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Fachgebiet der Erfindung:
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Synthetikgarn auf Polyolefingrundlage,
das durch verbesserte mechanische Eigenschaften, verbesserte Färbbarkeit
gekennzeichnet ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Garns
zur Verwendung als Teppichobergarn, bei Textilien und Polstern.
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Hintergrund:
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Garne
auf Polyolefingrundlage sind durch niedrige Kosten und eine chemische
Beständigkeit
gegenüber
zahlreichen Flüssigkeiten
gekennzeichnet und sind daher von Interesse für die Herstellung von Teppichen und
Textilien, einschließlich
Polstergarnen, bei denen Fleckenbildung ein Problem darstellt. Garne
auf Polyolefingrundlage eignen sich auch für technische Anwendungen, wie
bei Filtern. Bei herkömmlichen
Garnen und Fasern auf Polyolefingrundlage bestehen jedoch mehrere
Nachteile. Zum einen liegt die Glasübergangstemperatur (Tg) unter
der Raumtemperatur (d. h. zwischen –5 und –15°C). Aufgrund der niedrigen Tg
von Garnen auf Polyolefingrundlage besitzt das Garn unter Einwirkung
einer äußeren Kraft
bei Raumtemperatur nur eine beschränkte Formhaltigkeit. Garne
auf Polyolefingrundlage neigen dazu, durch Molekülbewegungen innerhalb des Polymers
eine neue Form anzunehmen. Infolgedessen ist die Rückprallelastizität von Teppichen,
die mit Garn auf Polyolefingrundlage hergestellt wurden, für die Verwendung
als eine Teppichfaser unerwünscht
niedrig. Bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur sind die Rückprallelastizität und andere
mechanische Eigenschaften des Garns sogar noch schlechter. Die Heißfixierung
des Garns auf Polyolefingrundlage ermöglicht zwar eine Entspannung
der Eigenspannungen in den Garnfasern und hilft bei der Erhaltung
der Form des Garns nach der Verdrillung, doch kann eine Hitzefixierung
nicht zu einer dauerhaften Garnform führen, sofern eine ausreichend
große äußere Kraft
einwirkt.
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Ein
weiterer Nachteil von Garnen auf Polyolefingrundlage ist, dass die
Garne mit Dispersionsfarbstoffen kaum und mit Reaktivfarbstoffen überhaupt
nicht färbbar
sind. Die Farbechtheit solcher Garne ist häufig unzufriedenstellend, selbst
wenn die Garne bei niedrigen Temperaturen gewaschen werden.
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Unter
den sonstigen Synthetikfasern war Nylon die wichtigste Wahl für Teppiche,
bei denen hohe Qualität
und Rückprallelastizität erforderlich
sind. Aber Nylon ist nicht ohne Nachteile. Insbesondere mit Nylongarn hergestellte
Teppichware ist anfällig
für die
Entwicklung von elektrostatischen Ladungen und muss daher einer chemischen
oder physikalischen Behandlung unterzogen werden, um den Aufbau
von statischen Ladungen zu verringern. Ein weiterer Nachteil von
Nylon-Teppichware ist die leichte Fleckenbildung. Deswegen enthält Nylon-Teppichware üblicherweise
Behandlungen, die ihre Neigung zur Fleckenbildung reduzieren. Allerdings wird
die Fleckenbildung durch diese Behandlungen nicht völlig verhindert
und die Behandlungen bleiben auch nicht über die gesamte Nutzungsdauer
des Teppichs wirksam.
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Andererseits
erweisen sich Teppiche, die aus Polyolefinmaterial, wie Polypropylen,
hergestellt sind, als sehr beständig
gegenüber
Fleckenbildung und sind von Natur aus antistatisch. Wie bereits
erwähnt,
ist Polypropylen jedoch eine weniger widerstandsfähige Faser
und kann ihr Erscheinungsbild oder ihre Form bei längerer oder
starker Beanspruchung oder nach wiederholten Verformungen nicht
bewahren.
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Ähnliche Überlegungen
im Hinblick auf Garne auf Polyolefingrundlage lassen sich auch für den Textilsektor
einschließlich
Polstergarnen, anstellen, bei denen die Fleckbeseitigung sich äußerst schwierig
gestaltet. Die Verwendung der Garne auf Polyolefingrundlage könnte noch
günstiger
sein aufgrund der niedrigen Kosten des Polymers und seiner hervorragenden
wasserabweisenden Eigenschaften, Trockenbeständigkeit und Beständigkeit
gegenüber
Fleckenbildung. Leider wird die Verwendung von Garnen auf Polyolefingrundlage
durch ihre schlechten mechanischen Eigenschaften und die eingeschränkte Formhaltigkeit
wegen der niedrigen Rückprallelastizität solcher
Garne und der Tatsache, dass die mechanischen Eigenschaften solcher
Garne bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur dazu neigen,
schnell schlechter zu werden, eingeschränkt.
