DE4441801C1

DE4441801C1 - Polyesterfibride

Info

Publication number: DE4441801C1
Application number: DE4441801A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Steinau; Dieter Jungert; Volker Mai; Birgitta Meier; Eckehard Pohl
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Schwarzwaelder Textil-Werke Heinrich Kautzmann Gmb
Priority date: 1994-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2014-11-25
Also published as: EP0715007A1; FI955640A; US5695695A; ATE176505T1; EP0715007B1; ES2131740T3; JPH08209440A; ZA959840B; FI955640A0

Description

Die Erfindung betrifft Polyesterfibride nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Kunststoff-Fibride sind nicht spinnfähige und nicht mehr aufteilbare reine Fasern mit unregelmäßiger Fasermorphologie. Sie setzen sich aus den Kristalliten und wohl auch amorphen Faserteilen zusammen und stellen die kleinsten Fasereinheiten dar. Die Einsatzmöglichkeiten dieser Fasern sind in den letzten Jahren stark gestiegen. Neben den herkömmlichen Einsatzgebieten, wie bei der Papierherstellung, können durch die immer mehr an Bedeutung gewinnende Wiederverwertbarkeit der Produkte weitere Absatzmärkte erschlossen werden.

Bisher bekannt sind Kunststoff-Fibride aus Polyäthylen (HDPE, LLDPE) und Polypropylen (PP). Hergestellt werden die Kunststoff-Fibride im Flash-Spinning-Verfahren.

Dabei werden die Kunststoffe in einem Wasser-Lösungs mittelgemisch unter Druck und Temperatur emulgiert und die Emulsion in ein Vakuum ausgedüst. Dabei verdampft das Lösungsmittel, die Temperatur sinkt stark ab und der Kunststoff wird unter Kristallisation in Fibride verwandelt.

Voraussetzung hierfür sind ein bestimmter minimaler Kristallisationsgrad sowie bestimmte minimale Kristallisationsgeschwindigkeiten des Kunststoffes. Für den Spinnprozeß eignen sich nur Kunststoffe welche wirtschaftlich und technisch in normal verfügbaren Lösungsmitteln, wie z. B. aliphatischen Kohlenwasser stoffen, lösbar sind. Als Ergebnis erhält man Produkte, die einer Nachbehandlung unterzogen werden müssen.

Kunststoff-Fibride aus Polyacrylnitril (PAN) oder Polyaromaten und Celluloseacetat werden aus vorgefertigten spleißfähigen Fasern erzeugt. Der Weg zur Herstellung der Fibride führt über Folien oder Spinnfasern. Die Folie wird extrudiert, geschnitten, verstreckt und mechanisch fibrilliert. Unter Einwirkung von Wärme wird die Folie um ein vielfaches der Länge verstreckt. Die Orientierung der Moleküle muß bei einer Temperatur unterhalb des Kristallitschmelzpunktes vorgenommen werden. Es tritt eine wesentliche Zunahme der Reißfestigkeit und Abnahme der Reißdehnung in Reckrichtung ein. Spinnfasern werden speziell hoch verstreckt (high modul), um die Spleißneigung zu erhöhen.

Bekannte Verfahren für die Bindefaserherstellung für Vliesstoffe durch Scherfällung sind in der DE-Z-Melliand Textilberichte, 5/1993, Seiten 372 bis 378 beschrieben.

Der Einsatz der Fibride orientiert sich im wesentlichen an den Rohstoffeigenschaften der Ausgangskunststoffe. In vielen Fällen ist verfahrensbedingt, eine bestimmte Hydrophilie Voraussetzung für die Einsatzmöglichkeiten. Um neue Anwendungsmöglichkeiten zu erschließen bzw. be stehende Anwendungen mit neuen produktwertsteigernden Eigenschaften zu versehen, wären Fibride von anderen Kunststoffen, insbesondere Polyester, wünschenswert. Versuche, Fibride auf Polyesterbasis nach den vorstehend beschriebenen Verfahren herzustellen, führten nicht zu einem Ergebnis. Eine mechanische Fibrillierung scheidet wegen des Auskristallisierens der Folie bei deren Herstellung in einem getrennten Schritt (Fixierung) aus, so daß sie wegen ihres kristallisierten Zustandes nicht mehr spleißfähig werden kann, während aufgrund fehlender geeigneter Lösungsmittel der Spinnprozeß wirtschaftlich nicht durchführbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Kunststoff-Fibride zu schaffen.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 be rücksichtigten Stand der Technik, ist diese Aufgabe ge löst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Überraschenderweise wurde ein Verfahren gefunden, mit dem Fibride auf Polyesterbasis, vorzugsweise aus einem Polyterephthalatester, hergestellt werden können. Die Fibride zeichnen sich durch die gewünschte Fibrillenfeinheiten und Kürze von 0,1 bis 5 mm bei der Herstellung aus.

