.

Bei 240°C gesponnene und um das 3,6fache ihrer Länge in Wasser bei 68°C verstreckte Fäden wiesen eine Festigkeit von 230 MPa, eine Dehnung von 36% und einen Elastizitätsmodul von 7800 MPa auf.

Beispiel 3

Unter Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung wurde ein Copolyester hergestellt aus einer Mischung aus 97 g (0,50 Mole) Dimethylterephthalat, 30,7 g (50 Mole) Ethylenglykol, 100 g (1,32 Mole) 1,2-Propandiol, 0,04 g Zinkacetat (130 ppm Zn), 1,6 ml Titantetraisopropoxid-Katalysatorlösung (56 ppm Ti) und 0,02 g Tri(2-ethylhexyl)phosphat (als Farbstabilisator).

Die Mischung wurde bei einer Temperatur von 180 bis 190°C in einer Stickstoffatmosphäre so lange gerührt, bis die Esteraustauschreaktion beendet war, was etwa drei Stunden erforderte. Dann wurde bei 240°C 1,33 Stunden lang und bei 250°C 1 Stunde lang ein Vakuum von 0,066 kPa angelegt. Das erhaltene Polymer hatte eine Inherent-Viskosität von 0,62. Durch nuklearmagnetische Resonanzanalyse ergab sich das Vorhandensein von 43 Mol-% Ethylglykol. Eine durch Verpressen des Copolymeren hergestellte 0,127 mm dicke Folie war klar, zäh und bieg- und faltbar. Bei 260°C gesponnene Fäden, die in Wasser bei 68°C um das 3,6fache ihrer Länge verstreckt wurden, besaßen eine Festigkeit von 380 MPa, eine Dehnung von 19% und einen Elastizitätsmodul von 9600 MPa.

Beispiel 4

Ein gekräuseltes Tau aus etwa 14 000 verstrecktem Poly(1,2-propylenterephthalat) Fäden von 033 tex/Faden mit 16 Kräuselungen pro 2,54 cm wurde mittels Luft ausgebreitet und dann mit 4 Gew.-% Triäthylenglykoldiacetat besprüht. Das Tau wurde dann in eine zylindrische Vorrichtung gezogen, deren Innendurchmesser gleich war dem Durchmesser einer Zigarette (7,85 mm), worin das Kabel mit Filterpapier umhüllt wurde. Anschließend wurde das Material zu Filterstäben einer Länge von 100 mm zerschnitten. In etwa 15 Minuten waren die Stäbe auf Grund der Härtungswirkung des Weichmachers fest. Die gehärteten Stäbe wurden dann zu 20 mm langen Filterelementen zerschnitten, die an 65 mm lange Filterzigaretten angebracht wurden.

Die Zigaretten wurden mittels einer automatischen Rauchvorrichtung bis zu einer Endlänge von 27 mm aufgeraucht, worauf die Gesamtteilchenmenge (GTM) in Rauch bestimmt wurde. Zu Vergleichszwecken wurden Zigaretten ohne Filterelemente mitgeraucht. Auch im Falle dieser Zigaretten wurde die Gesamtteilchenmenge mitbestimmt.

Die Wirksamkeit der Filter bezüglich der Nikotin-Entfernung wurde auf gaschromatographischem Wege bestimmt. Die Ergebnisse der erhaltenen Versuche sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle I

Beispiel 5

Das in Beispiel 4 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß diesmal 4% Glyceryltriacetat als Bindemittel verwendet wurden. Auch in diesem Falle wurden die Fäden oder Fasern innerhalb von 20 Minuten zu kohärenten festen Stäben verformt. Mit dem aus den Filterstäben hergestellten Elementen wurden entsprechende Ergebnisse, wie in Beispiel 4 beschrieben, erhalten.

Beispiel 6

Ein gekräuseltes Tau aus 6000 Poly(1,2-propylenterephthalat) Fäden von 0,33 tex/Faden sowie etwa 6000 Poly- (Ethylenterephthalat) Fäden von 0,33 tex/Faden, die miteinander vermischt waren, wurde mit 6 Gew.-% Triethylenglykoldiacetat besprüht. Das Tau wurde dann in einer üblichen Filterherstellungsvorrichtung durch Umhüllen mit Papier in Filterstäbe überführt. In ungefähr 20 Minuten wurden steife Stäbe erhalten.