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Standardmäßige Färbetechniken,
bei denen ein Farbstoffbad verwendet wird, sind mit Garnen auf Polyolefingrundlage
nicht möglich,
wie dies mit den Polyester- oder für die Nylonfasern der Fall
ist. Deswegen wurden Polyolefinpolymere oder -Kopolymere, wie Ethylen/Acryl-Kopolymere,
zusammen mit Garnen auf Polyolefingrundlage verwendet. Es wurden
andere Zusatzstoffe mit ähnlichen
Eigenschaften entwickelt, um während
der Polymerisationsphase Aminogruppen in das Polyolefinpolymer einzuführen. Um
eine Färbbarkeit
von Garnen auf Polyolefingrundlage mit Dispersionsfarbstoffen zu
erreichen, wurden Zusatzstoffe auf Polyestergrundlage und polare
Kopolymere verwendet. Die Färbung
von Garnen auf Polyolefingrundlage mit ligandenbildenden Farbstoffen
wurde durch den Zusatz von Nickelzuschlagstoffen möglich gemacht.
Färbung
mit kohlenwasserstofflöslichen
Farbstoffen mit langen Alkylketten wurde für standardmäßige Polyolefinpolymere ebenfalls
vorgeschlagen. Ein färbbares
Polypropylenpolymer wurde durch die Verwendung von speziellen Dendrimeren
und hyperverzweigten Polymeren bereit gestellt. Plasmabehandlungen
im Labormaßstab
wurden zur Einführung
von reaktiven Gruppen in die Garnoberfläche vorgeschlagen.
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Obwohl
die vorstehend genannten Entwicklungen einen beschränkten Erfolg
gezeigt haben, leiden die vorstehend genannten Techniken ausnahmslos
an ihren erhöhten
Kosten, was die Konkurrenzfähigkeit
des Polymers, die mechanischen Eigenschaften des sich ergebenden
Garns, die Spinnfähigkeit
der Garne verschlechtert und die Wärmebeständigkeit des Garns negativ
beeinflussen könnte.
Die Fleckenbildungswiderstandseigenschaften solcher Garne und die
Farbechtheit der gefärbten
Fasern sind ebenfalls nicht annehmbar oder unter erwünschte Werte
gesenkt.
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Es
besteht ein anhaltender Bedarf für
verbesserte Garne und Fasern auf Polyolefingrundlage für die Verwendung
bei Teppichen, Textilien, Polstern und anderen Anwendungen, bei
denen die Eigenschaften von Polyolefinmaterialien nützlich sein
können.
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Im
Hinblick auf die vorstehend genannten und andere Aufgaben stellt
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Fasern und Garnen
mit einem im Bereich von etwa 1 bis etwa 30 liegenden Gewicht in
Gramm von 9000 m des Filaments (Denier pro Filament (dpf)) und verbesserten
mechanischen Eigenschaften bereit. Das Verfahren beinhaltet Vermengen
von etwa 55 bis etwa 95 Gew.% Polyolefin-Polymer und von etwa 5
bis etwa 45 Gew.% Fibrillen-bildendem Polymer, um eine Mischung
aus Polyolefin- und Fibrillen- bildenden
Polymeren bereit zu stellen, wobei das Fibrillen-bildende Polymer
mit dem Polyolefin-Polymer unmischbar ist. Ein Schmelzextruder,
dem die Mischung zugeführt
wird, dient zur Bereitstellung einer im wesentlichen homogenen geschmolzenen
Mischung aus Polyolefin- und Fibrillen-bildenden Polymeren. Anschließend wird
die geschmolzene Mischung durch eine Spinndüse mit einem Längen-zu-Durchmesser
(L/D)-Verhältnis
im Bereich von etwa 3 bis etwa 30 mit einer Schergeschwindigkeit
im Bereich von etwa 1000 bis etwa 5000 reziproke Sekunden gepresst,
um eine Faser mit einer Polyolefin-Matrix und langgestreckten, im
wesentlichen diskontinuierlichen Fibrillen des in der Polyolefin-Matrix
dispergierten Fibrillen-bildenden Polymers bereit zu stellen, wobei
eine äußere Oberfläche der
Fasern im wesentlichen frei von Fibrillen ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann darüber
hinaus das Trocknen des Polyolefin-Polymers, des Fibrillen-bildenden Polymers
und des Kompatibilisierungsmittels umfassen, um eine Mischung bereit
zu stellen, die weniger als etwa 500 ppm Feuchtigkeit enthält.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann darüber
hinaus das Trocknen des Polyolefin-Polymers und des Fibrillen-bildenden
Polymers umfassen, um eine Mischung bereit zu stellen, die weniger
als etwa 500 ppm Feuchtigkeit enthält.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann darüber
hinaus das Färben
der Fasern mit einem Dispersionsfarbstoff, einen Reaktivfarbstoff
oder einer Mischung der beiden umfassen, um gefärbte Fasern bereit zustellen,
wobei das Färben
bevorzugt bei einem Druck im Bereich von etwa 1 bis etwa 4 bar und
bevorzugter bei einem Druck im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 2 bar
vorgenommen wird.
