DE3783109T2

DE3783109T2 - Zweikomponentfasern aus polypropylen und polyethylen.

Info

Publication number: DE3783109T2
Application number: DE8787308249T
Authority: DE
Inventors: Zdravko Jezic; Gene P Young
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1987-09-17
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2007-09-18
Also published as: DE3783109D1; NO170499B; FI89188B; NO873921D0; ES2036579T3; PH24516A; KR880004141A; CA1296498C; AU606357B2; BR8704808A; FI89188C; NO873921L; EP0260974A2; AU7864987A; EP0260974B1; FI874086A; FI874086A0; NO170499C; MX160047A; EP0260974A3

Description

Mischungen, bestehend aus Polypropylen und Polyethylen werden zu Fasern mit verbesserten Eigenschaften versponnen.
Polypropylen (PP)-fasern und -einzelfäden sind Handelsgegenstande und wurden zur Herstellung von Produkten wie Seilen, Vliesstoffen und gewebten bzw. gewirkten Textilien verwendet.
Die US-A-4 578 414 beschreibt Zusatzstoffe, um Olefinpolymerfasern wasserbenetzbar zu machen, einschließlich Mischungen aus Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP).
Die US-A-4 518 744 beschreibt das Schmelzspinnen von bestimmten Polymeren und Mischungen von Polymeren einschließlich Polypropylen (PP). Die JP-A-56-159339 und die JP-A-56-159340 beschreiben Fasern aus Mischungen von Polyestern mit geringeren Mengen an Polypropylen.
Entsprechende Literaturstellen, welche sich auf Fasern und Einzelfäden beziehen, einschließlich solcher aus künstlich hergestellten Thermoplastikmaterialien, auf welche hiermit Bezug genommen wird, sind z. B.:
(a) Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Interscience, New York, Bd. 6 (1967), S. 505-555 und Bd. 9 (1968), S. 403-440;
(b) Man-Made Fiber and Textile Dictionary, veröffentlicht von Celanese Corporation;
(c) Fundamentals of Fibre Formation--The Science of Fibre Spinning and Drawing, von Andrz&ijlig; Ziabicki, veröffentlicht von John Wiley & Sons, London/New York (1976);
(d) Man-Made Fibres, von R. W. Moncrieff, veröffentlicht von John Wiley & Sons, London/New York, (1975);
(e) Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Bd. 16 "Olefin Fibers", veröffentlicht von John Wiley & Sons, New York (1981), 3. Auflage.
In Übereinstimmung mit den häufig verwendeten Bezeichnungen oder Ausdrücken in der Faser- und Fadenindustrie gelten die folgenden Definitionen für die hier verwendeten Ausdrücke:
Ein "Einzelfaden" (auch bezeichnet als (a.b.a.) monofil) bezieht sich auf einen Einzelstrang mit einer Denier-Zahl größer als 15 (1,7 tex), üblicherweise größer als 30 (3,3 tex);
eine "Faser" oder ein "Faden mit feiner Denier-Zahl" bezieht sich auf einen Strang mit einer Denier-Zahl weniger als 15 (1,7 tex)
ein "Multifaden" (a.b.a. multifil) bezieht sich auf gleichzeitig hergestellte Fäden mit feiner Denier-Zahl, gesponnen als Fadenbündel, im allgemeinen mit einem Gehalt von wenigstens 3, vorzugsweise wenigstens 15-100 Fäden, wobei dies auch mehrere Hundert oder mehrere Tausend sein können;
"Stapelfasern" bezieht sich auf Stränge mit feiner Denier-Zahl, welche mit Stapellängen von im allgemeinen 1 bis 8 Inch (2,5 bis 20 cm) hergestellt oder hierzu geschnitten wurden);
ein "extrudierter Strang" bezieht sich auf ein Extrudat, welches durch Durchführen eines Polymeren durch einen Formöffnung, beispielsweise eine Düse, gebildet wurde;
eine "Fibrille" bezieht sich auf einen superfeinen, diskreten Einzelfaden, der in eine mehr oder weniger kontinuierliche Matrix eingebettet ist.
