DE3716755A1 - Textilschlichte - Google Patents

Textilschlichte

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DE3716755A1
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Germany
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starch derivative
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starch
polyvinyl alcohol
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DE19873716755
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Boer Edward D De
Kenneth R Yahl
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Cerestar USA Inc
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American Maize Products Co
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Publication date
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    • D06M15/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
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    • D06M15/21—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • D—TEXTILES; PAPER
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Textil-Kleber bzw. -Schlichteverbindungen (textil size compositions) und speziell auf ein neuartiges Stärkederivat, auf eine Schlichtezusammensetzung, die das Stärkederivat enthält, auf ein Verfahren zur Herstellung des Stärkederivats bzw. der Schlichtezusammensetzung und auf ein Verfahren zur Behandlung von Garnen usw. mit der Schlichtezusammensetzung. Das Stärkederivat enthält. Das Stärkederivat ist ein kationisches-nichtionisches Stärkederivat.
Säureverdünnte Stärke (acid-thinned starch) war in der Vergangenheit der bevorzugte Bestandteil für die dominierenden Stärkerezepturen von Baumwoll-Kettleimern sowie für Schlichten für das Weben auf Schiffchen-Webmaschinen, und zwar hauptsächlich wegen ihres geringen Preises. Es wurden hierbei ausreichend gute Ergebnisse bei Baumwollgarn erzielt, welches mit traditionellen Schiffchen-Webmaschinen verarbeitet wird.
Mit dem Aufkommen von synthetischen Fasern, wie Polyester und Nylon sowie mit der Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Webtechnologien ohne Schiffchen- bzw. Webschützen wurden komplexere bzw. verbesserter Formen der verwendeten Schlichten erforderlich. Polyvinylalkohol (PVOH) wurde ein bevorzugter Bestandteil in Schlichte-Zusammensetzungen, und zwar wegen seiner exzellenten Adhäsion an synthetischen Fasern und wegen der Flexibilität des von ihm gebildeten Filmes. PVOH besitzt jedoch einige Nachteile, die beispielsweise in den relativ hohen Kosten sowie darin zu sehen sind, daß PVOH der Kette einer hohen Trockenbruchfestigkeit (dry-breaking strength) verleiht. Falls diese Trocken-Bruchfestigkeit zu hoch ist, kann die Kette nur schwer durch die Brecherbalken (breaker bars) der Schlichtmaschine gesplittet werden.
Säureverdünnte Stärke wurde zusammen mit PVOH verwendet, um die Kosten für die Schlichte zu reduzieren und die hohe Trocken-Bruchfestigkeit von mit PVOH behandelten Kettfäden herabzusetzen. Säureverdünnte Stärke ist jedoch nicht mit PVOH kompatibel und sie verursacht daher eine Verminderung der Adhäsion der Schlichte an der Kette. Dies führt dann zu einer Minderung der Qualität der behandelten Kette und zu einer nicht akzeptierbaren Abnahme der Webleistung. Säureverdünnte herkömmliche Stärke aus Mais enthält nicht-veränderte (underivatized) Amylose, die sich beim Abkühlen sehr schnell verändert. Diese Veränderung ändert auch die funktionellen Eigenschaften der Schlichte-Lösung. Die Veränderung ist ein irreversibler Prozess und macht daher die Wiederverwendbarkeit der Schlichte nach Alterung bzw. Anwendung unmöglich. Diese Veränderung behindert auch das Entschlichtungsverfahren sowie alle Bemühungen, die Schlichte einer erneuten Verwendung zuzuführen. Aus diesem Grunde muß herkömmliche Stärke nach einer einzigen Verwendung als Abfallprodukt beseitigt werden.
Ein neues Stärkederivat wurde erfunden, welches eine Vielzahl derjenigen Probleme, die sich mit säureverdünnten Stärken ergaben, beseitigt. Das neue Stärkederivat läßt sich besonders vorteilhaft bei Baumwoll-Garnen und Baumwoll-Synthetik- Mischgarnen verwenden, die auch schiffchenlosen Hochgeschwindigkeits- Webstühlen verarbeitet werden. Das neue Stärkederivat gemäß der Erfindung kann aber auch in Verbindung mit dem Polyvinylalkohol als Schlichte-Zusammensetzung verwendet werden. Die Schlichte-Rezeptur der vorliegenden Erfindung ist besser als alle bekannten Schlichte-Rezepturen, da die erfindungsgemäße Schlichte-Rezeptur die PVOH-Kompatibilität mit den anderen Charakteristiken bzw. Eigenschaften verbindet, die an eine hochwertige bzw. hochentwickelte Textilschlichte zu stellen sind, nämlich ausreichende Festigkeit und Flexibilität am Garn, hohe Adhäsion am Garn, hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abreiben bzw. Abrieb, kontrolliertes Eindringen in das Garn sowie kontrolliertes Einschließen des Garnes sowie stabile Viskosität. Die Beständigkeit gegen Veränderungen erlaubt es auch, die Rezeptur bzw. die Schlichte erneut zu konzentrieren und in Form einer konzentrierten pastenartigen Masse zwischen den einzelnen Verwendungen zu lagern. Das neuartige Stärkederivat gemäß der Erfindung reduziert, wie festgestellt wurde, den Anteil an in der Schlichte-Zusammensetzung verwendeten PVOH, und zwar bei weiterhin guten Resultaten. Das Stärkederivat gemäß der Erfindung ist ein Kationisches-äther-nichtionisches- ester von Stärke. Der kationische Äther-Radikale ist ein quaterer Ammonium-Alkyl-Äther, während der nichtionische Ester ein Acylester ist.