Die Filterstäbe wurden dann auf ihre Wirksamkeit in folgender Weise getestet:

Ein 20 mm Abschnitt mit einem Druckabfall von 0,52 kPa wurde an einer 65 mm langen Zigarette befestigt. Die Zigarette wurde dann in einer Aufrauchvorrichtung bis zu einer Länge von 27 mm aufgeraucht. Bestimmt wurde die Gesamtmenge an freigesetzten Teilchen. Durch gleichzeitiges Aufrauchen von Vergleichszigaretten ohne Filterelemente wurde die GTM-Menge ermittelt, die durch die Filterelemente entfernt wurde. Die Wirksamkeit der Filter bezüglich der Entfernung von Nikotin wurde wiederum auf gaschromatographischem Wege ermittelt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

Beispiel 7

Das in Beispiel 4 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß 5% einer Mischung aus Glyceryltriacetat und Triäthylenglykoldiacetat im Verhältnis 1 : 1 auf das ausgebreitete Filtertau als Bindemittel aufgesprüht wurden. Das Tau wurde dann wiederum zu Filtern verarbeitet, wobei die Bindung innerhalb von ungefähr 20 Minuten erfolgte. Die hergestellten Filterelemente hatten eine ähnliche Wirksamkeit wie die in Beispiel 4 beschriebenen Elemente. Entsprechende Ergebnisse wurden dann erhalten, wenn Dimethylphthalat und γ-Butyrolacton als Bindemittel verwendet wurden.

Beispiel 8

Zunächst wurde ein Tau auf nicht-verstreckten Fäden aus einem Copolyester aus 100 Mol-% Terephthalsäure, 28 Mol-% Ethylenglykol und 72 Mol-% 1,2-Propandiol hergestellt. Auf das Tau aus 13 000 Fäden von 0,33 tex/Faden mit 14 Kräuselungen pro 2,54 cm wurden 4% Triethylenglykol-Diacetat aufgesprüht. Das behandelte Tau wurde dann in einer Filterherstellungsvorrichtung mit einer Papierhülle umgeben. Aus den hergestellten Filterstäben wurden dann Filterabschnitte einer Länge von 20 mm hergestellt, die an 65 mm lange Zigaretten angebracht wurden. Die Zigaretten wurden dann in einer Aufrauchvorrichtung bis zu einer Länge von 27 mm aufgeraucht. Ermittelt wurde die freigesetzte Gesamtteilchenmenge (GTM). Durch Aufrauchen von Vergleichszigaretten ohne Filter wurde die GTM-Menge ermittelt, die durch die Filter entfernt wurde. Die Wirksamkeit der Filter bezüglich der Entfernung von Nikotin wurde wiederum auf gaschromatographischem Wege festgestellt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III zusammengestellt.

Tabelle III

Beispiel 9

Das in Beispiel 7 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß 4% Glyceryltriacetat als Bindemittel anstelle von Triethylenglykol-Diacetat verwendet wurden. Die Filter erreichten eine ausreichende Festigkeit innerhalb von 20 Minuten. Es wurde eine entsprechende Filterwirksamkeit, wie in Beispiel 7 beschrieben, festgestellt. Wurden Dimethylphthalat und γ-Butyrolacton als Bindemittel verwendet, so wurden entsprechende Ergebnisse erzielt.

Beispiel 10

Ein gekräuseltes Tau aus etwa 15 000 Fäden von 0,33 tex/Faden mit 16 Kräuselungen pro 2,54 cm wurde aus "Bikomponenten"-Fäden hergestellt. Die Fäden besaßten einen inneren Kern aus Poly (ethylenterephthalat) und eine äußere Hülle aus Poly(1,2-propylenterephthalat). Das Tau wurde ausgebreitet und mit 5 Gew.-% Triethylenglykoldiacetat besprüht. Anschließend wurde das Tau in einer Filterherstellungsvorrichtung in mit Papier umhüllte Filterstäbe überführt. Die Filterstäbe waren in etwa 20 Minuten fest.

