DE4412398C2

DE4412398C2 - Polyamid-Hohlfilamente

Info

Publication number: DE4412398C2
Application number: DE4412398A
Authority: DE
Inventors: Nirmal Kumar Agarwal; Raymond Longhi; Sundar Mohan Rao
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Invista Technologies SARL USA
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1994-04-11
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: US5318738A; DE4412398A1; US5370935A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Polyamid-Hohlfilamenten, bei dem ein N,N'-Dialkylpolycarbonamid vor dem Verspinnen zu Filamenten mit dem geschmolzenen faserbildenden Polyamid schmelz vermischt wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Hohlfilament-Garne aus Nylon, die einen oder mehrere sich axial erstreckende kontinuierliche Hohlräume aufweisen, die durch die Filamente verlaufen, sind in der Technik bekannt.

Die Form des Filamentquerschnitts, die Anzahl und Lage der Hohlräume, die Größe und Form der Hohlräume beeinflussen alle den Filamentbausch, die Fähigkeit, Schmutz zu verbergen und den Glanz.

Die Größe (Querschnittsfläche) der Hohlräume nimmt während des Spinnverfahrens ab der Zeit, ab der die Filamente aus der Spinndüse austreten, bis sie vollständig abgeschreckt sind, beträchtlich ab. Der Betrag der Abnahme kann möglichst klein gehalten werden, indem die Schmelzviskosität des Polyamids vergrößert wird oder indem die Filamente schneller abgekühlt werden, wenn sie aus der Spinndüse austreten. Die DD 1 58 334 beschreibt die Verwendung von 0,02 bis 3% eines neutralen Tensidadditivs (z. B. von ethoxylierten oder oxypropylierten Alkoholen, Fettsäureestern und langkettigen Fettsäureaminen), das bei Zugabe zu dem Polyamid vor dem Verspinnen die Abnahme der Hohlraumgröße auf ein Minimum beschränkt.

Die Verwendung sehr hochviskoser Polyamide kann aufgrund der Vernetzungsneigung solcher Polyamide zu Spinnproblemen führen. Die geschmolzenen Filamente werden im allgemeinen abgekühlt, indem ein Kühlgas über sie geblasen wird, wenn sie aus der Düse austreten. Die Verstärkung der Fließ geschwindigkeit des Kühlgases zur schnelleren Abkühlung der Filamente führt dazu, daß die Filamente in dem Abschreck schacht instabil werden, was wiederum zu Verarbeitungs problemen führt. Die Einarbeitung von Additiven, wie ethoxylierten oder oxypropylierten Verbindungen, die mit dem faserbildenden Polyamid inkompatibel sind, kann den Glanz, die Festigkeit und Verarbeitbarkeit der Filamente nachteilig beeinflussen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Polyamidfilamenten bereit, die wenigstens einen kontinuierlichen, sich axial erstreckenden Hohlraum aufweisen. Das Verfahren umfaßt die Zugabe eines flüssigen N,N'-Dialkylpolycarbonamids zu einem geschmolzenen faser bildenden Polyamid, gutes Vermischen und anschließend Extrudieren der Mischung durch eine Spinndüse zu Filamenten. Dieses Verfahren beschränkt die prozentuale Abnahme des Hohlraums auf ein Minimum, die von dem Zeitpunkt an auftritt, ab dem die Filamente aus der Spinndüse austreten, bis sie vollständig abgeschreckt sind. Das Polycarbonamid ist damit kompatibel, obwohl es im wesentlichen mit dem faserbildenden Polyamid (außer wenn es geschmolzen ist) unmischbar ist. Außerdem unterscheidet sich der Brechungs index des Polycarbonamid-Additivs von demjenigen des faserbildenden Polyamids nicht genug, um den Filamentglanz zu beeinträchtigen.

Die resultierenden Hohlfilamente bestehen aus 0,1 bis 10 Gew.-% N,N'-Dialkylpolycarbonamid und aus 90 bis 99,9 Gew.-% faserbildendem Polyamid. Der prozentuale Hohlraum der erfindungsgemäßen Filamente beträgt 5 bis 25%.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Abbildung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Flächenansicht der Schlitze in einer Öffnung einer Spinndüse, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hohlfilamente geeignet ist.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Hohlfilament-Polyamids, das mit der in Fig. 2 abgebildeten Spinndüse hergestellt wurde, aufge zeichnet von einem Photomikrographen.