Das Stärkederivat hat einen Substitutionsgrad (nachfolgend mit "DS" bezeichnet) mit quaterem Ammonium-Alkyl-Äther von ungefähr 0,02 bis 0,2 und bevorzugt ein DS von ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,07.
Das Stärkederivat hat ein DS mit Acylester von ungefähr 0,01 bis 0,3 und bevorzugt von ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,1.
Das Stärkederivat gemäß der Erfindung ist Bestandteil einer Schlichte-Zusammensetzung, die auch Polyvinyl-Alkohol enthalten kann. Schlichte-Zusammensetzungen, die entsprechend der Erfindung hergestellt sind, und die sowohl das Stärkederivat nach der Erfindung und PVOH enthalten, enthalten ein Gewichtsverhältnis von Stärkederivat/Polyvinyl-Alkohol von ungefähr 1 : 9 bis ungefähr 10 : 0. Das bevorzugte Verhältnis von Stärkederivat/Polyvinyl-Alkohol liegt bei ungefähr 1 : 1 bis 3 : 1.
Schlichte-Zusammensetzungen, die entsprechend der Erfindung hergestellt sind, besitzen einen Feststoffanteil von ungefähr 5 bis ungefähr 30 Gewichtsprozent und bevorzugt einen Feststoffanteil von ungefähr 8 bis ungefähr 25 Gewichtsprozent für die gesamten Feststoffe. Im allgemeinen ist die Schlichte-Zusammensetzung mit Wasser als Flüssigkeit hergestellt. Plastifizierer können der Schlichte-Zusammensetzung zugegeben werden.
Um ein Stärkederivat der Erfindung herzustellen, werden zwei aufeinanderfolgende Reaktionen durchgeführt. Zunächst wird die Stärke mit einem quaternären Ammoniumsalz veräthert und anschließend wird die quaternäre Ammonium-verätherte Stärke verestert, um die Stärke zu akylieren und ein quaternäres Ammonium-Alkyl-Äther-Acyl-Ester von Stärke zu bilden.
Grundsätzlich wird das Stärkederivat der vorliegenden Erfindung dadurch hergestellt, daß ein wässriger Brei aus Stärke gebildet wird und dann die Stärke mit einem veräthernden quaternären Ammonium-Reagent in Anwesenheit eines alkalischen Katalysators reagiert wird. Diese Reaktion wird generell bei einer Temperatur von ungefähr 45°C und über eine Zeitperiode von ungefähr 16 Stunden ausgeführt. Der Brei wird dann abgekühlt und ein veresternder Reagent zugefügt. Nach einer kurzen Zeitperiode wird der Brei entwässert, gewaschen und getrocknet.
Der erste Schritt zur Modifizierung der Stärke und ein quaternäres Ammonium-Äther zu erhalten, ist in Anlehnung an die Lehre des US-Patentes 28 76 217, veröffentlicht am 3. März 1959, oder des US-Patentes 33 36 292, veröffentlicht am 15. August 1967 ausgeführt.
Das US-Patent 28 76 217 lehrt die Reaktion eines Epoxyd-Verätherungs- Agens mit Stärke. Das Verätherungs-Agens wurde durch Reaktion eines Epihalodydrins mit einem tertiären Amin oder tertiären Amin oder tertiären Amin-Salz erhalten. Diese Reaktionsprodukte oder Epoxyd-Verätherungs-Agens sind typisch durch die nachfolgende Strukturformel wiedergegeben:
Hierbei sind X das Halogenid (halide) von dem Epihalohydrin und R1, R2 sowie R3 sind aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, substituiertes Alkyl, Alkenaryl und Aralkyl, aber falls R1, R2 und R3 gleich sind, sollte keines von diesen mehr als 4 Kohlenstoffatome enthalten. Falls R1, R2 und R3 nicht gleich sind und falls R3 bis zu 18 Kohlenstoffatome aufweist, dann sollten R1 und R2 vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Methyl und Ethyl sein, und falls R1 und R2 zu einem Ring verbunden sind, dann sollte R3 vorzugsweise aus einer Gruppe bestehend aus Methyl oder Ethyl sein.
Das Epoxyd-Verätherungs-Agens reagiert dann mit der Stärke in Anwesenheit eines alkalischen Katalysators, beispielsweise Natriumhydroxyd. Das erhaltene Stärkeprodukt kann dann typischerweise durch die nachfolgende Strukturformel wiedergegeben werden:
Wie sich aus dieser Strukturformel ergibt, ist ein Kation gebildet.
Die US-Patentschrift 33 36 292 lehrt die Reaktion eines ätherbildenden Agens, welches eine quaternäre Ammoniumgruppe enthält, mit Stärke in einem wässrigen Brei in einer alkalischen Umgebung. Das veräthernde Agens ist typisch durch die nachfolgende Strukturformel wiedergegeben:
Hierbei ist X ein Halogen und R1, R2 und R3 sind jeweils eine Alkyl oder Hydroxyalkyl-Gruppe mit jeweils bis zu zwei Kohlenstoffatomen, wie mit Methyl oder Ethyl oder Hydroxyethyl, und ALK ist eine Alkyl- oder Alkylen-Gruppe, die lediglich Karbon und Wasserstoff sowie wenigstens drei, nicht jedoch mehr als fünf Kohlenstoffatome aufweist.