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Darüber hinaus
stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Garns,
umfassend ein BCF-Garn als ein Teppichobergarn, die Verwendung des
erfindungsgemäßen Garns,
umfassend ein POY-, FDY- oder LDY-Garn als ein Textilgarn, die Verwendung
des erfindungsgemäßen Garns
als ein Polstergarn und die Verwendung des erfindungsgemäßen Garns
als ein Stapelgarn bereit.
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Einem
anderen Merkmal zufolge stellt die Erfindung ein Garn mit verbesserten mechanischen
Eigenschaften und verbesserter Färbbarkeit
bereit. Das Garn beinhaltet von etwa 55 bis etwa 95 Gew.% kontinuierliche
Polyolefinphase und von etwa 5 bis etwa 45 Gew.% diskontinuierliche
Phase aus Fibrillen, die in der kontinuierlichen Polyolefinphase
dispergiert sind, wobei die Fibrillen von einem Fibrillen-bildenden
Polymer, ausgewählt
aus der aus der aus Polyamid-Polymeren und Polyester-Polymeren bestehenden
Gruppe, abgeleitet sind. Die kontinuierliche Polyolefinphase ist
auf einer exponierten Oberfläche
derselben im wesentlichen frei von Fibrillen, das Garn ist färbbar, insbesondere
mit Reaktivfarbstoffen, wie sauren und kationischen Farbstoffen,
und das Garn besitzt eine irreversible Deformation bei etwa 25°C von weniger
als etwa 3%.
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Weiterentwicklung der in den verwandten
US-Patenten Nr. 5,587,118 ,
5,597,650 ,
5,620,797 und
5,811,040 beschriebenen und Mallonee
zugesprochenen Erfindung, die ein Verfahren zur Vermengung von unmischbaren
Polymeren bereit stellt, um ein verbessertes Teppichobergarn bereit
zu stellen. Es wurde festgestellt, dass erfindungsgemäß hergestellte
Filamente eine im wesentlichen kontinuierliche Polyolefinphase und
eine im wesentlichen diskontinuierliche Fibrillenphase, mit der
die Polyolefinphase durchsetzt ist, aufweisen. Die diskontinuierliche
Fibrillenphase verleiht einem Teppichgarn auf Polyolefingrundlage
Polyamid- und/oder Polyester-typische Eigenschaften im Hinblick
auf die Rückprallelastizität und die
Farbechtheit, jedoch ohne die augenscheinlichen charakteristischen
Nachteile des Materials, das die Fibrillen bildet. Das bedeutet,
das Garn zeigt die hervorragenden Anti-Fleckenbildungseigenschaften
von Polyolefin und deren günstige
Flammschutzeigenschaften und antistatischen Eigenschaften, ohne
aber die Schwachpunkte der herkömmlichen
Polyolefinfasern zu zeigen. Außerdem
kann das Garn weniger kostenaufwändig
hergestellt werden als zahlreiche Polyamid- und Polyesterfilamente,
da Polypropylen zur Zeit bis zu etwa 60% billiger ist pro Pfund
als Polyamid und bis zu 40% billiger als Polyester ist.
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In
der
USP 5 811 040 wird
ein Verfahren zur Herstellung von Fasern für ein Teppichobergarn offengelegt.
Das Verfahren umfasst das Führen
einer Mischung umfassend von etwa 5 bis etwa 40 Gew.% eines Fibrillen-bildenden
Polymers, das aus der aus Polyamid und Polyester bestehenden Gruppe
ausgewählt
wird, mit etwa 60 bis etwa 95 Gew.% Polyolefin durch einen Schmelzextruder,
um eine im wesentlichen homogene geschmolzene Mischung herzustellen,
die bei einer Schergeschwindigkeit im Bereich von etwa 1000 bis
etwa 5000 reziproken Sekunden durch eine Spinndüse gepresst wird, die eine
Vielzahl von Kapillaröffnungen
enthält,
um individuelle Filamente zu produzieren, die Filamente bei einer
Temperatur im Bereich von etwa 120°C bis etwa 130°C zu strecken
und mit Heißluft
zu texturieren, um gestreckte und texturierte Filamente mit einem Denier
im Bereich von etwa 12 bis etwa 25 bereit zu stellen, und die gestreckten
und texturierten Filamente zu kombinieren, um ein synthetisches
Teppichobergarn bereit zu stellen.