Fig. 4 ist eine Flächenansicht der Schlitze in einer Öffnung einer zweiten Spinndüse, die verwendet wird, um die erfindungsgemäßen Filamente herzustellen.

Fig. 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Hohlfilament-Polyamids, das mit der in Fig. 4 gezeigten Spinndüse hergestellt wurde, aufgezeichnet mit einem Photomikrographen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird das geschmolzene faser bildende Polyamid von seiner Quelle, die ein Extruder oder ein kontinuierlicher Polymerisator sein kann, über Transferleitung 10 schließlich zu Spinndüse 16 gepumpt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird an Position 11 zwischen Spinndüse und Quelle des faserbildenden Polymeren ein flüssiges N,N'-Dialkylpolycarbonamid aus Vorrat 12 hinzugepumpt und der Transferleitung zugeführt. Je nach Schmelzpunkt des Polycarbonamids kann es nötig sein, daß Vorrat 12 erhitzt wird, um das Polycarbonamid zu ver flüssigen. Die Fähigkeit des N,N'-Dialkylpolycarbonamids, die Abnahme des prozentualen Hohlraumgehaltes in den erfindungsgemäßen Filamenten (bevor sie vollständig abgeschreckt sind) auf ein Minimum zu beschränken, hängt von der Verweilzeit des Polycarbonamids in dem geschmolzenen faserbildenden Polyamid ab. Die Verweilzeit sollte so kurz wie möglich sein, so daß die Wirkung des Additivs auf den prozentualen Hohlraumgehalt der Filamente möglichst groß ist. Die einzige weitere Einschränkung dafür, an welcher Stelle des Verfahrens das Polycarbonamid zugeführt wird, ist, daß ein adäquates Vermischen von ihm und dem faserbildenden Polyamid vor der Spinndüse stattfinden muß. Alternativ kann das Polycarbonamid in eine Schnecken schmelzvorrichtung (nicht gezeigt) gegeben und dort mit dem faserbildenden Polymer vermischt werden, bevor es durch die Transferleitung zu der Spinndüse gepumpt wird. Das Polycarbonamid kann rein oder zusammen mit weiteren Additiven einschließlich von weiteren Polymeren hinzugegeben werden. Unmittelbar nach Zugabe des Polycarbonamids zu dem faserbildenden Polymeren während des Verfahrens befindet sich ein Mischer 14, der ein dynamischer, statischer oder eine Kombinaten aus einem dynamischen und statischen Mischer sein kann. Die restlichen Stufen des Verfahrens zur Herstellung von Hohlfilamenten stellen Standard-Spinn- und Standard-Streckverfahren dar. Das Gemisch oder die Mischung wird durch Spinndüse 16 gesponnen, die so gebaut ist, daß Hohlfilamente erzeugt und in einen Abschreckschacht 20 gesponnen werden, in den nach dem heißen Filament 18 Kühlungsluft hineingeblasen wird. Die Filamente werden dann mittels eines Pullers oder einer Zuleitungswalze 24 von der Spinndüse 16 weg und durch die Abschreckzone gezogen. Nach dem Abschrecken an Luft werden die Filamente mit Spinn-Zieh- Appreturmaterial behandelt, indem sie mit einer Appretur auftragevorrichtung 22 in Kontakt gebracht werden. Als nächstes werden die Filamente um Zuleitungswalze 24 geleitet, von wo aus das Garn von einem Paar beheizter Zugwalzen 28 über ein Paar von Zugbolzen 26 gezogen wird. Ein isoliertes Einschließen verringert den Verlust an Wärmeenergie von den Zugwalzen 28. Das resultierende Garn kann gekräuselt und zu Stapeln geschnitten oder gebauscht werden, um BCF herzustellen. Für BCF werden die Garn filamente erwärmt und für das Bauschen von einer Heißluft düse 30 des von Breen und Lauterbach, U.S.-Patentschrift Nr. 3 186 155, beschriebenen Typs, befördert. Das heiße Fluid tritt aus, wobei die Fadenlinien gegen ein rotierendes Faß 32 zeigen, das eine perforierte Oberfläche aufweist, auf der die Garne zur Härtung der Kräuselung unter Verwendung von Luft und gegebenenfalls unter Anwendung einer Abschreckung mit einem deionisierten Wassernebel, abgekühlt werden. Von Faß 32 verlaufen die Fadenlinien in gebauschter Form über die zweiten Appreturaufbringvorrichtungen 36 auf die rotierenden Kerne 38 und 38a zu einer angetriebenen Auf nahmewalze 34, um die Packungen 40 und 40a zu bilden. Die erfindungsgemäßen N,N'-Dialkylpolycarbonamide schmelzen unterhalb von 100°C, wodurch es unnötig wird, eine Schneckenschmelzvorrichtung zu verwenden, um das Poly carbonamid zu verflüssigen. Vorzugsweise ist das Poly carbonamid bei Raumtemperatur flüssig und schmilzt bei weniger als etwa 30°C. Sein Molekulargewicht liegt im Bereich von 800 bis 5000. Typischerweise werden diese Polycarbonamide aus einem aliphatischen Diamin mit einer Alkylsubstitution an beiden Stickstoffatomen und aus einer aliphatischen Dicarbonsäure hergestellt. Das Diamin kann kleinere Mengen einfachsubstituierter oder unsubstituierter Stickstoffe enthalten. Vorzugsweise enthalten die Alkyl substituentengruppen des Diamins zwischen 2-12 Kohlenstoff atomen. 2-6 Kohlenstoffatome werden besonders bevorzugt. Das Diamin besitzt vorzugsweise zwischen 2-12 Kohlenstoffatome in seiner Alkylengruppe. Die Dicarbonsäure besitzt vorzugsweise zwischen 4-12 Kohlenstoffatome in ihrer Alkylengruppe. Das Additivpolymere kann am Ende beispiels weise mit Stearinsäure abgeschlossen sein. Diese Polymere und Verfahren zu ihrer Herstellung werden in der U.S.-Patentschrift Nr. 3 900 676 beschrieben, auf deren Beschreibung hier Bezug genommen wird. Einige geeignete N,N'-Dialkylpolycarbonamide umfassen diejenigen, die unter Verwendung von N,N'-Diethylhexamethylendiamin, N,N'-Dibutyl hexamethylendiamin und Adipinsäure, Azelainsäure oder Dodecandionsäure hergestellt werden. Vorzugsweise ist das Polycarbonamid Poly-(N,N'-Diethylhexamethylendodecandiamid) oder Poly-(N,N'-Dibutylhexamethylendodecandiamid). Poly- (N,N'-Dibutylhexamethylendodecandiamid) wird besonders bevorzugt. Letzteres ist bei Raumtemperatur (25°C) flüssig und besitzt ein Zahlenmittelmolekulargewicht von etwa 2400. Das Polymere ist am Ende mit etwa 15 Gew.-% Stearinsäure abgeschlossen.