Obwohl es bekannt ist, daß praktisch jedes thermoplastische Polymere als ein grober Strang oder ein Einzelfaden extrudiert werden kann, haben sich viele hiervon wie Polyethylen oder einige Ethylencopolymere im allgemeinen als nicht geeignet zur Herstellung von Fasern oder Multifäden mit feiner Denier-Zahl herausgestellt. Praktikern ist bekannt, daß es leichter ist, ein grobes Einzelfadengarn von 15 Denier (1,7 tex) herzustellen, als ein Multifadengarn von 15 Denier (1,7 tex) herzustellen. Ebenfalls ist anerkannt, daß die bei einem Fadenbündel vorliegenden mechanischen und thermischen Bedingungen, gleichgültig ob beim Spinnen von Stapelfasern oder von Multifädengarnen, sehr verschieden von denjenigen beim Spinnen von Einzelfäden sind. Die Tatsache, daß ein vorgegebenes, künstlich hergestelltes Polymeres zu einem Einzelfaden extrudiert werden kann, führt nicht notwendigerweise zu seiner Verwendung für feine Denier-Zahl (tex) oder für das Multifädenspinnen. Während ein extrudierter Einzelfaden, der abgekühlt wurde, üblicherweise zu einer feineren Denier-Größe kaltgezogen (gestreckt) werden kann, selbst wenn er keine ausreichende Schmelzfestigkeit zum Schmelziehen ohne Bruch besitzt, ist es offensichtlich, daß ein Polymeres eine nennenswerte Schmelzfestigkeit besitzen muß, damit es zu feineren Denier-Größen heißgezogen werden kann.
Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) wird durch Polymerisieren von Ethylen unter Verwendung eines freiradikalischen Initiators, z. B. eines Peroxids, bei erhöhten Drücken und Temperaturen hergestellt, mit Dichten im Bereich im allgemeinen von 0,910-0,935 g/cm³. Das LDPE, welches manchmal auch als "I.C.I.-Typ" Polyethylen bezeichnet wird, ist ein verzweigtes (d. h. nicht-lineares) Polymeres als Folge der Anwesenheit von kurzen Ketten von polymerisierten Ethyleneinheiten, welche an dem Hauptpolymerrückgrat anhängen. In einigen Veröffentlichungen des Standes der Technik wird dies auch als "Hochdruckpolyethylen" (HPPE) bezeichnet.
Polyethylen hoher Dichte (HDPE) wird unter Verwendung eines Koordinationskatalysators, wie einer Chromoxidverbindung vom "Ziegler-Typ" oder "Natta-Typ" oder "Phillips-Typ" hergestellt. Diese besitzen Dichten im allgemeinen im Bereich von 0,94 bis 0,98 g/cm³ und werden als "lineare" Polymere wegen des praktischen Fehlens von kurzen Polymerketten, die an dem Hauptpolymerrückgrat anhängen, bezeichnet.
Lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) wird durch Copolymerisation von Ethylen mit wenigstens einem α-Olefinalkylen mit C&sub3;-C&sub1;&sub2;, insbesondere wenigstens einem α-Olefinalkylen mit C&sub4;-C&sub8;, unter Verwendung eines Koordinationskatalysators hergestellt, wie er bei der Herstellung von HDPE eingesetzt wird. Diese LLDPE sind "linear", jedoch mit Alkylgruppen des α-Olefins, die an der Polymerkette anhängen. Diese anhängenden Alkylgruppen bewirken, daß die Dichte in etwa demselben Dichtebereich (0,88-0,94 g/cm³) wie beim LDPE liegt; daher wird die Bezeichnung "lineares Polyethylen niedriger Dichte" oder LLDPE in der Industrie verwendet, um diese linearen Ethylencopolymeren mit niedriger Dichte zu bezeichnen.
Polypropylen (PP) existiert bekanntermaßen als ataktisches (weitgehend amorphes), syndiotaktisches (weitgehend kristallines) und isotaktisches (ebenfalls weitgehend kristallines) Produkt, wobei einige hiervon zu Fasern mit feiner Denier-Zahl verarbeitet werden können. Bevorzugt wird bei der vorliegenden Erfindung die weitgehend kristallinen Typen von PP eingesetzt, welche zum Verspinnen zu Fasern mit feiner Denier-Zahl geeignet sind, welche manchmal auch als "CR"-Sorten oder Sorten mit konstanter Rheologie bezeichnet werden.
Die US-A-4 181 762, US-A-4 258 097 und US-A-4 356 220 enthalten Informationen über Olefinpolymerfasern, wovon einige Einzelfäden sind.
Die US-A-4 076 698 beschreibt Verfahren zur Herstellung von LLDPE und beschreibt die Extrusion zu einem Einzelfaden.
Die US-A-4 584 347 beschreibt in allgemeiner Art die Herstellung von Xerogelfasern aus verdünnten Lösungen von Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht oder Polypropylen, das einen polymeren Zusatz enthält, der LDPE, LLDPE oder HDPE sein kann, jedoch gibt es kein Beispiel für eine PE/PP-Mischung.
Die US-A-4 563 504 beschreibt die Herstellung von monoorientierten Garnen aus einer Mischung aus 10 bis 40 Gew.-% Polypropylen und 60 bis 90 Gew.-% Ethylen/α-Olefincopolymerem Die Komponenten können in festem oder geschmolzenem Zustand vermischt werden.
