DE3650608T2

DE3650608T2 - Zusammensetzung und Verfahren zum Schmelzspinnen von Filamenten

Info

Publication number: DE3650608T2
Application number: DE3650608T
Authority: DE
Inventors: Barry Jason Hostetter
Original assignee: Hercules LLC
Current assignee: Hercules LLC
Priority date: 1985-12-16
Filing date: 1986-12-16
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2006-12-17
Also published as: EP0227010B1; EP0227010A2; ATE151476T1; JPS62191509A; EP0227010A3; DE3650608D1; US4626467A; MX165054B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzspinnen von polymeren faserbildenden Zusammensetzungen, wie Polyester und lineares Polypropylen, um Multifilament-Zuführgarne herzustellen, die durch Luftabschrecken gekühlt werden.
In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck "Schmelzspinn- Zusammensetzung" eine polymere faserbildende Zusammensetzung, die mindestens ein lineares Basispolymer aus extrudierbarem Polypropylen, Polyethylen oder Polyester enthält.
Verfahren zur Herstellung von Multifilament-Zuführgarnen durch Schmelzspinnen wurden verbessert in Bezug auf die Arbeitsschritte nach dem Spinnen, um erhöhte Produktionsraten zu ermöglichen. Jedoch ist die Spinngeschwindigkeit selbst für Verbesserungen weniger zugänglich, da sie durch die Effizienz der Filament-Kühleinrichtung begrenzt ist. Die weichen sich schnell bewegenden extrudierten Filamente müssen eine ausreichende Festigkeit und Flexibilität haben, um die Aufnahmebelastung, die durch moderne Hochgeschwindigkeits-Spinntechniken verursacht wird, auszuhalten. Im allgemeinen ist ein Luftabschrecken für eine solche Hochgeschwindigkeitsproduktion bevorzugt, wegen der Zerbrechlichkeit der meisten gesponnenen Fäden, aber es ist sehr schwierig, ein ausreichendes Kühlen für alle Fäden innerhalb großer mehrfädiger Bündel sicherzustellen.
Zum Beispiel verursacht eine große Spinndüse unter Verwendung eines Strahls abschreckender Luft bei Raumtemperatur mit einer Strömung in einer Geschwindigkeit von mehr als 25 m/s quer zu dem extrudierten Filamentbündel normalerweise, daß die Schichten, die dem Luftstrahl am nächsten sind, viel schneller gekühlt werden, als die weiter entfernten Schichten. Das Ergebnis ist ein zu starkes Abschrecken einiger Filamente mit einem erhöhten Risiko eines Filamentbruchs durch kohäsives oder sprödes Brechen und ein zu geringes Abschrecken anderer Filamente mit dem erhöhten Risiko eines duktilen Versagens während des Aufwickelns. Unabsichtliche Veränderungen der Lufttemperatur, der Spinngeschwindigkeit, der Abzuggeschwindigkeit nach dem Spinnen oder der Schmelztemperatur können leicht zu einem Versagen bei einer beträchtlichen Anzahl von Filamenten innerhalb des Faserbündels führen.
Ein Verfahren zur Erhöhung der Kapazität für erhöhte Verarbeitungsraten nach dem Spinnen von mit hoher Denierzahl gesponnenen Polyesterfilamenten unter Verwendung eines Polyester-Copolymers, das ein Polyesterpolymer und ein Ketten vernetzendes Mittel umfaßt, wird in US-Patent Nr. 4,113,704 offenbart. Jedoch wird das Problem, das durch die Ineffizienz der Luftabschreckstufe verursacht wird, durch diese Lehre des Standes der Technik nicht gelöst, bei dem die übliche beschränkende Wirkung derzeitiger luftabschreckender Verfahren auf die Geschwindigkeit, mit der die noch nicht gezogenen gesponnenen Filamente aufgenommen werden können, spezifisch in Kauf genommen wird.
EP-A-0 192 897 offenbart eine Mischung, die im wesentlichen aus 65 bis 95 Gew.-% Polyethylen niederer Dichte und 5 bis 35 Gew.-% Polypropylen besteht, die zu Fasern schmelzgesponnen werden kann. Die Mischung wird aus kristallinem Polypropylen und einem speziellen verzweigten Polyethylen niederer Dichte gebildet.
EP-A-0 124 722 offenbart eine Ethylenpolymer-Zusammensetzung, die eine Mischung aus zwei Ethylenpolymeren ist, wovon eines durch Moleküle mit langen Y-Verzweigungen gekennzeichnet ist. Ein Schmelzspinnen wird in diesem Dokument nicht in Betracht gezogen.
Es wäre wünschenswert, es möglich zu machen, die Geschwindigkeit, mit der noch unverstreckte gesponnene Filamente aufgewickelt werden können innerhalb der Beschränkungen der derzeitigen Luftabschreckverfahren zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird eine Schmelzspinn-Zusammensetzung zur Bildung von mit Luft abgeschreckten Filamenten durch Schmelzspinnen zur Verfügung gestellt, die mindestens ein lineares Basispolymer aus extrudierbarem Polypropylen, Polyethylen oder Polyester umfaßt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Schmelzspinnmaterials, eines verzweigten Polypropylen-Additivs mit einem Verzweigungsindex in einem Bereich von 0,20 bis 0,90 enthält, das mit der Schmelzspinn-Zusammensetzung vermischt ist.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung einer Schmelzspinn-Zusammensetzung zur Bildung von mit Luft abgeschreckten Filamenten dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Schmelze, eines verzweigten Polypropylen-Additivs mit einem Verzweigungsindex in einem Bereich von 0,20 bis 0,90 mit der Schmelzspinn-Zusammensetzung, die mindestens ein lineares Basispolymer aus extrudierbarem Polypropylen, Polyethylen oder Polyester umfaßt, vermischt werden, bevor sie schmelzgesponnen wird.