Beispiel 11

Ein gekräuseltes Tau aus etwa 15 000 Fäden von 0,33 tex/Faden mit 16 Kräuselungen pro 2,54 cm wurde aus einem Polyester aus 100 Mol-% Terephthalsäure, 72 Mol-% 1,2-Propandiol sowie 28 Mol-% Ethylenglykol hergestellt. Das Tau wurde dann ausgebreitet und mit 4 Gew.-% 1,3-Butandioldiacetat besprüht. Es wurde dann in einer Filterherstellungsvorrichtung zu Filterstäben verarbeitet. Die Fäden waren innerhalb von etwa 15 Minuten fest miteinander verbunden.

Beispiel 12

Es wurde ein gekräuseltes Tau aus etwa 14 000 Fäden von 0,33 tex/Faden mit 20 Kräuselungen pro 2,54 cm aus einem Polyester aus 100 Mol-% Terephthalsäure, 30 Mol-% Ethylenglykol und 70 Mol-% 1,2-Propandiol hergestellt. Die Fäden des Taues waren um das 3,5fache ihrer ursprünglichen Länge nach dem Verspinnen verstreckt worden. Um einen Schrumpf des Taues bei einer Erhitzung auf eine Temperatur von über 95°C zu vermeiden, d. h. eine Erhitzung auf die Glasübergangstemperatur der Fäden, wurde das Tau bei einer Temperatur von 80°C 10 Minuten lang vorgeschrumpft. Das Tau schrumpfte auf ungefähr 80% seiner ursprünglichen Länge. Das Tau wurde dann in der beschriebenen Weise zu Zigarettenfilterelementen verarbeitet. Beim Aufrauchen von Zigaretten mit diesen Filterelementen wurde kein weiterer Schrumpf festgestellt.

Beispiel 13

Ein gekräuseltes Tau aus etwa 12 000 Fäden von 0,33 tex/Faden, gesponnen aus Poly(ethylenterephthalat) wurde ausgebreitet und mit 4 Gew.-% Triethylenglykoldiacetat besprüht. Das derart vorbehandelte Tau wurde dann auf ein ausgebreitetes Tau aus etwa 12 000 Fäden von 0,33 tex/Faden aus Poly(1,2-propylenterephthalat) gebracht. Die beiden Taue wurden dann zusammengepreßt. Auf diese Weise wurde eine Bindung zwischen den Fäden hervorgerufen, da das Bindemittel das Poly(propylenterephthalat) teilweise löste, was dazu führte, daß die einander benachbarten Fäden aus ihren Kontaktpunkten miteinander verklebten. Das überschüssige Bindemittel diffundierte in die Fäden und hinterließ eine trockene, nicht-klebrige Oberfläche. Das hergestellte nicht-verwebte Material erwies sich in vorteilhafter Weise als textiles Isoliermaterial, als Textil-Füllmaterial, als Deckenmaterial und überall dort, wo ein Isolationsmaterial erforderlich ist.

Beispiel 14

Das in Beispiel 13 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß zwei Lagen von ausgebreiteten Poly (ethylenterephthalat)tauen mit 12 000 Fäden mit 0,33 tex/Faden mit 4 Gew.-% Tri thylenglykoldiacetat besprüht wurde, worauf die beiden Lagen auf eine jede Seite eines ausgebreiteten Poly(1,2- propylenterephthalat)taues mit 12 000 Fäden von 0,33 tex/Faden aufgebracht wurden. Auf diese Weise wurde eine dreilagige Sandwich- Struktur hergestellt. Das erhaltene Material erwies sich als geeignet zur Herstellung von textilen Bekleidungsstücken, Bettdecken und dergleichen.