Die US-A-4 632 861 beschreibt, daß das Schmelzspinnen von LDPE durch Mischen von LDPE mit Polypropylen in Mengen von 65 bis 95 Gew.-% LDPE und 5 bis 35 Gew.-% PP verbessert wird. Die erhaltenen Fasern haben in einer kontinuierlichen PE-Phase dispergiertes PP. Vergleichsbeispiele mit 40:60 und 20:80 LDPE:PP werden gegeben, jedoch lehrt diese Patentschrift, daß ein PP-Gehalt unterhalb 35 Gew.-% für ein zufriedenstellendes Verspinnen erforderlich ist.
Die CA-A-1 199 746 beschreibt Mischungen von 40 bis 90 Gew.-% LLDPE zur Verbesserung der Flexibilität, der Kapazität für das Heiß- und Kaltziehen und der Festigkeit von PP für das Blasformen, Extrusionsziehen oder Thermoverformen. Ein Hinweis auf das Verspinnen zu Fasern wird nicht gegeben.
Skoroszewski ("Parameters Affecting Processing of Polymers and Polymer Blends", Plastics & Polymers, Bd. 40, Nr. 147, S. 142-152, Juli 1972) beschreibt gereckte Polypropylenfilmfasern, welche LDPE enthalten, und lehrt, daß LDPE-Gehalte oberhalb 20 Gew.-% die Zähigkeit der Produkte drastisch beeinträchtigen.
Die JP-A-52072744, JP-A-58011536, JP-A-58206647 und JP- A-59041 32 beschreiben verformbare Mischungen, welche Polypropylen und Polyethylen enthalten, jedoch wird kein Bezug auf die Faserherstellung gegeben. Die JP-A-52072744 beschreibt Mischungen, welche 70 bis 98 Gew.-% Polypropylen, 1 bis 14 Gew.-% statistische Ethylen/But-1-en-Copolymere und 1 bis 15 Gew.-% LDPE enthalten. Die JP-A-58011536 beschreibt Mischungen, welche ein statistisches Ethylen/Propylen-Copolymeres mit einem Gehalt von 3 bis 9 Gew.-% Ethylen, und ein LLDPE enthalten. Die JP-A-58206647 beschreibt eine Zusammensetzung, die Polypropylen, LDPE und LLDPE umfaßt. Die JP-A-59041342 beschreibt Zusammensetzungen, welche 60 bis 95 Gew.-% LLDPE und 5 bis 50 Gew.-% Polypropylen enthalten.
Die DE-A-35 44 523 beschreibt die Herstellung von Zweikomponentenfasern nach einem Verfahren, bei welchem eine feindispergierte Mischung von Polypropylen und 5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-%, Polyethylen schmelzgesponnen wird. Die Zweikomponentenfasern haben eine höhere Polyethylendichte nahe der Faseroberfläche, wo die Polyethylenfibrillen axial orientiert sind. Das Polyethylen kann LLDPE sein.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß Verbesserungen bei Polypropylenfasern erreicht werden, falls das Polypropylen zuerst mit 20 bis 45 Gew.-% eines linearen Ethylencopolymeren niedriger Dichte vermischt und dann die geschmolzene Mischung unmittelbar vor dem Schmelzspinnen innig vermischt wird.
Gemäß einer ersten Ausführungsform liefert die Erfindung eine Zweikomponentenfaser, welche im wesentlichen aus Polypropylen als einer kontinuierlichen Phase besteht, die hierin verteilt 20 bis 45 Gew.-% an Fibrillen aus linearem Polyethylen (LLDPE) mit niedriger Dichte als dispergierte Phase aufweist, die in einer im wesentlichen ungerichtet ausgebreiteten Weise angeordnet sind, wobei dieses LLDPE einen Schmelzindex (gemessen nach der Norm ASTM D-1238 (E)) im Bereich von 12 bis 120 g/10 min besitzt. Die Zähigkeit und Weichheit der Fasern ist gegenüber derjenigen von Polypropylen oder Polyethylen alleine verbessert.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Zweikomponentenfasern bereitgestellt, welches umfaßt: das innige Vermischen von geschmolzenem Polypropylen (PP) und geschmolzenem linearen Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), das einen Schmelzindex (gemessen nach der Norm ASTM D-1238 (E)) im Bereich von 12 bis 120 g/10 min besitzt, bei einem Gewichtsverhältnis von PP:LLDPE von 80:20 bis 55:45, um das LLDPE in dem PP zu dispergieren, und das Halten der Dispersion, bis die Mischung, als Extrudat, aus einer Spinndüse zur Bildung einer Faser ausgepreßt wird, in welcher LLDPE-Fibrillen, als dispergierte Phase, in im wesentlichen ungeordnet ausgebreiteter Weise angeordnet sind.