Das entstehende gesponnene Produkt läßt nicht nur einen beträchtlichen Anstieg der Geschwindigkeit, mit der die unverstreckten gesponnenen Filamente aufgewickelt werden können, zu, sondern zeigt auch Verbesserungen in Bezug auf die Faserqualität und die Wärmebindungseigenschaften der erzeugten Filamente, insbesondere zur Herstellung von nicht gewebtem Material mit guter Qualität.
Bevorzugt ist das verzweigte Polypropylenadditiv in einer Konzentration von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Mischung der Schmelzspinn-Zusammensetzung, die das verzweigte Polypropylen-Additiv enthält, vorhanden. Innerhalb dieses Bereichs wird die am meisten bevorzugte Menge an verzweigtem Polypropylen-Additiv natürlich bestimmt (1) durch den Grad der Additivverzweigung, der mit dem Verzweigungsindex gemessen wird, (2) das Molekulargewicht des Additivs, (3) das Molekulargewicht des linearen Basispolymers, (4) die gewünschte Spinngeschwindigkeit und (5) die Temperatur der zu verwendenden Schmelze.
Am meisten bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer Produktionsrate von bis zu 400 m/s und mehr betrieben, indem in die Schmelze eine Menge eines verzweigten Polypropylen-Additivs eingearbeitet wird, die ausreicht, um eine Konzentration von 1 bis 10 Gew.-% zu erzeugen.
Bevorzugt hat die Schmelzspinn-Zusammensetzung der Erfindung eine ausreichende Plastizität, daß eine Hochgeschwindigkeits- Extrusion durch solche Standard-Produktionsspinndüsen mit etwa 2600 Löchern oder mehr unter Bildung großer Filamentbündel möglich ist.
Die erfindungsgemäße Schmelzspinn-Zusammensetzung enthält normalerweise den üblichen extrudierbaren linearen Faserbildner, insbesondere Polyolefin-Faserbildner, bei denen ein erhebliches Risiko von Filamentfehlern besteht, wenn sie bei hohen Spinngeschwindigkeitsraten bearbeitet werden, insbesondere in dem Bereich von etwa 250 mis bis 500 mis in großen Schmelzspinn-Vorrichtungen, die bis zu und mehr als etwa 2600 Löcher pro Spinndüse aufweisen.
Bevorzugt schließen diese Polyolefin-Faserbildner lineare Polyolefine, wie Polyethylen- und Polypropylenharze mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht in einem Bereich von etwa 5 x 10&sup4; bis 5 x 10&sup5; und einem Schmelzindex im Bereich von etwa 0,1 bis 50,0 ein. Sie sind im Handel erhältlich, z.B. von Himont Incorporated unter den Markenzeichen Profax 6301, 6501, 6801 und von E.I. du Pont de Nemours & Company Inc. unter dem Markenzeichen Alathon 7540.
Die verzweigten Polypropylen-Additive zur Verwendung für das erfindungsgemäße Verfahren haben bevorzugt ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von etwa 150.000 bis 1.000.000. Der am meisten bevorzugte Wert für das Molekulargewicht ist etwa 150.000 bis 400.000.
Solche Additive können einzeln oder in Mischung verwendet werden und können vernetzte Polypropylene niederer Dichte einschließen oder durch Bestrahlung und Vernetzung von verfügbaren linearen Polypropylenen erhalten werden, unter Verwendung üblicher Bestrahlungstechniken. Solche Techniken wenden gewöhnlich etwa 1 bis 10 Mrad an, um einen Verzweigungsindex in einem Bereich von etwa 0,2 bis 0,9 zu erhalten.
Ein Beispiel zur Herstellung geeigneter Polypropylen-Faserbildner ist die Behandlung des im Handel von Himont Incorporated unter dem Markenzeichen Profax 6501 durch Bestrahlung in einem Bereich von 1 bis 10 Mrad erhältliche lineare Basis- Polypropylenharz.
Die allgemeine Beziehung zwischen Menge an Strahlungsdosierung und Verzweigungsindex und der Zusammenhang zwischen Verzweigungsindex und erforderlicher Konzentration an verzweigtem Polypropylen-Additiv in der Schmelze wird weiter in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Der Ausdruck "Verzweigungsindex" (oben) wird weiter durch die Formel:
B.I. = IV&sub1; / IV&sub2;
definiert, worin "IV&sub1;" die intrinsische Viskosität des verzweigten Additivs und "IV&sub2;" die intrinsische Viskosität eines entsprechenden linearen Basispolymers mit dem gleichen Molekulargewicht bedeutet und H, M und L einen hohen, mittleren bzw. niederen Verzweigungsgrad bedeuten.
Bevorzugt sollte die Temperatur der erfindungsgemäßen Schmelzspinn-Zusammensetzung, ebenso wie die der entsprechenden Extruderzone, von etwa 185 bis 310ºC variieren und am meisten bevorzugt in einem Bereich von etwa 245 bis 290ºC, wenn mit hohen Spinngeschwindigkeitsraten gearbeitet wird, insbesondere in einem Bereich von etwa 250 mis bis 500 m/s in großen Schmelzspinn-Vorrichtungen, die bis zu und mehr als etwa 2600 Löcher pro Spinndüse enthalten, abhängig von dem jeweiligen Basispolymer, der Menge an verzweigtem Additiv und dem Verzweigungs index.
Bevorzugt wird die Schmelzspinn-Zusammensetzung mit Visbreaking behandelt und pelletisiert, bevor sie mit einer aktiven Menge des gewünschten verzweigten Additivs (gegebenenfalls in gleicher Form) vermischt wird durch Taumelmischen, Reextrusion oder ähnliche übliche Kombinationstechniken.
Verschiedene andere Additive, die im Stand der Technik bekannt sind, können auch in die Schmelzspinn-Zusammensetzung, je nach Wunsch, eingearbeitet werden. Diese schließen z.B. Antioxidantien, wie das im Handel erhältliche Cyanox 1790; Abbaumittel, wie das im Handel von Penwalt Corporation erhältliche Lupersol 101; Pigmente, Aufheller und Farbstoffe, wie TiO&sub2; und pH stabilisierende Mittel, die im Stand der Technik bekannt sind, wie Calciumstearat, ein.
Die vorliegende Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele erläutert, aber nicht beschränkt.