Die erfindungsgemäßen Polyesterfibride sind dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Polyester als niedrigviskoser Strahl in ein durch Flüssigkeits strahlen gebildetes Scherfeld gespritzt, von den Flüssigkeitsstrahlen zerrissen und durch Abkühlen, Kristallisation und Orientierung zu Fibriden ausgebildet ist. Die auf Polyesterbasis hergestellten Fibride weisen eine spezifische Oberfläche von 1 bis 10 m²/g auf und sind ohne Vorbehandlung im Wasser dispergierbar. Der Schmelzpunkt liegt zwischen 200-260°C bei guter Dauerwärmebeständigkeit.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen von Fibriden auf der Basis thermoplastischer Polyester geht von dem Gedanken aus, das Polyester bei Temperaturen unterhalb seiner Zersetzungstemperaturen zwischen 100°C und 450°C, insbesondere 250°C und 400°C, zu einer viskosen Masse zu erwärmen und zu zerreißen. Der Polyesterstrahl weist nach seiner Erwärmung eine Viskosität unter 200 Pascal · Sekunde, vorzugsweise unter 100 (Pa·s), auf. Der niedrigviskose Polyester wird unter einem Druck zwischen 100 und 1000 bar mit hoher Geschwindigkeit im Strahl frei in ein energiereiches Scherfeld gespritzt. Das Scherfeld bil den flüssige oder gasförmige Verdüsungsstrahlen die auf ein Zentrum ausgerichtet sind und mit hoher kinetischer Energie bei Drücken zwischen 100 und 1000 bar auf den Polyesterstrahl treffen. Vorzugsweise bestehen die Verdüsungsstrahlen aus tiefkalt verflüssigten Gasen, wie die Inertgase Stickstoff und Argon. Auch Wasser kann bei Drücken oberhalb 100 bar eingesetzt werden. Der in dem Scherfeld mit Flüssigstickstoffstrahlen zerrissene Polyester bildet bei Abkühlung, Kristallisation und Orientierung Fibride.

Das in einem Extruder aufgeschmolzene Polyester wird durch eine Düse, welche die Polyesterstrahlgeometrie bestimmt, mit einer Temperatur von 100°C bis 450°C frei in das Scherfeld ausgespritzt. Der Spritzdruck be trägt mindestens 100 bar und wird bezüglich seines Maximaldruckes, von beispielsweise 1000 bar, nur durch technische und wirtschaftliche Grenzen beschränkt. Dort erreicht der Polyesterstrahl sofort das Zentrum des, durch ein Düsensystem erzeugten, Scherfeldes. Das Düsensystem besteht aus Flachstrahl- oder Vollstrahl düsen, die unter einen Winkel von 30 bis 150° zum Polyesterstrahl angeordnet sind. Hier wird der Polyesterstrahl durch die Energie des Scherfeldes zer rissen und gleichzeitig extrem abgekühlt. Die kineti sche Energie des Verdüsungsmediums, vorzugsweise eines verflüssigten Inertgases, insbesondere Stickstoffes und der große Temperaturunterschied von bis zu 650 K bewirken eine derart starke Belastung des Polyesters, daß es zu Fibriden zerfällt. Die anfallenden Fibride sammeln sich am Boden des Reaktionsraumes an. Sie können durch eine Öffnung des Reaktionsraumes entnommen werden. Das entstehende Stickstoffgas wird durch einen Filter und einen Zyklon über einen Ventilator in einen Kamin und somit ins Freie oder in einen Rückgewinnungs kreislauf befördert. Der vom Düsensystem des Scher feldes benötigte Stickstoff gelangt von einem isolierten Tank über eine Hochdruckpumpe im flüssigen Zustand und unter hohem Druck ins Düsensystem.

Die hergestellten Fibride zeigen deutliche Variationen in Dichte und Länge der Einzelfibrille und liegen in ihrer freien Oberfläche unter den über Emulsion oder Anlösen der Oberflächen hergestellten Produkte. Sie besitzen mehr verdeckte Oberflächen. Die Steuerbarkeit der Fibrillengrößen ist über das erfindungsgemäße Verfahren deutlich ausgeweitet, so daß ein sehr feiner Pulp erreicht werden kann.