Das Stärkeprodukt, welches bei der Reaktion des veräthernden Agens mit der Stärke in der alkalischen Umgebung erzeugt wird, ist typisch durch die nachfolgende Strukturformel wiedergegeben:
Wie sich aus der vorstehenden Strukturformel ergibt, wird ein Kation gebildet.
Wie nachfolgend beschrieben, aber auch in den Ansprüchen angegeben ist, wird das quaternäre Ammonium-Alkyl-Äther-Stärkeprodukt, welches im Sinne der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, durch die nachfolgende Strukturformel beschrieben:
wobei R1, R2 und R3 aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Alkylen-Acyl und Aralalkyl ausgewählt sind und R4 aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Hydroxyalkyl, Alkylen und Hydroxyalkylen mit wenigstens 3, jedoch nicht mehr als 5 Kohlenstoffatomen ausgewählt ist. Wie ersichtlich, gibt es auch diese Strukturformel ein Kation wieder.
Bevorzugt ist, daß R1, R2 und R3 Alkyl- oder Alkylen-Gruppen mit 4 Kohlenstoffen oder weniger sind, und gute kommerzielle Ergebnisse wurden dann erreicht, wenn R1, R2 und R3 eine Methyl- oder Ethyl-Gruppe sind. Das Halogenid ist vorzugsweise Chlorid oder Bromid.
Gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn das quaternäre Ammonium- Äther 3-Chlor-Hydroxypropyl-Trimethyl-Ammonium-Chlorid, 2,3-Epoxypropyl, Triethyl-Ammonium-Halogenid und 3-Halopropyl Trimethyl-Ammonium-Halogenid bzw. Halogen ist. Das quaternäre Ammonium-Äther ist vorzugsweise 3-Chlor-2-Hydroxypropyl-Trimethyl- Ammonium-Chlorid.
Der zweite Schritt, die Esterbildung, wird durch Reagieren der verätherten quaternären Ammoniumstärke mit einem Veresterungsreagent durchgeführt. Dieser Schritt wird in geeigneter Weise in Anlehnung an die Lehre des US-Patentes Nr. 30 22 289, veröffentlicht am 20. Februar 1962 ausgeführt. Das US-Patent 30 22 289 lehrt die Reaktion von Stärke mit einem Vinylester einer Karbonsäure bei Anwesenheit eines alkalischen Katalysators und Wasser. Es gibt aber auch andere acylierende Chemikalien, wie saure Anhydride oder saure Halogenide. Alle diese Stoffe sind für den Zweck der Erfindung geeignet und alle sind der Fachwelt gut bekannt, und zwar ebenso wie die Methode für die Acylierung von Stärke unter Verwendung dieser chemischen Reagentien.
Geeignete Vinylester für den zweiten Schritt sind Vinylformiat, Vinylacetat und Vinylpropionat. Vinylacetat wird bevorzugt. Geeignete saure Anhydride schließen Essigsäure-, Propion-, Butter- und Benzol-Anhydride (acetic, proprionic, butyric und benzoic anhydrides) ein. Geeignete Halogenide schließen Acetylchlorid und Benzolchlorid ein. Der acylierte Stärkeester ist durch die folgende Strukturformel gekennzeichnet:
hierbei ist R5 aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Alkylen, Aryl und Aralkyl-Gruppe ausgewählt. Bevorzugt ist R5 ein Alkyl oder Alkylen mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffen.
Die Gesamtstrukturformel des erfindungsgemäßen Stärkederivats ist demnach:
wobei R1, R2, R3 und R5 aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Alkylen, Aryl, Aralkyl ausgewählt sind, R4 aus der Gruppe bestehend aus Alkyl, Hydroxyalkyl, Alkylen und Hydroxyalkylen mit wenigstens 3, nicht jedoch über 5 Kohlenstoffen ausgewählt ist, und X ein Halogenid ist. Wie ersichtlich ist, ist die Struktur kationisch. Die quaternäre Ammonium-Äther-Gruppe und die Acyl-Ester-Gruppe sind gewöhnlich nicht mit der gleichen Anhydroglucose-Einheit des Stärkemoleküls verbunden.
Bevorzugt sind R1, R2 und R3 Alkyl oder Alkylen mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffen und sehr bevorzugt methyl und Ethyl. Die bevorzugten Halogenide sind Chlor und Brom. R5 ist bevorzugt ein Alkyl oder Alkylen mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffen. R4 enthält vorzugsweise 3 Kohlenstoffe.
Um das Stärkederivat gemäß der Erfindung herzustellen, wird eine Stärke (waxy oder nicht-waxy-Stärke) verwendet. Die Stärke ist weiterhin auch unabhängig von ihrem biologischen Ursprung, d. h. unabhängig davon, ob sie von Korn, Mais, Sorghum, Zuckerhirse, Weizen, Reis, Kartoffel usw. gewonnen wurde. Eine herkömmliche KornStärke und dabei bevorzugt eine herkömmliche Maisstärke wird bevorzugt verwendet.