Beispiel 1

Polypropylen-Schmelzspinn-Zusammensetzungen, die als Proben S-1 bis S-15 bezeichnet werden, werden hergestellt, indem Pellets aus linearem Polypropylen (Profax 6301) mit 1 Gew.-%, 10 Gew.-% bzw. 20 Gew.-% der entsprechenden verzweigten Polypropylen-Additive, die durch Bestrahlung eines entsprechenden linearen Basispolymers erhalten wurden, im Taumelmischer gemischt werden. Die entstehenden verzweigten Polypropylen- Additive sind 5 % und werden üblicherweise klassifiziert als hoch "(H)", mittel "(M)" oder niedrig "(L)" gemäß dem in Tabelle 1 angegebenen Verzweigungsindex (oben).
Jedes verzweigte Additiv plus Cyanox 1790 als Antioxidans (0,06 Gew.-%), Calciumstearat als Stabilisator (0,1 %) und ein Polymer-Abbaumittel (2 %) werden dann in einem Taumelmischer vermischt mit einem pelletisierten, im Handel erhältlichen linearen Basispolymer, doppelt extrudiert und bei 254ºC gesponnen, unter Verwendung einer Monofilament-Standardspinndüse mit einer Aufwicklungsrate von 250 mis. Die Testergebnisse sind in Tabelle II unten angegeben. Tabelle II