Beispiel 15

Zwei Abschnitte eines ausgebreiteten gekräuselten Taues aus Poly (ethylenterephthalat) mit etwa 12 000 Fäden (0,33 tex/Faden) wurden mit 4 Gew.-% Diethylenglykoldiacetat besprüht. Ein Abschnitt eines Taues aus etwa 12 000 Fäden (0,33 tex/Faden), hergestellt aus einem Copolymeren aus 100 Mol-% Terephthalsäure, 28 Mol-% Ethylenglykol und 72 Mol-% Propylenglykol, wurde unter Bildung eines Sandwiches zwischen die beiden behandelten Abschnitte des Poly(ethylenterephthalat)taues gebracht, worauf der Sandwich zusammengepreßt wurde. Auf diese Weise wurde nach 5 Minuten ein "nonwoven" Material durch die Einwirkung des Lösemittels auf das Copolymer erhalten, wobei die Fäden miteinander an ihren Kontaktpunkten verklebt oder verschmolzen wurden.

Beispiel 16

Das in Beispiel 12 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß diesmal Stapelfasern von 0,33 tex/Faden mit 50% Poly(ethylenterephthalat) und 50% Poly(propylenterephthalat) zu einem Vlies einer Länge von 40,64 cm und einer Breite von 30,48 cm ausgebreitet wurden. Das Vlies wurde dann mit 4 Gew.-% Triehtylenglykol- Diacetat besprüht und 10 Minuten lang zwischen zwei flachen Metallplatten fest verpreßt. Nach Entfernung der Platten wurde ein "nonwoven fabric" erhalten.

Beispiel 17

Das in Beispiel 16 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß die Stapelfasern zu 50% aus Stapelfasern aus Poly(1,4-cyclohexylendimethylenterephthalat) und zu 50% aus Stapelfasern aus einem Copolymeren, hergestellt, durch Verspinnen von 100 Mol-% Terephthalsäure, 28 Mol-% Ethylenglykol und 72 Mol-% 1,2-Propandiol bestand. Die Mischung wurde mit 6% einer Bindemittelmischung aus 50% Triethylenglykol-Diacetat und 50% Glyceryltriacetat besprüht. Der hergestellte Vlies wurde dann wiederum 10 Minuten lang fest verpreßt. Auf diese Weise wurde ein "nonwoven fabric" erhalten.

Beispiel 18

Das in Beispiel 12 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß diesmal als Bindemittel Dimethylphthalat verwendet wurde. Es wurden entsprechende Ergebnisse erhalten.

Beispiel 19

Das in Beispiel 12 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß diesmal 6% Glyceryltriacetat als Bindemittel verwendet wurden. Es wurden entsprechende Ergebnisse erhalten.

Beispiel 20

Zunächst wurde ein Tau aus einem Polyester aus Terephthalsäure (100 Mol), 1,2-Propandiol (72 Mol-%) und Ethylenglykol (28 Mol-%) mit einer Inherent-Viskosität von 0,5 hergestellt. Das Tau bestand zu ungefähr 12 800 Fäden von 0,4 tex/Faden. Es wurde ausgebreitet, worauf 4 Gew.-% Triacetin aufgesprüht wurden. Das vorbehandelte Tau wurde dann durch eine röhrenförmige Vorrichtung (einer Länge von ungefähr 150 mm und einem Durchmesser von 8 mm) gezogen, durch welche Luft einer Temperatur von 85°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,0226 m³ pro Minute strömte. Die Verweilzeit in der Vorrichtung lag bei etwa 1 Sekunde. Das Tau trat aus der Vorrichtung in Form eines "gebundenen" Stabes aus.

Abschnitte des Stabes einer Länge von 20 mm wurden mit 64 mm langen Zigaretten verbunden, die dann nach üblichen Methoden auf die Filterwirksamkeit getestet wurden. Die hergestellten Filter waren vergleichbar mit handelsüblichen Celluloseacetatfiltern entsprechender Fadengröße bezüglich Druckabfall und Wirksamkeit der Entfernung von festen Teilchen und Nikotin aus dem Tabakrauch. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Die beschriebenen Versuche wurden wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß anstelle des Polyestertaus ein Celluloseacetattau verwendet wurde. Das Celluloseacetattau wurde mit 8 Gew.-% Triacetin besprüht und bei einer Lufttemperatur von 95°C durch das Härtungsrohr geführt. Das Celluloseacetat ließ sich dabei nicht zu einem Filterstab verkleben wie das Polyestertau.