Die Ausgangsstärke, die bei der Erfindung verwendet wird, liegt grundsätzlicch in ungequollener granularer bzw. körniger Form vor. Geeignete Stärken für die Verwendung als Ausgangsmaterial schließen Stärken ein, bei denen die granulare Struktur durch Säureverdünnung (acid-thinning), durch Enzym-Verdünnung (enzyme-thinning), Oxydierung (oxidizing) usw. leicht modifiziert ist. Unmodifizierte Stärkekörnchen können ebenfalls verwendet werden.
Eine gute Methode, um den Grad der Verdünnung der granularen Stärke vor der Ätherbildung mit dem quaternären Ammonium- Äther festzustellen, ist die Messung der Fluidität bzw. Fließfähigkeit der Stärke. Diese Methode ist eine Standard- Meßmethode, die der Fachwelt gut bekannt ist. Bei dieser Methode, die bei den hier angegebenen Messungen verwendet wird, wird eine Probe von 18,90 g (db.) an modifizierter Stärke in einen Becher gegeben, welchem dann 150 ml Wasser zugegeben wird. Die Wasser- und Stärkemischung wird manuell umgerührt, um einen gleichförmigen Brei zu bilden. Anschließend werden 150 ml von 3,6%igem Natriumhydroxyd zugegeben und die Mischung wird 1 Minute lang umgerührt. Die hierbei erhaltene Lösung wird bei 75°F in einem Wasserbad für 29 Minuten gehalten. Diese Mischung wird dann in einen Standardfluiditäts- Meßtrichter (fluidity funnel) eingegossen, der eine spezifische "Wasser-Zeit" zwischen ungefähr 59 und 61 Sekunden aufweist, wobei "Wasser-Zeit" die Zeit ist, die 100 ml Wasser benötigen, um durch den Trichter zu fließen. Die Menge in Millilitern an Stärkebrei, die durch den Trichter in der "Wasser-Zeit" hindurchfließt, ist dann die Fluidität der Stärke. Unmodifizierte Stärke besitzt eine Fluidität bzw. ein Fließvermögen von ungefähr 0 bis ungefähr 5 ml, wenn dies in der beschriebenen Weise gemessen wird. Zur Erzielung guter Ergebnisse sollte das Ausgangsstärkematerial für die vorliegende Erfindung eine Fluidität zwischen ungefähr 45 ml bis ungefähr 90 ml aufweisen. Bevorzugt ist das Ausgangsmaterial einer herkömmlichen Maisstärke, welche mit Säure verflüssigt wurde (acid-thinned) und eine Fluidität von ungefähr 65 bis 75 ml besitzt.
Die Schlichte-Zusammensetzung kann in geeigneter Weise durch Mischen des Stärkederivats mit dem Polyvinyl-Alkohol und Kochen bzw. Eindicken bis zu dem gewünschten Level an Feststoffanteil durch Erhitzen in Wasser hergestellt werden, und zwar abschnittsweise oder kontinuierlich. Alternativ hiervon können auch das Stärkederivat und der Polyvinyl- Alkohol separat gekocht werden und dann miteinander gemischt werden. Die bevorzugte Temperatur, bei der die modifizierte Stärke oder die Schlichte-Zusammensetzung gekocht wird, wird zu einer vollständigen Gelatinierung des Stärkederivats führen. Diese Temperatur ist in der Regel ungefähr 65°C oder höher. Der Bereich des Gesamtfeststoffanteils in der Schlichte- Zusammensetzung kann entsprechend der jeweiligen Verwendung variieren. Generell ist es von Vorteil, einen möglichst hohen Feststoffanteil zu verwenden, um die Verdampfungskosten zu reduzieren, wobei eine obere Grenze durch die Viskosität der Zusammensetzung vorgegeben ist. Die Viskosität der Zusammensetzung ist ein zu berücksichtigender Faktor, und zwar wegen gerätetechnischer Grenzwerte oder Erfordernisse sowie wegen der Einflüsse der Viskosität auf den Grad und die Menge der Schlichte-Eindringung in die Faserbündel bzw. in das Faserpaket.
Generell und speziell auch bei Verwendung der heutigen Technologie, d. h. bei Verwendung mit hohem Druck arbeitender Roll-Schlichtemaschinen, kann ein Bereich zwischen ungefähr 5 bis ungefähr 30 Gewichtsprozent und dabei bevorzugt ein Bereich zwischen ungefähr 8 bis ungefähr 25 Gewichtsprozent Gesamtfeststoffanteil verwendet werden. Die Schlichte-Lösung gemäß der Erfindung kann andere geringere Zustände enthalten, wie sie typischerweise in Schlichten verwendet werden, wie Wachse, antiseptische Stoffe, Konservierungsstoffe, Demulgatoren (defoamer), Antistatikmittel, weichmachende Mittel, plastifizierende Mittel usw.. Es ist jedoch bevorzugt, daß stärkeabbauende Enzyme nicht mitverwendet werden, da sie die Tendenz haben, die Wiedergewinnung des bereits verwendeten Schlichte-Materials zu beeinträchtigen.
Jede Qualität von Polyvinyl-Alkohol kann bei der Erfindung verwendet werden. Qualitäten von Polyvinyl-Alkohol mit geringer Viskosität sind bevorzugt.
Das Verhältnis von Stärkederivat zu Polyvinyl-Alkohol liegt zweckmäßigerweise zwischen 1 : 9 und 10 : 0.