Beispiel II

18 Proben des linearen Basispropylens von Beispiel 1, die mit S-16 bis S-33 bezeichnet werden, werden mit 1, 2, 5, 10 bzw. 20 Gew.-% hoch (H), mittel (M) und niedrig (L) verzweigtem Polypropylen-Additiv vermischt und reextrudiert und in gleicher Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, durch Taumelmischen und Reextrusion hergestellt. Die entstehenden Spinnschmelzen werden bei 245ºC versponnen, wobei die gleiche Luftabschreck-Temperatur und die gleichen Strömungsgeschwindigkeiten, wie in. Beispiel 1, verwendet werden.
Gesponnene Filamente werden in Abständen von 3, 9 bzw. 11 cm von der Spinndüse während des Spinnbetriebes überwacht, unter Verwendung eines Standard-Laser-Mikrometers, das von Techmet Co. in Dayton, Ohio, (Modell 60) erhältlich ist, und die entsprechenden Dehnungsviskositäten werden bestimmt und sind in Tabelle III angegeben. Tabelle III
*9 - aus den Formeln berechnet

Beispiel III

Stapelfaserproben S-5 und S-11 von Beispiel 1 werden einzeln versponnen unter Verwendung der gleichen Testspinndüse, wie in Beispiel I (1,5 Denier, 38 mm Abschnitte). Die Fasern werden gestrichen und gelegt unter Bildung von Geweben, die etwa 14,4 bis 17,9 g/cm² (12 bis 15 g pro yd²) wiegen, und leicht durch Wärme verbunden unter Verwendung eines Rautenmuster- Kalanders (140ºC, 275,8 kN/m² (40 psi)), um ein ungewebtes Testmaterial zu erhalten mit einer ausreichenden Masse, Griffigkeit und Zugfestigkeit im Trockenen, unter Verwendung eines üblichen Instron Testgerätes, mit 12,7 cm (561) Lehrenlänge und 5,08 cm (2")/Minute Umlenkkopfgeschwindigkeit.

Beispiel IV

Ungewebtes Material, das in Beispiel III erhalten wurde, wird in 30,48 cm (12") lange Testbänder geschnitten und in den Besatz einer Standardfilterstabherstellungsvorrichtung (Modell UK5, hergestellt von Molins Company of London, England) eingeführt, wobei ein Geschwindigkeits-Differential von etwa 20 % zwischen Band-Beschickungsrate und Zuführband der Stab-Herstellungsvorrichtung eingehalten wird, um Faserstäbe und 90 mm Faserspitzen zu erhalten mit ausreichenden Stauchund Zugeigenschaften, wie sie mit einem Filtrona Harkness Elastizitätstestgerät bestimmt werden (Mark V Reihe) hergestellt von Abbey Mfg., Ltd., Wimbly, England.

Claims

1. Schmelzspinn-Zusammensetzung zur Bildung von mit Luft abgeschreckten Filamenten durch Schmelzspinnen, umfassend mindestens ein lineares Basispolymer aus extrudierbarem Polypropylen, Polyethylen oder Polyester, dadurch gekennzeichnet, daß sie 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Spinnschmelze, eines verzweigten Polypropylen- Additivs mit einem Verzweigungsindex in einem Bereich von 0,20 bis 0,90 enthält, das mit der Schmelzspinn- Zusammensetzung vermischt ist.

2. Schmelzspinn-Zusammensetzung nach Anspruch 1, das verzweigte Polypropylen-Additiv in einer Konzentration von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Spinnschmelze, vorhanden ist.

3. Schmelzspinn-Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verzweigte Polypropylen-Additiv ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 150.000 bis 1.0006000 hat.

4. Schmelzspinn-Zusammensetzung nach Anspruch 3, das verzweigte Polypropylen-Additiv ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von 150.000 bis 400.000 hat.

5. Schmelzspinn-Zusammensetzung nach Anspruch 1, das verzweigte Polypropylen-Additiv einen Verzweigungsindex von 0,2 bis 0,4 hat.

6. Verfahren zur Herstellung einer Schmelzspinn-Zusammensetzung zur Bildung von mit Luft abgeschreckten Filamenten, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bis 20 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Spinnschmelze, eines verzweigten Polypropylen-Additivs mit einem Verzweigungsindex in einem Bereich von 0,20 bis 0,90 mit der Schmelzspinn-Zusammensetzung, die mindestens ein lineares Basispolymer aus extrudierbarem Polypropylen, Polyethylen oder Polyester umfaßt, vor dem Schmelzspinnen vermischt wird.

7. Verfahren zum Schmelzspinnen von Filamenten, dadurch gekennzeichnet, daß 1 die Schmelzspinn-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei einer Temperatur zwischen 185ºC und 310ºC schmelzgesponnen wird und die Filamente dann mit Luft abgeschreckt werden.

8. Verfahren zum Schmelzspinnen von Filamenten nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die mit Luft abgeschreckten Filamente gezogen und gekräuselt werden.

9. Polyolefin-Filamentgarn hergestellt mit dem Verfahren nach Anspruch 8.