Zeichnungen

Die Fig. 1-4 werden hiermit als visuelle Hilfen für die Zuordnung bestimmter Eigenschaften von in dieser Beschreibung angegebenen Mischungen vorgesehen.
Das bei dieser Erfindung verwendete Polyethylen ist LLDPE mit einem Molekulargewicht des Polyethylens in dem mäßig hohen Bereich, wie dies durch einen Schmelzindex, M.I., (a.b.a. Schmelzfließgeschwindigkeit, M.F.G.) mit Werten im Bereich von 12 bis 120 g/10 min, vorzugsweise 20 bis 100 g/10 min, insbesondere 50 ± 20 g/10 min, gemessen nach der Norm ASTM D-1238 (E) (190ºC/2,16 kg), angezeigt wird.
Bevorzugt liegen die comonomeren α-Olefinalkylene in dem LLDPE in dem C&sub3;-C&sub1;&sub2;-Bereich, insbesondere C&sub4; bis C&sub8;, und ganz besonders ist es 1-Octen. Buten (C&sub4;) kann verwendet werden, jedoch ist 1-Octen bevorzugt. Mischungen der Alkylen comonomere, wie Buten/Octen oder Hexen/Octen, können bei der Herstellung der Ethylen/Alkylen-Copolymere verwendet werden. Die Dichte des LLDPE hängt von der Menge und der Molekülgröße (d. h. der Anzahl der Kohlenstoffatome im Alkylenmolekül) des in das Copolymere eingegebenen Alkylens ab. Je mehr Alkylencomonomeres verwendet wird, desto niedriger ist die Dichte; ebenfalls ist die Dichte umso niedriger, je größer das Alkylencomonomere ist. Vorzugsweise wird eine Menge an Alkylencomonomeren eingesetzt, welche eine Dichte im Bereich von 0,88 bis 0,94, besonders bevorzugt 0,92 bis 0,94, und insbesondere 0,92 bis 0,93 g/cm³ ergibt. Ein Ethylen/Octen-Copolymeres mit einer Dichte von ungefähr 0,925 g/cm³, einem Octengehalt im Bereich von 5 bis 10% und einem M.F.G. von 50 ± 20 g/10 min ist für die erfindungsgemäßen Zwecke sehr effektiv.
In der Mischung kann das Gewichtsverhältnis von PP/PE von 80/20 bis 55/45 variieren, jedoch liegt es vorzugsweise im Bereich von 78/22 bis 60/40, besonders bevorzugt im Bereich von 75/25 bis 65/35. Ein besonders bevorzugter Bereich ist 72/28 bis 68/32.
Das Verfahren des Schmelzspinnens ist wesentlich wegen der allgemein anerkannten Nicht-Mischbarkeit des PP und PE. Ein Intensivmischer-Extruder ist erforderlich, der bewirkt, daß in dem Mischer einerseits geschmolzenes PE in dem geschmolzenen PP dispergiert wird, und andererseits die Dispersion aufrecht erhält, bis die Mischung, als Extrudat, aus der Spinndüse ausgepreßt wird.
Die folgende Aufstellung wird als Mittel zur Beschreibung der Ergebnisse gegeben, von denen angenommen wird, daß sie für verschiedene Verhältnisbereiche von PP/PE erhalten werden, wenn PE mit einem Schmelzindex im Bereich von 12 bis 120 g/10 min und ein kristallines PP verwendet werden, wobei die Schmelzviskosität und die Schmelzfestigkeit derart sind, daß vernünftig gute Schmelzverträglichkeit und -mischbarkeit bei Anwendung eines Hochintensitäts-Mischer-Extruders erreicht werden: annähernder Bereich des Verhältnisses von PE/PP allgemeine Ergebnisse, die erhalten werden können* PE-Fibrillen, dispergiert in einer kontinuierlichen PP-Matrix co-kontinuierliche Zonen; lamellenartige Struktur PP-Fibrillen, dispergiert in einer kontinuierlichen PE-Matrix * Offensichtlich sind die Ergebnisse bei den oder nahezu bei den Verhältnissen, welche sich an den Grenzen des mittleren Bereiches überlappen, zweideutig, da einige Ergebnisse von beiden Seiten der Überlappung erreicht wurden.
In einem solchen Mischer hergestellte Polymermischungen von PP und PE haben sich als brauchbar und fest erwiesen, und sie können zu Produkten extrudiert werden, bei denen die Nicht-Mischbarkeit kein Problem ist. Wenn das so gebildete Extrudat aus einer Mischung, welche mehr PP als PE enthält, gesponnen und zu Fasern gezogen wird, werden die geschmolzenen PE-Kügelchen zu Fibrillen innerhalb der Polypropylenmatrix gestreckt. Ein wesentliches, neues Merkmale der Fasern ist, daß die Fibrillen aus PE in ihrer Orientierung in der PP-Faser vielfältig sind. Ein größerer Bruchteil de PE-Teilchen wird nahe an der Peripherie des Querschnitts der PP-Fasern aufgefunden, und die verbleibenden PE-Teilchen sind in den inneren Abschnitten der PP-Faser ausgebreitet. Die Größe der PE-Teilchen ist am kleinsten an der Peripherie des Faserquerschnitts, und eine allmähliche Größenzunahme wird nach dem Zentrum der Faser aufgefunden. Die Häufigkeit von kleinen Teilchen an der Peripherie ist am höchsten, und sie nimmt nach dem Zentrum zu ab, wo die PE-Teilchen am größten sind, jedoch mehr voneinander verstreut sind. Die PE-Fibrillen nahe der Peripherie des PP-Faserquerschnitts sind in der Richtung, in welcher sie orientiert oder ausgebreitet sind, verschieden, während nahe zum Zentrum der PP-Faser die Orientierung meist koaxial mit der Faser ist. Um es kurz auszudrücken, werden diese Fasern hier als Mischungen bezeichnet, die aus PP als kontinuierlicher Phase bestehen und ungerichtet ausgebreitete PE-Fibrillen als dispergierte Phase enthalten.
Die mikroskopische Prüfung zeigt, daß die PE-Fibrillen, wenn sie in einem Querschnitt der Zweikomponenten-PP-Faser betrachtet werden, stärker nahe der äußeren Fläche als in der Mitte angesiedelt sind. Die Gestalt einer jeden PP-Fibrille im Querschnitt hängt davon ab, ob man eine PE-Fibrille, angeschnitten im rechten Winkel zu der Achse der PE-Fibrille an diesem Punkt oder an einer Schräge zur Achse der PE-Fibrille an diesem Punkt, betrachtet. Ein oval oder ein länglich geformter Abschnitt zeigt eine PE-Fibrille, die in einem Winkel angeschnitten ist. Ein länglich geformter Abschnitt zeigt eine PE-Fibrille, welche von einer axialen Ausrichtung zu einer Querposition gedreht wurde.