Das bevorzugte Verhältnis von Stärkederivat zu Polyvinyl-Alkohol kann sich in Abhängigkeit von den Verwendungsbedingungen sowie in Abhängigkeit von wirtschaftlichen bzw. Ökonomischen Faktoren ändern. Unterschiedliche Fasern erfordern unterschiedliche Verhältnisse. In den meisten Fällen sollte der Bereich jedoch zwischen ungefähr 1 : 1 und ungefähr 3 : 1 Stärkederivat zu Polyvinyl-Alkohol liegen. Diese Verhältnisse sind nach Gewicht von Stärkederivat und Polyvinyl-Alkohol angegeben.
Die Stärkeschlichte kann in bekannter Weise auf eine Textil- Kette aufgebracht werden. Bevorzugt wird eine mit hohem Druck arbeitende Quetschrollen-Schlichtmaschine verwendet, da diese, wie sich gezeigt hat, sehr gute Ergebnisse liefert.
Es hat sich weiterhin gezeigt, daß nach dem Webvorgang die Schlichte einfach unter Verwendung von heißem Wasser, und dabei bevorzugt unter Verwendung von Wasser mit einer Temperatur von 80°C oder mehr entfernt werden kann. Die bei diesem Entschlichten erhaltene Flüssigkeit kann dann erneut auf den angestrebten Feststoffanteil konzentriert werden, und zwar beispielsweise unter Verwendung herkömmlicher Ultra- Filtrationstechniken. Diese erneut konzentrierte Zusammensetzung nach der Erfindung kann dann wiederum zum Schlichten weiterer Kettengarne verwendet werden.
Ein volles Verständnis dieser und anderer Details sowie Vorteile der Erfindung ergibt sich aus den nachfolgenden Beispielen, die zur Erläuterung gewählt wurden.
Beispiel 1
Dieses Beispiel demonstriert die Herstellung des Stärkederivats gemäß der Erfindung.
Ein Brei aus einer herkömmlichen Maisstärke mit 60°F wurde hergestellt. Diesem Brei wurde Salzsäure (HCL) in einer solchen Menge zugegeben, daß 10 ml des Breies durch 10 ml von 0,1 N NaOH neutralisiert werden konnte (wobei der pH des Breies bei ungefähr 0,8 nach der Zugabe der Säure lag). Der gesäuerte Brei wurde dann auf 46°C erhitzt und auf dieser Temperatur gehalten, bis die Stärke auf eine Fluidität von 74 ml verflüssigt war. Fünfzig (50) Pfund (pounds) an Natriumchlorid (NaCl) wurden dann als ein Gelatinierungs-Inhibitor beigegeben, und anschließend wurden 70 Pfund (pounds) einer 53%igen Lösung von 3-Chlor-2-Hydroxypropyl-Trimethyl- Ammonium-Chlorid (ein quaternäres Ammonium-Äther-Bildungs- Reagent) zugegeben. Anschließend daran wurde eine 4%ige NaOH-Lösung zugegeben, bis 10 ml des Breies durch 11,5 l von 0,1 N HCL neutralisiert werden konnten (wobei der pH-Wert des Breies nach der Zugabe des gesamten NaOH bei ungefähr 11,5 lag). Anschließend wurde die Breitemperatur bei ungefähr 43°C für 16 Stunden gehalten.
Nach 16 Stunden wurde der Brei auf 25°C abgekühlt und 37,0 Pfund (pounds) von Vinyl-Acetat (veresterndes Reagent) wurden zugegeben. 10 Minuten nach der Zugabe des Vinyl-Acetats wurde der Brei auf einen pH-Wert von 5,5 eingestellt, und zwar mit Salzsäure (HCl).
Der Brei wurde dann entwässert und das erhaltene Produkt mit frischem Wasser gewaschen und getrocknet. Das Stärkederivat, welches mit Hilfe eines solchen Verfahrens gewonnen wurde, hatte einen quaternäres Ammonium-DS von 0,033 und einen Acyl-DS von 0,053.
Beispiel 2
Dieses Beispiel demonstriert einen anderen Weg zur Herstellung des Stärkederivats nach der Erfindung.
Eine durch Säure verdünnte übliche Maisstärke mit einer Fluidität von 72 wurde aufgeschlämmt, und zwar durch Zugabe von 500 g (db) dieser Stärke zu Wasser, um einen Brei bzw. eine Aufschlemmung von ungefähr 60°F zu erhalten. Ein alkalischer Katalysator wurde anschließend zugegeben, 16,10 g Kalziumhydroxyd (Ca(OH)2). Nach der Zugabe des alkalischen Katalysators wurde der Brei auf 45°C erhitzt und 70,03 g einer 53%igen Lösung von 3-Chlor-2-Hydroxypropyl-Ammonium- Chlorid (ein quaternäres Ammonium-Äther) wurde zugegeben. Der Brei wurde dann anschließend 16 Stunden bei einer Temperatur von ungefähr 45°C gehalten.
Der Brei wurde anschließend auf 30°C abgekühlt und 34,63 g an saurem Anhydrid (Acetik-Anhydrid) wurde dem Brei zugegeben. Nach 5 Minuten betrug der pH-Wert des Breies 4,8.
Der Brei wurde entwässert und das erhaltene Produkt mit frischem Wasser gewaschen und getrocknet.
Das mit diesem Verfahren erhaltene Stärkederivat hatte einen quaternäres Ammonium-DS von 0,040 und ein Acyl-DS von 0,030.