Beispiel A

Polyalkylenterephthalate (PTP) gehören zu der Gruppe der Polyephthalatester. Zwei unterschiedliche Arten der Polyalkylenterephthalte sind Polyäthylenterephthalat (PET) und Polybutylenterephthalat (PBT). PET und PBT sind bei Raumtemperatur harte, steife, auch bei tiefen Kältetemperaturen schlagzähe teilkristalline Kunststoffe mit gutem Gleit- und Abriebverhalten. PTP ist bei höheren Verarbeitungstemperaturen sehr niedrig viskos.

Ein extrem leichtfließender PTP-Typ der Firma Hoechst AG (Celanex) wurde im Scherfeld mit tiefkalt verflüs sigtem Stickstoff in Fibride zerteilt. Celanex ist ein teilkristalliner, thermoplastischer Polyester-Typ auf der Basis von PBT. PBT wird durch Schmelzpolykon densation von Terephthalsäuredimethylester mit 1,4-Butandiol hergestellt und hat folgende chemische Formel:

Die physikalischen Eigenschaften von Celanex sind nach stehend aufgeführt:

Handelsname:
Celanex
Typ:	2000-2
Hersteller:	Hoechst AG
Schmelzindex MVI 250/2:	65 cm³/10 min
Dichte:	1,30 g/cm³
Kristallitschmelzbereich:	200-225°C

Celanex wurde unter den in der Tabelle angegebenen Versuchbedingungen zerteilt:

Parameter

Siebstrahlanalyse

Das Ergebnis der Versuche sind Fibride die eine (sehr) feine Struktur mit glänzendem Charakter aufweisen

Beispiel B

Ein niedrigviskoser PTP-Typ der Firma Hoechst AG (RT 40) wurde im Scherfeld mit tiefkalt verflüssigtem Stickstoff in Fibride zerteilt. RT 40 ist ein teilkri stalliner, thermoplastischer Polyester-Typ auf der Basis von PET. PET wird durch Schmelzpolykondensation von Dicarbonsäuren und Dialkoholen (= Terephthalsäure + Ethylenglykol = PET, bei RT 40 ist noch ein Anteil Isophthalsäure dabei) hergestellt und hat folgende Formel:

Die physikalischen Eigenschaften von RT 40 sind nach stehend aufgeführt:

Handelsname:
Impet
Typ:	RT 40
Hersteller:	Hoechst AG
Dichte:	1,3 g/cm³
Kristallitschmelzbereich:	250-260°C

Parameter

Siebstrahlanalyse

Das Ergebnis der Versuche sind Fibride die Faser längen ≦ 5 mm aufweisen und eine hohe Temperatur beständigkeit besitzen. Desweiteren haben sie eine extrem feine Faserstruktur mit glänzendem Charakter und zeigen einen sehr geringen Folien- und Schmelzpartikel- Anteil.

Claims

1. Polyesterfibride, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Polyester als niedrigviskoser Strahl in ein durch Flüssigkeitsstrahlen gebildetes Scherfeld gespritzt, von den Flüssigkeitsstrahlen zerrissen und durch Abkühlung, Kristallisation und Orientierung zu Fibriden ausgebildet ist, die eine Fibrillenlänge von 0,1 bis 5 mm aufweisen.

2. Polyesterfibride, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyesterstrahl eine Viskosität unter 200 [Pa·s], vorzugsweise unter 100 [Pa·s], aufweist.

3. Polyesterfibride, dadurch gekennzeichnet, daß die Fibride aus einem Polyterephthalatester bestehen.

4. Polyesterfibride, dadurch gekennzeichnet, daß die Fibride aus einem Polyalkylenterephthalat bestehen.

5. Polyesterfibride, dadurch gekennzeichnet, daß die Fibride aus einem Polybutylenterephthalat bestehen.

6. Polyesterfibride, dadurch gekennzeichnet, daß die Fibride mit einer Temperatur unterhalb ihrer Zersetzungstemperatur zwischen 100°C und 450°C und einem Druck zwischen 100 und 1000 bar in das aus Flüssigkeitsstrahlen gebildete Scherfeld gespritzt und mit Flüssigkeitsstrahlen zerrissen werden.

7. Polyesterfibride, nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsstrahlen aus einem der tiefkalten verflüssigten Gase Stickstoff oder Argon gebildet werden.

8. Polyesterfibride nach Anspruch 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsstrahlen mit einem Druck zwischen 10 und 600 bar auf den Polyesterstrahl gespritzt werden.