Der Mischer zur Herstellung der geschmolzenen Mischung von PP/PE ist vorzugsweise ein dynamischer Hochintensitäts- Mischer, insbesondere einer, der dreidimensionales Mischen ergibt. Ein unzureichendes Mischen ergibt eine nicht-homogene Dispersion von PE in PP, was Fasern mit nicht-konstanten Eigenschaften und niedrigeren Reißlänger als derjenigen der entsprechenden PP-Fasern alleine ergibt. Ein zur Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeigneter dreidimensionaler Mischer ist in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Polypropylene-- Fibers and Filament Yarn With Higher Tenacity", ausgegeben auf dem International Man-Made Fibres Congress, September 25-27, 1985, Dornbirn/Österreich, von Dr.-Ing. Klaus Schäfer von der Barmag, Barmer Maschinen-Fabrik, West-Deutschlang, beschrieben.
Die Verteilung der PE-Fibrillen in einer PP-Matrix werden nach folgender Methode untersucht: Die Fasern werden für einen transversalen Schnitt präpariert, indem sie an Streifen aus Klebband befestigt und in Epoxyharz eingebettet werden. Die Epoxyblöcke werden zugeschnitten und mit einem Glasmesser auf einem Sorvall MT-6000 Mikrotom aufgesetzt. Die Blöcke werden in einer Mischung aus 0,2 g Rutheniumchlorid, aufgelöst in 10 ml 5,25 Gew.-%igem wäßrigem Natriumhydrochlorid für 3 Stunden getränkt. Dies färbt die Enden der Fasern mit Ruthenium bis zu einer Tiefe von etwa 30 um an. Die Blöcke werden gut abgespült und auf dem Mikrotom erneut montiert. Mikrotom-Transversal schnitte der Fasern in Epoxyharz werden unter Verwendung eines Diamantmessers hergestellt, auf einem Wassertrog aufschwimmen gelassen und auf TEM-Gittern aus Kupfer gesammelt. Die Gitter werden bei 100 kV Beschleunigungsspannung auf einem JEOL 100C- Transmissionselektronenmikroskop (TEM) untersucht. Aus den ersten wenigen um entnommene Abschnitte wie auch Abschnitte annähernd 20 um vom Ende werden in dem TEM bei Vergrößerungen von 250X bis 66000X untersucht. Die Polyethylenkomponente in den Proben werden bevorzugt durch das Ruthenium angefärbt. Mikrotom-Faserschnitte nahe dem Ende des Epoxyblockes können überfärbt sein, während etwa 20 um vom Ende entfernt abgenommene Schnitte der Fasern mit höherer Wahrscheinlichkeit geeignet angefärbt sind. Von dem Mikrotommesser über die Schnittfläche erzeugte Kratzer können ebenfalls Strukturen der Anfärbung enthalten, jedoch kann ein erfahrener Operator die Strukturen von dem gefärbten PE unterscheiden. Es wurde gefunden, daß der Durchmesser der PE-Fibrillen nahe dem Zentrum der PP- Faser typischerweise in der Größenordnung von etwa 350 bis 500 A (35 bis 50 nm) liegt, während der Durchmesser der häufigeren Fibrillen nahe der Peripheriekante der PP-Faser typischerweise in der Größenordnung von etwa 100 bis 200 (10 bis 20 nm) liegt. Dies steht in Übereinstimmung mit denen, welche unter hoher Vergrößerung mit kreisförmigem Querschnitt statt mit ovalem oder länglichem Querschnitt erscheinen.
Mit weniger als 20% Polyethylen in dem Polypropylen erhält man besseren "Griff" als mit Polypropylen alleine, ohne jedoch eine signifikante Erhöhung der Reißlänge zu erreichen und ohne eine dimensionsstabile Faser zu erhalten. Unter dem Ausdruck "dimensionsstabil" ist zu verstehen, daß bei der Lagerung einer gemessenen Faser für mehrere Monate und dann erneute Messung der Reißlänge keine signifikante Änderung der Reißlänge gefunden wird. Eine Änderung der Reißlänge zeigt, daß eine Spannungsrelaxation aufgetreten ist, und daß Faserschrumpfung stattgefunden hat. Bei zahlreichen Anwendungen, z. B. in Vliesstoffen, wird eine solche Schrumpfung als unerwünscht betrachtet.
Bei Verwendung von 20% bis 45% Polyethylen in dem Polypropylen erhält man erhöhte Reißlänge wie auch einen besseren "Griff" als mit Polypropylen alleine. Bei Verwendung zwischen 25% bis 35%, insbesondere 28% bis 32%, an Polyethylen in dem Polypropylen erhält man ebenfalls eine praktisch dimensionsstabile Faser. Eine praktisch dimensionsstabile Faser ist eine Faser, welche - falls überhaupt - nur eine sehr geringe Änderung der Reißlänge während der Lagerung erfährt. Ein Verhältnis von Polypropylen/Polyethylen von 70/ 30 ist besonders günstig zum Erhalt einer dimensionsstabilen Faser. Bei Verwendung von 50% bis 90% Polyethylen in der Mischung kann eine Verminderung der Reißlänge beobachtet werden, jedoch ist der "Griff" beträchtlich weicher als mit Polypropylen alleine.
Ein größeres Streckverhältnis ergibt eine höhere Reißlänge als ein niedrigeres Streckverhältnis. So kann bei einem vorgegebenen PP/PE-Verhältnis ein Streckverhältnis von beispielsweise 3,0 eine Reißlänge größer als für PP alleine ergeben, jedoch ein Streckverhältnis von beispielsweise 2,0 kann keine größere Reißlänge als für PP alleine ergeben.
Um einen nominellen Ausgangspunkt für Vergleiche festzulegen, wurden mehrere im Handel erhältliche PP-Sorten zu Fasern mit feiner Denier-Zahl versponnen und die Ergebnisse gemittelt. Es wurde eine durchschnittliche Denier-Größe von 2,1 (0,23 tex) gefunden, die durchschnittliche Dehnung wurde zu 208% gefunden, und die durchschnittliche Reißlänge beim Bruchpunkt betrug 2,26 g/Denier (0,199 N/tex).
In gleicher Weise wurden mehrere LLDPE-Proben zu Fasern mit feiner Denier-Zahl gesponnen und die Ergebnisse gemittelt, um einen nominellen Ausgangspunkt festzulegen. Die durchschnittliche Denier-Größe wurde zu 2,84 gefunden, die durchschnittliche Dehnung wurde zu 141% gefunden, und die durchschnittliche Reißlänge beim Bruchpunkt betrug 2,23 g/Denier (0,197 N/tex).
Die folgenden Beispiele erläutern besondere Ausführungsformen, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese besonderen Ausführungsformen beschränkt.