Beispiel 3
Bei diesem Beispiel wurden zwei entsprechend der Erfindung hergestellte Schlichte-Zusammensetzungen vorbereitet und im Vergleich mit Polyvinyl-Alkohol allein getestet. Hierbei ergaben sich folgende Ergebnisse:
Die Schlichte-Zusammensetzung A wurde entsprechend der vorliegenden Erfindung erhalten durch Ansetzen eines Breis aus dem Stärkederivat nach Beispiel 1 mit Polyvinyl-Alkohol (PVOH) und Wasser in einem Gewichtsverhältnis Stärkederivat : PVOH : Wasser von 6,0 : 6,0 : 88,0. Der Gesamtanteil an Feststoffen in dem Brei lag bei 12%. Der Brei wurde dann bei 205°F für 30 Minuten in einem herkömmlichen Kochgefäß bzw. -behälter gekocht. Der Kochbehälter war mit einem Rührelement ausgestattet und während des Kochverfahrens wurde das Rührglied mit 1000 Umdrehungen pro Minute betätigt, um den Brei einer hohen Scherung zu unterwerfen. Nach dem Kochen wurde dem Brei Wasser zugesetzt, um diesen wieder auf seinen ursprünglichen Feststoffanteil bzw. -level zu bringen. Hierdurch wurde das Stärkederivat vollständig gelatiniert. Die so erhaltene Paste wurde über eine Stunde in einem Wasserbad auf 150°F abgekühlt und hatte dann eine Brookfield Viskosität von 75 cps. Die Viskosität wurde mit einem Brookfield Viskometer, Modell RVF gemessen, und zwar unter Verwendung einer Nr. 3-Spindel bei 20 Umdrehungen pro Minute. Dies ist eine Standardausrüstung einer Laboreinrichtung und Standardverfahren wurden verwendet, um diese Meßergebnisse zu erhalten. Die Viskosität bei 115°F betrug 250 cps.
Die Schlichte-Zusammensetzung B wurde in ähnlicher Weise hergestellt, allerdings mit der Ausnahme, daß das in der Schlichte-Verbindung verwendete Stärkederivat ein nach dem obigen Beispiel 2 hergestelltes Produkt war und das Stärkederivat : PVOH : Wasser-Verhältnis bei 7,5 : 7,5 : 85,0 lag.
Der Polyvinylalkohol, der hierbei verwendet wurde, war ein kommerziell erhältlicher, voll hydrolysierter (fully hydrolyzed) Polyvinylalkohol mit geringer Viskosität, der von DuPont unter der Marke bzw. Handelsbezeichnung "ELVANOL T-66" vertrieben wurde. Die Filme der oben genannten Schlichte-Verbindungen wurden unter Verwendung der folgenden Prozedur bzw. Verfahren getestet, um die in der obigen Tabelle 1 wiedergegebenen Daten zu erhalten:
Ein Thwing-Albert Tensile- bzw. Dehnungstestermodell 65 TM mit einer Lastzellenkapazität (capacity load cell) von 20 lb wurde für alle Tests verwendet.
A. Für die Streckzüge:
Anfänglicher Backenspalt =2,0 Zoll Kreuzkopfgeschwindigkeit (Crosshead Speed) =0,50 Zoll/min Bereich der Meßkarte gesetzt bei 50% der
Lastzellenkapazität (load cell capacity)
Probenbreite =15 mm
B. Für mylare Adhäsionen:
Anfänglicher Backenspalt =1,0 Zoll Kreuzkopfgeschwindigkeit (Crosshead Speed) =4,0 Zoll/min Anzeige- bzw. Meßbereich bei 5% der
Lastzellenkapazität (load cell capacity)
Probenbreite =1,5 Zoll
C. Berechnungen:
  • 1. Streckvermögen und Streckbruch = (169,33 × Meßanzeige)/ Probendicke in Mil.
    Die Probendicke wurde mit einem Mikrometer an beiden Enden sowie in der Mitte der Probe gemessen. Aus diesen drei Werten wurde für die Berechnung ein Mittelwert gebildet. Der Faktor von 169,33 ist ein Faktor, der die Meßanzeige in % für die Probe mit 15 mm Breite in 1b/Breite in Zoll umrechnet. Die Meßanzeige wurde dem Testgerät entnommen.
  • 2. Längung bzw. Dehnung = 6,25 × Länge der Strecke in Zoll.
    Die Länge ist definiert zwischen dem Beginn der Bewegung der Schreibfeder und dem Bruch, wie sie entlang der Basislinie der Meßkarte gemessen wird. Der Faktor 6,25 ist ein Faktor, der die Länge des Zuges bzw. der Streckung, wie sie auf der Meßkarte angezeigt wird, in die Dehnung umwandelt, welche ein Prozentsatz der ursprünglichen Probenlänge von 2 Zoll ist. Dies ist notwendig wegen der Unterschiede zwischen der Karten- und Kreuzkopfgeschwindigkeit.
  • 3. Mylar-Adhäsion: Vermesse die Kartenanzeige bei 3 Zoll in die Streckung und teile durch 100 um die Adhäsion in Pfund zu erhalten.
Die Analogie zwischen den Daten des Filmes und der Art bzw. Ausführung der Schlichte ist Fachleuten gut bekannt. Aus den oben angegebenen Werten bzw. Daten ist deutlich ersichtlich, daß die Stärke und PVOH-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ebenso gute Eigenschaften wie PVOH allein, in gewissen Aspekten aber sogar besser ist.