Beispiel 21

Das in Beispiel 19 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß die Härtungstemperaturen und die Menge an angewandtem Weichmacher verändert wurden. Die Ergebnisse der erhaltenen Versuche sind in der folgenden Tabelle IV zusammengestellt.

Tabelle IV

Copolyester-Tau¹), hergestellt mit Triacetin und heißer Luft

Beispiel 22

Das in Beispiel 19 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß ein Polyester-Tau aus 100 Mol-% Terephthalsäure und 100 Mol-% 1,2-Propandiol verwendet wurde. Das Tau enthielt 12 000 Einzelfäden von 0,366 tex/Faden. Die Menge an zur Verbindung verwendetem Weichmacher und die Temperatur der Härtungsluft wurden verändert. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle V zusammengestellt.

Tabelle V

Polyester-Tau¹), hergestellt mit Triacetin und heißer Luft

Beispiel 23

Das in Beispiel 19 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß 4% Triethylenglykol-Diacetat als Bindemittel anstelle von Triacetin verwendet wurden. Es wurde ein fester Stab erhalten, wenn das Tau durch das Härtungsrohr geführt wurde, durch das Luft von 85°C geblasen wurde.

Beispiel 24

Das in Beispiel 19 beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß nach der Aufbringung von 4% Triacetin das Tau durch das Härtungsrohr geführt wurde, in das Dampf eingeblasen wurde (ungefähre Menge: 0,00821 m³ pro Minute). Das kompakte Tau wurde unmittelbar in einen festen Stab überführt. Es wurde eine besondere Sorgfalt darauf verwendet, die tatsächliche Fasertemperatur auf unter 90°C zu halten. Dies geschah durch Steuerung der Geschwindigkeit des Dampfes im Verhältnis zur linearen Geschwindigkeit des Taues. Stieg die Fasertemperatur auf 95°C an, so schrumpften die Copolyesterfäden beträchtlich. Dies Phänomen steht in direktem Kontrast zu dem Verhalten von Celluloseacetatfäden.

Beispiel 25

Das in Beispiel 19 beschriebene Verfahren wurde zur Herstellung von festen Filterstäben wiederholt. Die Filterstäbe wurden zu einer Länge von 100 mm zerschnitten und unmittelbar daraufhin in eine Metallform von 85°C gebracht, die dazu bestimmt war, um Filterstäbe herzustellen.

Der Polyesterstab wurde zu einer festen Struktur mit der Form der Formmasse verarbeitet.

Das Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß ein Celluloseacetatstab, hergestellt unter Verwendung von 8% Triacetin in die beschriebene Form bei 85°C gebracht wurde. Das Celluloseacetat ließ sich bei dieser Temperatur nicht verformen.

Beispiel 26

Zunächst wurde ein Tau aus einem Polyester aus Terephthalsäure (100 Mol-%), 1,2-Propandiol (72 Mol-%) und Ethylenglykol (28 Mol-%) hergestellt. Das Tau bestand aus etwa 12 800 Fäden von 0,4 tex/Faden. Es wurde in einer üblichen Filterherstellungsvorrichtung zu Filterstäben mit einer Papierhülle bei Raumtemperatur verarbeitet. 4 Wochen nach Herstellung der Filterstäbe wurde das Papier entfernt. Die Stäbe wurden dann wiederum in die in Beispiel 25 beschriebene Form gebracht, die auf 60°C aufgeheizt wurde. Die Filter wurden in weniger als einer Sekunde in die gewünschte Form überführt.

Herstellung von Filtermaterialien aus sogenannten "Melt-Blown Webs" von Poly(1,2-propylenterephthalat) Beispiel 27

Poly(1,2-propylenterephthalat) einer Inherent-Viskosität von 0,43, hergestellt, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde über Nacht in einem Vakuumofen bei 85 bis 90°C getrocknet. Das getrocknete Polymer wurde dann aus der Schmelze bei 265°C extrudiert, und zwar unter Verwendung eines Extruders eines inneren Durchmessers von 1,27 cm. Der Polyester wurde dabei durch eine Spinneinrichtung für die Herstellung sog. "melt-blown fibers" gefördert.