BEISPIEL 1

Eine Mischung aus 80 Gew.-% PP-Granulen (M.I. = 230ºC/ 2,16 kg, etwa 25 g/10 min und Dichte von 0,910 g/cm³) mit 20 Gew.-% LLDPE (1-Octen; M.I. = 50 g/10 min; Dichte von 0,926 g/ cm³) wurde mechanisch vermischt und in einen auf etwa 245 bis 250ºC gehaltenen Extruder eingespeist, worin die Polymere geschmolzen wurden. Die geschmolzenen Polymere wurden durch einen dreidimensionalen dynamischen Mischer, der am Auslaß des Extruders montiert war, geführt. Der dynamische Mischer ist durch eine Kombination von Scheren und Mischen dazu ausgelegt, den Schmelzstrom in superfeine Schichten zu unterteilen und gleichzeitig die Schichten tangential, radial und axial erneut zu ordnen, wodurch ein gutes Vermischen der nicht-mischbaren PP und LLDPE herbeigeführt wird.
Die so gemische Schmelze wird aus dem dynamischen Mischer über eine Zahnradpumpe durch eine Spinndüse mit 20500 Öffnungen geführt. Die gebildeten Fäden werden durch eine Luftseitenströmung gekühlt, auf eine Aufnahmewalze aufgewickelt, über einer vorerhitzen Siebeneranordnung von Godet-Walzen (90ºC bis 140ºC) gestreckt, durch einen lufterhitzten Anlaßofen (150ºC bis 170ºC) geführt, anschließend über eine weitere Siebeneranordnung von Godet-Walzen (100ºC bis 140ºC), bevor gekräuselt wird und die fortlaufenden Fasern zu Stapelfasern von 38 mm geschnitten werden. Geeignete Spinnappreturen werden zur Unterstützung des Vorganges aufgebracht. Das Streckverhältnis beträgt 3,1X.
Die erhaltenen Fasern besitzen etwa 20 cpi (crimps per inch) (8 Kräuselungen pro cm), und der Titer liegt in dem Bereich von 2,0-2,5 dpf (denier per filament) (0,22-0,28 tex pro Faden). Die mechanischen Eigenschaften der Fasern, gemessen drei Wochen nach der Herstellung, sind wie folgt (Durchschnitt von 15 statistisch probengezogenen Fasern): Titer von 2,14 dpf (0,238 tex pro Faden); Reißlänge (Zug beim Bruch) von 4,73 g/Denier (0,417 N/tex); Dehnung (beim Bruch) von 52%.
Der "Griff" (Weichheit) wurde besser als derjenige/diejenige von vergleichbaren Fasern aus PP alleine eingestuft.

BEISPIEL 2

Dieses Beispiel entspricht dem zuvor gegebenen Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß 30 Gew.-% LLDPE und 70 Gew.-% PP verwendet wurden.
Ergebnisse: Titer von 2,66 dpf (0,296 tpf (tex pro Faden)); Reißlänge von 3,23 g/Denier (0,285 N/tex); Dehnung von 61%. Der Griff war deutlich besser als für PP alleine.