Die erfindungsgemäßen Hohlfilament-Polyamide können hergestellt werden, indem 0,1 bis 10 Gew.-% N,N'-Dialkylpolycarbonamid und 90 bis 99,9 Gew.-% faserbildendes Polyamid zusammengebracht werden. Unterhalb von 0,1% Polycarbonamid-Additiv ist die Wirkung auf die Hohlraumgröße minimal. Sehr viel mehr als 10% Polycarbon amid-Additiv kann die physikalischen Eigenschaften und das Spinnverhalten der Faser nachteilig beeinflussen. Das faserbildende Polyamid kann ein Polyamid, wie Nylon 6 oder Nylon 66, oder ein Copolymeres davon sein. Der Filament querschnitt kann irgendeine Form aufweisen, einschließlich kreisförmig, rechteckig, dreilappig oder deltaförmig, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Form der Hohlräume kann irgendwie sein, einschließlich kreisförmig, rechteckig, rautenförmig, dreieckig, "v"-förmig etc. Die gesamte Querschnittsfläche der (des) Hohlräume (Hohlraums) in einem erfindungsgemäßen Hohlfilament in Prozent der gesamten Querschnittsfläche des Filaments (% Hohlraum) liegt zwischen etwa 5 bis etwa 25%.

TESTVERFAHREN

Die relative Viskosität (RV) ist die relative Ameisensäure- Viskosität, gemessen wie beschrieben in Spalte 2, Zeilen 42-51 bei Jennings, U.S.-Patentschrift Nr. 4 702 875, auf deren Beschreibung hier Bezug genommen wird.

Amin- und Carboxyenden werden durch Verfahren bestimmt, die auf den Seiten 293 und 294 in Band 17 von "Encyclopedia of Industrial Chemical Analysis", veröffentlicht von John Wiley & Sons (1973), beschrieben sind.