Beispiel 4
Dieses Beispiel vergleicht die Abriebfestigkeit von Garnen, die mit der erfindungsgemäßen Schlichte-Zusammensetzung behandelt wurden, mit der solcher Garne, die mit Polyvinyl- Alkohol allein behandelt wurden. Die Abriebfestigkeit wird verwendet, um die Verwebbarkeit von geschlichteten Garnen vor dem Weben zu bestimmen. Während des Webvorganges ist das Kettengarn einem Abrieb unterworfen, da das Schußgarn hin und her durch den Webstuhl bewegt wird, und die Abriebfestigkeit ermöglicht es, vorauszusagen, wie gut das Garn diesem Abrieb wiederstehen kann. Die nachfolgenden Schlichte-Zusammensetzungen wurden vorbereitet:
Tabelle II
Das Stärkederivat in jeder Schlichte-Zusammensetzung der Tabelle II war das Produkt nach Beispiel 1.
Der Polyvinyl-Alkohol war voll hydrolysiert bis eine niedrige Viskosität aufweisendes und im Handel erhältliches PVOH, welcher von der Firma DuPont unter der Marke bzw. dem Handelsnamen ELVANOL T-66 verkauft wird.
Das Wachs war ein solches von Handelsqualität, welches als Nr. 15 von J. P. Stevens vertrieben wird. Das Wachs wird in der Schlichte verwendet, um das behandelte Garn weich zu machen und zu schmieren und um zu verhindern, daß die Schlichte sich an den Trockenzylinder der Schlichtemaschine ablagert. Die einzige Einschränkung bezüglich des in diesem Beispiel sowie in der vorliegenden Erfindung verwendeten Wachses besteht darin, daß es keine aromatischen Polymere enthält.
Die Schlichte-Zusammensetzungen nach Tabelle II wurden in einer herkömmlichen Kocheinrichtung, die mit einem Rührglied ausgestattet war, gekocht. Das Stärkederivat, das Wasser sowie der PVOH wurden dem Behältnis zugegeben und der Brei wurde 35 Minuten lang bei 95°C gekocht. Das Rührglied wurde während des Kochens bzw. Erhitzens betätigt, um den Brei einer Scherbehandlung zu unterwerfen. Das Wachs wurde dem Schlichtebrei vor dem Kochen zugegeben. Das Stärkederivat war nach dem Kochschritt komplett gelatiniert. Alle Schlichte- Zusammensetzungen hatten einen Gesamtfeststoffanteil von ungefähr 18% in der Kocheinrichtung.
Das Garn wurde mit drei mengenmäßig unterschiedlichen Aufträgen (Auftraglevel) versehen. Das Garn bestand aus 65% Polyester und 35% Baumwolle mit 37 Einzelfäden. Eine Calloway- Schlichtmaschine wurde zum Behandeln des Garnes verwendet. Die Schlichte-Lösungen wurden bei einer Temperatur von 165°F gehalten. Die Schlichte-Lösungen enthielten 12 bis 18% Feststoffe. Der Auftrag der Schlichte wurde in üblicher Weise unter Verwendung von Standard-Extraktionsmethoden bestimmt.
Das behandelte Garn wurde einem K. Zweigle-Abriebeinrichtung (abrader) unterworfen, die ein übliches in der Industrie verwendetes Instrument darstellt, und die Anzahl der Zyklen wurden bis zum Brechen des behandelten Garnes gemessen. Die Spannung des behandelten Garnes war 30 g pro Garn und ein Schleifpapier mit einer Körnung von 800 wurde verwendet. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der nachfolgenden Tabelle III wiedergegeben. Die Abriebfestigkeit ist der Mittelwert von 40 Fäden und wurde bei Standardraumbedingungen von 70°F und einer relativen Feuchtigkeit von 65% ermittelt.
Tabelle III
Die Abriebfestigkeit ist numerisch auf den Schlichte-Auftragslevel bezogen. Um die verschiedenen Daten vergleichen zu können, wurden die Werte für die Abriebfestigkeit auf einen Auftragslevel von 14% normiert. Diese Werte sind in der nachfolgenden Tabelle IV wiedergegeben.
Schlichte14% Auftrag
Abriebfestigkeit
(Zyklen bis zum Bruch)
Schlichte I118 Schlichte II 88 Schlichte III 78
Eine statistische Bewertung dieser Daten zeigt, daß sowohl die Schlichte-Verbindung nach der Erfindung, als auch PVOH allein die für eine gute Verwebbarkeit des getesteten Garnes notwendige Abriebfestigkeit verleihen.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung tragende Gedanke verlassen wird.

Claims (19)

1. Kationisches-nichtionisches Stärkederivat, gekennzeichnet durch die nachfolgende Strukturformel: wobei R1, R2, R3 und R5 aus einer Gruppe bestehend aus Alkyl, Alkylen, Aryl und Aralkyl ausgewählt sind, wobei R4 aus einer Gruppe bestehend aus Alkyl, Hydroxyalkyl, Alkylen und Hydroxyalkylen ausgewählt ist, wobei R4 wenigstens 3, jedoch nicht mehr als 5 Kohlenstoffe besitzt und X ein Halogenid ist.
2. Stärkederivat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R1, R2, R3 und R5 aus einer Gruppe bestehend aus Alkyl und Alkylen mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffen ausgewählt sind, und daß R4 3 Kohlenstoffe aufweist und X aus einer Gruppe von Halogeniden (Halides) ausgewählt ist, die (Gruppe) Chloride oder Bromide aufweist.