BEISPIEL 3

Dieses Beispiel entspricht dem zuvor gegebenen Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß das LLDPE 1-Buten anstelle von 1-Octen enthält. Es hat ebenfalls einen M.I. von 50 g/10 min, eine Dichte von 0,926 g/cm³, und es macht 20 Gew.-% der Mischung aus.
Ergebnisse: Titer von 2,24 dpf (0,249 tpf); Reißlänge von 3,93 g/Denier (0,347 N/tex); Dehnung von 48%. Der Griff wurde besser als für PP alleine eingestuft.
Die folgende Tabelle IA zeigt die Veränderung der Eigenschaften bei der Messung etwa 120 Tage im Anschluß an die Anfangsmessungen, die in den Beispielen 1-3 zuvor angegeben wurden.
Die Fasern der Beispiele 1 und 2 wurden erneut nach der Lagerung bei 60ºC für 42 Tage plus einem Ausgleichen für 14 Monate bei Zimmertemperatur (25ºC) untersucht und die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle IB zusammengestellt. TABELLE IB Beispiel Denier Reißlänge Dehnung TABELLE IA Beispiel Verhältnis Denier erste Messung zweite Messung Reißlänge
Die 70/30-Mischung (Beispiel 2) in diesen Tabellen zeigte eine sehr geringe Änderung der Reißlänge; dies ist ein Anzeichen, daß diese besonderen Zweikomponentenfasern eine unübliche Beständigkeit der Festigkeit zeigen, die nur sehr wenig durch die Spannungsrelaxation während der Lagerung beeinflußt wird. Es wurde gefunden, daß die 70/30-Mischung eine Vließstruktur mit hoher Festigkeit (etwa 2650 g (26,0 N) Zug zum Bruch eines 1'' (2,5 cm) breiten Streifens) bei der thermischen Bindung bei etwa 148ºC unter 700 psi (4,8 MPa) Druck zur Bildung eines Stoffes von 1 Unze/Yardy (34 g/m²) bildete.

BEISPIEL 4

Bei dieser Aufzählung von Ergebnissen wurden die im folgenden beschriebenen Mischungen eingesetzt, wobei das verwendete PP in jedem Fall ein hochkristallines PP mit einem Schmelzindex von 25 g/10 min, gemessen nach der Norm ASTM D-1238 (230ºC, 2,16 kg) war, und die Schmelzindices der PE nach der Norm ASTM D-1238 (190ºC, 2,16 kg) gemessen waren. Alle PE-Sorten waren LLDPE-Sorten, identifiziert als:
PE-A - LLDPE (1-Octencomonomeres), M.I. = 50, Dichte = 0,926
PE-B - LLDPE (1-Octencomonomeres), M.I. = 105, Dichte = 0,930
PE-C - LLDPE (1-Octencomonomeres), M.I. = 26, Dichte = 0,940
PE-D - LLDPE (1-Butencomonomeres), M.I. = 50, Dichte = 0,926
Aus den zuvor beschriebenen Polymeren hergestellte Mischungen wurden zu Fasern in der zuvor beschriebenen Weise umgewandelt, die Ergebnisse hiervon sind in Tabelle II zusammengestellt. TABELLE II Versuch Nr. verwendetes PE Gew.-Verhältnis PE/PP Streckverhältnis Titer (Denier) ((tex)) Reißlänge (g/Denier) ((N/tex)) Dehnung (%) TABELLE II (Fortsetzung) Versuch Nr. verwendetes PE Gew.-Verhältnis PE/PP Streckverhältnis Titer (Denier) ((tex)) Reißlänge (g/Denier) ((N/tex)) Dehnung (%)
Fig. 1 zeigt einige der Werte für PE-A.
Fig. 2 zeigt einige der Werte für PE-B.
Fig. 3 zeigt einige der Werte für PE-C.
Fig. 4 zeigt einige der Werte für PE-D.
Die Heißbindungsfähigkeit der Zweikomponentenfasern wird unter Verwendung einer PE/PP-Mischung von 30/70, worin PE-A verwendet wird, gezeigt. Nach der Lagerung für 150 Tage nach dem Verspinnen wird die Hitzebindung dadurch getestet, daß 10 Proben von 1 Inch (2,5 cm) breiten Gespinsten unter Verwendung einer Rotationseinrichtung, wie sie üblicherweise in der Industrie verwendet wird, mit einem Gewebegewicht von 1 Unze/Yard² (34 g/m²) präpariert werden. Ergebnisse der 10 Messungen werden auf 1 Unze/Yard² (34 g/m²) normiert. Der Druck zwischen den Kalandern während der Hitzeverbindung wird konstant auf 700 psig (4,8 MPa) bei der Herstellung der Stoffe gehalten. Im folgenden sind die Verbindungstemperatur und die entsprechende Zugkraft in Gramm, welche zum Bruch des Stoffes erforderlich sind, zusammengestellt.
Verbindungstemperatur (ºC) Bruch (g) ((N))
141 1260 (12,4)
144 1250 (12,3)
147 2600 (25,5)
149 2750 (27,0)
Zum Vergleich hiermit beträgt eine typische Bruchkraft, wie sie üblicherweise für Fasern auf PP-Basis erzielt wird, 2500 ± 150 g, und der üblicherweise erzielte typische Bereich für LLDPE beträgt 1300-1500 g.
Es ist darauf hinzuweisen, daß das "Drapieren" und die Weichheit der unter Verwendung der PE/PP-Zweikomponentenfasern beim Spinn-Binden hergestellten Stoffe besser ist als diejenigen von PP-Fasern alleine.
In ähnlicher Weise wurden Fasern unter Anwendung einer Schmelztemperatur im Bereich von 180ºC bis 260ºC, vorzugsweise 200ºC bis 250ºC, hergestellt. Spinngeschwindigkeiten von 20 bis 150 m/min sind bevorzugt. Streckverhältnisse im Bereich von 1,5-5X, vorzugsweise 2,0-3,0X, sind vorteilhaft. Bei übermäßigen Temperaturen der Godet-Walzen kann ein Ankleben der Fasern an den Walzen erfolgen. Eine geeignete Auswahl einer Spinn-Appretur würde dies innerhalb eines vernünftigen Temperaturbereiches vermeiden oder minimieren können.
Praktiker auf dem Fachgebiet messen den "Griff" (Weichheit) routinemäßig durch bloßes Anfühlen und Zusammenquetschen eines Bausches oder einer Matte aus den zu vergleichenden Fasern.
Der Durchmesser der PE-Fibrillen, welche in den Fasern enthalten sind, liegen alle im sub-um-Bereich und die meisten hiervon haben einen Durchmesser von weniger als etwa 0,05 um.
Obwohl die Fasern eine beliebige Denier-Zahl besitzen können, liegt die bevorzugte Denier-Zahl bei weniger als 30 (3,3 tex), und die meist bevorzugte Denier-Zahl liegt im feinen Denier-Zahlbereich von 0,5 bis 15 (0,05 bis 1,7 tex), insbesondere im Bereich von 1 bis 5 (0,1 bis 0,6 tex).
Die erfindungsgemäßen Fasern sind bei einer Vielzahl von Anwendungen brauchbar, z. B. bei Vliesstoffen oder nichtgewebten Produkten, gewebten Produkten, Garnen, Seilen, kontinuierlichen Fasern und Textilien wie Teppichen, Aufpolsterung, Kleidung, Zelten, und bei industriellen Anwendungen wie Filtern und Membranen.
Mischungen in dem Bereich von PP/PE-Verhältnissen von 20/80 bis 90/10 zeigen überraschend gute Festigkeit während der Extrusion und unterliegen keinem Bruch, wie er normalerweise bei Mischungen von nicht-verträglichen Polymeren erhalten wird.