Der prozentuale Hohlraum der Filamente wird berechnet, indem eine Anzahl von Filamenten in ein Epoxyharz gegossen wird, sie senkrecht zu den Längsachsen der Filamente geschnitten werden, so daß sich 8 bis 10 µm dicke Querschnitte bilden, Befestigen der Querschnitte zwischen zwei Mikroskop-Objekt trägern, Betrachten der Querschnitte unter Vergrößerung und Berechnen der Querschnittsflächen der Filamente und der Hohlräume. Der prozentuale Hohlraum entspricht der Quer schnittsfläche der Hohlräume, dividiert durch die Quer schnittsfläche der Filamente und multipliziert mit 100%.

BEISPIELE

Die folgenden Beispiele sind zu Erläuterungszwecken der Erfindung angegeben und sollen nicht einschränkend sein. Die Prozentangaben beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht. Das in den Kontrollen und in den Beispielen verwendete faserbildende Polyamid ist das Copolyamid, das in der U.S.-Patentschrift Nr. 5 108 684 beschrieben ist, auf deren Beschreibung hier Bezug genommen wird.

KONTROLLE 1

Ein Copolymeres aus Nylon 66, das 3 Gew.-% Natrium-5-sulfo isophthalsäure in statistischer Verteilung in der Polymer kette enthält, wurde in einem Autoklaven durch ein herkömmliches Batch-Kondensations-Polymerisationsverfahren mit Salzen von Hexamethylendiamin und Adipinsäure und mit Hexamethylen-diamin und Natrium-5-sulfoisophthalsäure hergestellt. Das Polymere wurde nach der Polymerisation zu Flocken granuliert. Diese Flocken wurden anschließend noch in einem Festphasenpolymerisator unter Verwendung von Inertgas unter kontrollierter Temperatur und kontrollierten Feuchtigkeitsbedingungen polymerisiert. Nominale Ameisensäure-RV = 28, Aminenden = 62 eq. (eq. = Äquivalent)/1000 kg und Carboxyenden = 68 eq. (eq. = Äquivalent)/1000 kg.

Die Flocken wurden einer Doppelschnecken-Schmelzvorrichtung zugeführt und mit einer Geschwindigkeit von 74 Pfund/h (33,6 kg/h) durch eine Hohlfilamentspinndüse mit einer 128er-Düse der in Fig. 2 gezeigten Geometrie gesponnen. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wurden die folgenden Dimensionen verwendet: R = 0,080 in. (0,203 cm), S = 0,0031 in. (0,0079 cm), T = 0,0024 in. (0,0061 cm), U = 0,0080 in. (0,020 cm) und V = 0,015 in. (0,038 cm). Die Kapillartiefe betrug 0,004 in. (0,010 cm). Die RV des Polymeren an der Spinndüse betrugt nominal 57. Kühlungsluft (etwa 10°C) wurde nach den heißen Filamenten mit einer Fließge schwindigkeit von etwa 250 cft./min. (7,1 m³/min.) hinzu geblasen. Die 64 Filamente in jeweils beiden Garnbündeln wurden von der Spinndüse abgezogen und mit Hilfe eines Pullers oder einer Zufuhrwalze, die sich bei 923 Yards pro Minute (843 m/min.) drehte, durch die Abschreckzone gezogen. Nach dem Abschrecken wurden die Filamente mit Spinn-Streck- Appretur behandelt. Als nächstes wurden die Filamente von einem Paar beheizter Zugwalzen (200°C) über ein Paar Zugbolzen, die sich bei 2538 ypm (2320 m/min.) drehten, gezogen. Die Garnfilamente wurden erhitzt und, wie bei Breen und Lauterbach, U.S.-Patentschrift Nr. 3 186 155, beschrie ben, gebauscht. Die Temperatur der Bauschluft betrug 220°C. Das Endprodukt war ein Garn mit 1245 Denier (1360 dtex), 18 Denier (19,7 dtex) pro Filament. Der Querschnitt der Filamente ist in Fig. 3 gezeigt. Der prozentuale Hohlraum wurde, wie in dem obigen Testverfahren beschrieben, gemessen und ist in der Tabelle angegeben.