3. Stärkederivat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß R1, R2 und R3 aus einer Gruppe bestehend aus Methyl oder Ethyl ausgewählt sind.
4. Stärkederivat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke eine herkömmliche Maisstärke ist.
5. Stärkederivat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke eine herkömmliche Maisstärke ist.
6. Stärkederivat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stärkederivat einen DS von quaternären Ammonium-Äther- Gruppen zwischen ungefähr 0,02 bis ungefähr 0,2 aufweist und daß der DS der Acylester-Gruppen ungefähr 0,01 bis 0,3 ist.
7. Stärkederivat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stärkederivat ein DS von quaternären Ammonium-Äther- Gruppen von ungefähr 0,02 bis ungefähr 0,2 aufweist und daß der DS von Acylester-Gruppen ungefähr 0,01 bis 0,3 ist.
8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der DS von quaternären Ammonium-Äther-Gruppen ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,07 und der DS von Acylester-Gruppen ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,1 ist.
9. Zusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der DS von quaternären Ammonium-Äther-Gruppen ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,07 und der DS von Acylester-Gruppen ungefähr 0,03 bis 0,1 ist.
10. Kationisches-nichtionisches Stärkederivat, gekennzeichnet durch die nachfolgende Strukturformel: wobei R1, R2 und R3 aus der Gruppe bestehend aus Ethyl und Methyl ausgewählt sind, wobei R4 aus der Gruppe bestehend aus Propyl und Hydroxypropyl ausgewählt ist, wobei R5 eine Propyl-Gruppe ist, wobei X aus der Gruppe bestehend aus Bromiden und Chloriden ausgewählt ist und wobei das Stärkederivat ein DS von quaternären Ammonium- Äther von ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,07 aufweist und ein DS von Acylester von ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,01 besitzt.
11. Zusammensetzung zum Behandeln bzw. Schlichten von Garnen, wobei die Zusammensetzung ein kationisches-nichtionisches Stärkederivat nach Anspruch 1 sowie Polyvinyl-Alkohol aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung ein Verhältnis von Stärkederivat zu Polyvinyl-Alkohol im Verhältnis von ungefähr 1 : 9 bis ungefähr 1 : 10 besitzt.
12. Zusammensetzung zum Schlichten bzw. Behandeln von Garn, wobei diese Zusammensetzung ein kationisches-nichtionisches Stärkederivat nach Anspruch 6 sowie Polyvinyl-Alkohol aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung ein Verhältnis von Stärkederivat zu Polyvinyl- Alkohol im Bereich von ungefähr 1 : 9 bis ungefähr 10 : 0 besitzt.
13. Zusammensetzung zum Schlichten bzw. Behandeln von Garn, wobei die Zusammensetzung eine kationische-nichtionische Stärke nach Anspruch 10 sowie Polyvinyl-Alkohol aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung ein Verhältnis von Stärkederivat zu Polyvinyl-Alkohol im Bereich von ungefähr 1 : 1 bis ungefähr 3 : 1 besitzt.
14. Verfahren zum Herstellen einer Schlichte-Zusammensetzung, unter Verwendung des Stärkederivats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kationische-nichtionische Stärkederivat und Polyvinyl-Alkohol gemischt werden, wobei die Zusammensetzung ein Verhältnis von Stärkederivat zu Polyvinyl-Alkohol im Bereich von ungefähr 1 : 9 bis ungefähr 10 : 0 aufweist, und daß die Mischung gekocht wird bis zu einem Gesamtfeststoffanteil zwischen ungefähr 5% bis ungefähr 30%.
15. Verfahren zum Herstellen einer Schlichte-Zusammensetzung unter Verwendung des Stärkederivats nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das kationische-nichtionische Stärkederivat und Polyvinyl-Alkohol gemischt werden, wobei die Zusammensetzung ein Verhältnis von Stärkederivat zu Polyvinyl-Alkohol im Bereich von ungefähr 1 : 9 bis ungefähr 10 : 0 aufweist, und daß die Mischung bis zu einem Gesamtfeststoffanteil zwischen ungefähr 5% bis ungefähr 30% gekocht wird.
16. Verfahren zum Herstellen einer Schlichte-Zusammensetzung unter Verwendung des kationischen-nichtionischen Stärkederivats nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das kationische-nichtionische Stärkederivat und Polyvinyl- Alkohol gemischt werden, wobei die Zusammensetzung ein Verhältnis von Stärkederivat zu Polyvinyl-Alkohol im Bereich von ungefähr 1 : 1 bis ungefähr 3 : 1 aufweist, und wobei die Mischung bis zu einem Gesamtfeststoffanteil zwischen ungefähr 8% bis ungefähr 25% gekocht wird.
17. Verfahren zum Schlichten bzw. Behandeln von Garn, gekennzeichnet durch Behandeln des Garnes mit der Schlichte-Zusammensetzung nach Anspruch 11.
18. Verfahren zum Behandeln bzw. Schlichten von Garn, gekennzeichnet durch Behandeln des Garns mit der Schlichte-Zusammensetzung nach Anspruch 12.
19. Verfahren zum Behandeln bzw. Schlichten von Garn, gekennzeichnet durch die Behandlung des Garnes mit der Schlichte-Zusammensetzung nach Anspruch 13.
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