Die Hauptbestandteile der Vorrichtung bestanden aus einer Düse, die einen Durchtritt der Schmelze ermöglichte und einem Gehäuse, das eine Druckausgleichskammer für komprimierte Luft bildete, die z. B. mit 515 kPa (abs.) in die Kammer floß. Die Luft wurde extern auf 300°C erhitzt und der Spinnvorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 2 SCFM zugeführt (2 SCFM=0,0566 m³ pro Minute unter Standardbedingungen).

Um einen Wärmeverlust auf ein Mindestmaß zu reduzieren, wurde die Spinnvorrichtung elektrisch aufgeheizt und auf einer Temperatur von 266°C gehalten. In dem Moment, in dem die Luft aus der Spinnvorrichtung austrat, zerstäubte sie die Schmelze in feine Fasern, die auf einer rotierenden Trommel niedergeschlagen wurden, die einen Durchmesser von 16 cm besaß. Die Oberflächengeschwindigkeit der rotierenden Trommel lag bei 86,25 m pro Minute. Die Trommel führte gleichzeitig eine Horizontalbewegung von maximal 15,24 cm bei 41 Zyclen pro Minute aus.

Die Entfernung von der Spinnvorrichtung zum Auftreffpunkt auf der Trommel betrug 10,16 cm. Die im Verlaufe von 15 Minuten anfallenden Fasern wurden gesammelt, und die erhaltene Bahn mit einer Breite von ungefähr 12 cm wurde durch Abschneiden über die Breite der Bahn entfernt. Die Länge der Bahn betrug 50 cm.

Die erhaltene Bahn oder das erhaltene Band wurde dann mit ungefähr 44 Gew.-% Triacetin besprüht, worauf aus dem Material feste Zigarettenfilterelemente einer Länge von 20 mm mit 47 mg Material hergestellt wurden.

Rauchteste ergaben einen Wasserdruckabfall von 0,62-0,67 kPa. Die Gesamtteilchenmenge, die entfernt wurde (GTM) lag bei 49,4%. Um einen solchen Druckabfall und eine solche Teilchenentfernung bei Verwendung üblicher Celluloseacetatfilter zu erreichen, ist normalerweise eine Filtermenge von 120 mg erforderlich.

Claims

1. Verwendung von Fasern aus einem Polyester aus Terephthalsäure oder einem einen Ester bildenden Derivat hiervon sowie einer Glykolkomponente, bestehend zu 60 bis 100 Mol-% aus 1,2-Propylenglykol und 0 bis 40 Mol-% Ethylenglykol, der keine Kristallinität, eine Inherent-Viskosität, gemessen in einem Lösungsmittelgemisch aus 60 Gew.-Teilen Phenol und 40 Gew.-Teilen Tetrachlorethan bei 25°C in einer Konzentration von 0,5 g Polyester in 100 ml Lösungsmittelgemisch, von mindestens 0,35 sowie einem Tg-Wert von mindestens 80°C aufweist, zur Herstellung von faserigen Gegenständen aus mittels eines Weichmachers miteinander verbundenen Fasern.

2. Verwendung von Fasern nach Anspruch 1 mit Triethylenglykoldiacetat, Glycerintriacetat, Dimethylphthalat, 1,3-Butandioldiacetat, γ-Butyrolacton oder Mischungen hiervon als Weichmacher.

3. Verwendung von Fasern nach Ansprüchen 1 und 2 zur Herstellung von Faservliesen (nonwoven articles).

4. Verwendung von Fasern nach Ansprüchen 1 und 2 zur Herstellung von Tabakrauchfilterelementen.

5. Verwendung von Fasern nach Anspruch 4 zur Herstellung von Tabakrauchfilterelementen ohne Hülle, in denen die Fasern durch Einwirkung von Dampf oder heißer Luft verklebt sind.