KONTROLLE 2

Das Nylonpolymere, die Spinnapparatur und die Spinnbe dingungen waren dieselben wie in Kontrolle 1 oben, außer daß die Spinndüse so verändert wurde, wie in Fig. 4 gezeigt, und daß die Fließgeschwindigkeit der Kühlungsluft 300 cft/min. (8,5 m³/min.) betrug. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wurden die folgenden Dimensionen verwendet:
D = 0,100 in. (0,254 cm), E = 0,0038 in. (0,0097 cm),
F = 0,0029 in. (0,0074 cm), G = 0,0032 in. (0,0081 cm),
H = 0,0050 in. (0,0127 cm), I = 0,0110 in. (0,0279 cm),
J = 0,0032 in. (0,0081 cm), K = 0,0690 in. (0,175 cm),
Radii L = 0,0010 in. (0,0025 cm), Radius M = 0,0019 in.
(0,0048 cm). Die Kapillartiefe betrug 0,0180 in. (0,0457 cm). Die hergestellten Filamente besaßen den in Fig. 5 gezeigten Querschnitt.

Der prozentuale Hohlraum wurde gemessen, wie in dem obigen Testverfahren beschrieben, und ist in der Tabelle angegeben.

BEISPIELE 1 UND 2

Das Nyloncopolymere, die Spinnapparatur und die Spinn bedingungen waren dieselben wie in Kontrolle 1 oben, außer daß Poly-(N,N'-Dibutylhexamethylendodecandiamid)-Additiv in die Schmelze des Nylon 66-Copolymeren unmittelbar vor der Spinndüse injiziert und über eine Reihe von statischen on-line-Mischern von Koch und Kenics mit dem geschmolzenen Nylon-66-Copolymeren vermischt wurde.

Der prozentuale Hohlraum wurde gemessen und ist in der Tabelle angegeben. Mit nur 0,47% Additiv war der prozentuale Hohlraum um 37% größer als derjenige der Kontrolle. Mit 0,94% Additiv waren die resultierenden Hohlräume um 51% größer als diejenigen der Kontrolle.

BEISPIELE 3 UND 4

Die gesamte Spinnapparatur und die Verfahrensbedingungen waren dieselben wie in Kontrolle 2. Die Injektion des Poly- (N,N'-Dibutylhexamethylendodecandiamid)-Additivs war dieselbe wie in Beispiel 1.

Die prozentualen Hohlraumwerte der hergestellten Filamente sind in der Tabelle enthalten. Der prozentuale Hohlraum der Filamente, die das Additiv enthielten, war deutlich größer (43% größer im Falle von 1,41% Additiv und 68% größer im Falle von 2,84% Additiv) als derjenige der Kontrolle.

TABELLE

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Polyamid-Filamenten mit wenigstens einem kontinuierlichen, sich axial erstrecken den Hohlraum, umfassend die Stufen:

a) Zugeben zu einem geschmolzenen faserbildenden Polyamid von 0,1 bis 10 Gew.-% eines N,N'-Dialkyl polycarbonamids mit einem Schmelzpunkt unter 100°C und einem Molekulargewicht zwischen 800- 5000;
b) Vermischen des genannten Polycarbonamids mit dem genannten geschmolzenen faserbildenden Polyamid, um eine einheitliche Mischung herzustellen; und
c) Extrudieren der genannten Mischung durch eine Spinn düse, um Filamente zu bilden, die wenigstens einen sich axial erstreckenden kontinuierlichen Hohlraum aufweisen, wobei eine Abnahme des prozentualen Hohlraums der Filamente nach dem Austritt aus der Spinndüse so klein wie möglich gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das genannte N,N'-Dialkylpolycarbonamid ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Poly-(N,N'-Diethylhexamethylen dodecandiamid) und Poly-(N,N'-Dibutylhexamethylen dodecandiamid).

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das N,N'-Dialkylpoly carbonamid Poly-(N,N'-Dibutylhexamethylendodecandiamid) ist.

4. Polyamid-Filament, umfassend 0,1 bis 10 Gew.-% eines N,N'-Dialkylpolycarbonamids und 90 bis 99,9 Gew.-% Polyamid, wobei das genannte Filament wenigstens einen sich axial erstreckenden kontinuier lichen Hohlraum und eine Querschnittsfläche aufweist, die zwischen etwa 5 und 25% des Hohlraums beträgt.

5. Filament nach Anspruch 4, bei dem das genannte N,N'-Dialkylpolycarbonamid ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Poly-(N, N'-Diethylhexamethylen dodecandiamid) und Poly-(N,N'-Dibutylhexamethylen dodecandiamid).

6. Filament nach Anspruch 5, bei dem das N,N'-Dialkylpoly carbonamid Poly-(N,N'-Dibutylhexamethylendodecandiamid) ist.