Claims

1. Zweikomponentenfaser, bestehend im wesentlichen aus Polypropylen als kontinuierlicher Phase, in welcher Fibrillen aus linearem Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) als eine dispergierte Phase verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß dieses LLDPE einen Schmelzindex (gemessen nach der Norm ASTM D-1238 (E)) im Bereich von 12 bis 120 g/10 min besitzt und 20 bis 45 Gew.-% der Faser ausmacht, und daß diese Fibrillen hieraus in einer im wesentlichen ungerichtet ausgebreiteten Weise angeordnet sind.

2. Faser nach Anspruch 1, worin dieses LLDPE eine Dichte im Bereich von 0,92 bis 0,94 g/cm³ besitzt.

3. Faser nach Anspruch 1 oder 2, worin dieses LLDPE einen Alkylencomonomerengehalt im Bereich von 3 bis 20 Gew.-% des LLDPE besitzt.

4. Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Faser eine Größe von weniger als 3,3 tex (30 Denier) besitzt.

5. Faser nach Anspruch 4, worin die Faser eine Größe im Bereich von 0,05 bis 1,7 tex (0,5-15 Denier) besitzt.

6. Faser nach Anspruch 5, worin die Faser eine Größe im Bereich von 0,1 bis 0,6 tex (1 bis 5 Denier) besitzt.

7. Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das LLDPE eine Schmelzindex von 20 bis 100 g/10 min besitzt.

8. Faser nach Anspruch 7, worin der Schmelzindex 50 ± 20 g/10 min beträgt.

9. Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das LLDPE eine Dichte von 0,92 bis 0,93 g/cm³ besitzt.

10. Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Alkylencomonomere 4 bis 8 Kohlenstoffatome enthält.

11. Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Polyethylen 25 bis 35 Gew.-% der Gesamtmenge ausmacht.

12. Faser nach Anspruch 11, worin das Polyethylen 28 bis 32 Gew.-% der Gesamtmenge ausmacht.

13. Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Polyethylenfibrillen von Submikrometer-Abmessung sind und überwiegend von einem Durchmesser von weniger als 0,05 um.

14. Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin dieses Alkylencomonomere 1-Okten ist.

15. Faser nach Anspruch 14, worin das LLDPE eine Dichte von etwa 0,925 g/cm³, einen Oktengehalt von 5 bis 10% und einen Schmelzindex von 50 ± 20 g/10 min besitzt.

16. Verfahren zur Herstellung von Zweikomponentenfasern, welches das Auspressen einer innigen Mischung aus geschmolzenem Polypropylen (PP) und linearem Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) aus einem Spinnwerkzeug umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß dieses LLDPE einen Schmelzindex (gemessen nach der Norm ASTM D-1238(E)) im Bereich von 12 bis 120 g/10 min besitzt, und daß das Gewichtsverhältnis von PP:LLDPE 80:20 bis 55:45 beträgt, wodurch die Fasern LLDPE-Fibrillen als dispergierte Phase, in im wesentlichen ungeordnet ausgebreiteter Weise angeordnet, aufweisen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, worin das Mischen unter Verwendung eines dreidimensionalen, dynamischen Mischers durchgeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, worin die Bestandteile der Mischung, wie in einem der Ansprüche 2, 3, 7 bis 12, 14 und 15 angegeben, sind, und/oder die Mischung zur Lieferung von Fasern, wie in einem der Ansprüche 4 bis 6 und 13 angegeben versponnen wird.