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Zusätzlich zu
den vorstehend genannten Eigenschaften besitzt das erfindungsgemäße Garn,
das Polyolefinmatrix und Polyesterfibrillen umfasst, eine matte
Oberfläche
und verringert auf diese Weise den Bedarf für die Zugabe von Füllstoffen,
wie Titandioxid, um den Oberflächenglanz
des Garns zu senken, was bei herkömmlichen Polyamid-Teppichgarnen
erforderlich ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen:
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Weitere
Vorteile der Erfindung sind durch Bezugnahme auf die eingehende
Beschreibung in Verbindung mit den Figuren ersichtlich, wobei gleiche
Elemente in den verschiedenen Ansichten durch gleiche Bezugszeichen
gekennzeichnet sind. In den Figuren zeigt:
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1 eine
nicht-maßstabsgetreue
Darstellung einer bevorzugten Spinndüsenöffnungskonfiguration zur Herstellung
von erfindungsgemäßen Synthetikfasern,
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2 und 3 nicht-maßstabsgetreue
Querschnittsdarstellungen von dreiblättrigen oder deltaförmigen Synthetikfasern,
die erfindungsgemäß hergestellt
wurden,
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4 einen
grafischen Vergleich von Festigkeitswerten für Fasern, die aus einzelnen
Polymeren und Verschnitten von Polymeren hergestellt wurden,
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5 eine
mikroskopische Aufnahme einer Polyolefinfaser nach chemischer Ätzung durch
einen Prozess, bei dem ein L/D-Verhältnis einer zur Herstellung
der Faser verwendeten Spinndüse
weniger als 3 beträgt,
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6 eine
mikroskopische Aufnahme einer Polyolefinfaser nach chemischer Ätzung durch
einen erfindungsgemäßen Prozess,
bei dem ein L/D-Verhältnis
einer zur Herstellung der Faser verwendeten Spinndüse 3 beträgt,
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7 eine
mikroskopische Aufnahme einer Polyolefinfaser nach chemischer Ätzung durch
einen erfindungsgemäßen Prozess,
bei dem ein L/D-Verhältnis
einer zur Herstellung der Faser verwendeten Spinndüse 6 beträgt,
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8 eine
mikroskopische Aufnahme einer Polyolefinfaser nach chemischer Ätzung durch
einen erfindungsgemäßen Prozess,
bei dem ein L/D-Verhältnis
einer zur Herstellung der Faser verwendeten Spinndüse 15 beträgt,
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9a eine
Digitalaufnahme einer Probe gewebtes Tuch, die mit einem herkömmlichen
Polyestergarn hergestellt wurde, nach 2500 Bürstzyklen,
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9b eine
Digitalaufnahme einer Probe gewebtes Tuch, die mit einer erfindungsgemäßen Faser
hergestellt wurde, nach 10.000 Zyklen, und
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10 einen
grafischen Vergleich von mechanischen Eigenschaften von Fasern,
die erfindungsgemäß hergestellt
wurden (Auftragungen A und B) und von reinen Polyolefinfasern (Auftragungen
C und D) mit Wärmebehandlung
(Auftragungen B und D) sowie ohne Wärmebehandlung (Auftragungen
A und C).
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Eingehende Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen:
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Die
erfindungsgemäß unter
Verwendung einer Vermengung von unmischbaren Polymeren hergestellten
Synthetikfasern und -garne besitzen ein Gewicht im Bereich von etwa
1 bis etwa 30 in Gramm von 9000 m des Filaments (Denier pro Filament,
dpf). Da das Polyolefin- und das mit dem Polyolefin unmischbare
Fibrillen-bildende Polymer in der Schmelze vermengt und als geschmolzene
Vermengung durch Kapillaröffnungen
einer Spinndüse
gepresst werden, enthalten die sich ergebenden Filamente im wesentlichen
die selbe Menge Polyolefin und Fibrillen-bildendes Polymer wie die
geschmolzene Vermengung.
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Kennzeichnend
für die
sich ergebenden Fasern ist eine kontinuierliche Polyolefinphasenmatrix,
die in ihrer Gesamtheit mit im wesentlichen kolinearen, diskontinuierlichen
langgestreckten Fibrillen durchsetzt ist. Ein wichtiges Merkmal
des erfindungsgemäßen synthetischen
Garns auf Polyolefingrundlage ist, dass es eine ähnliche Rückprallelastizität wie Polyamidgarne,
wie Nylon-6 und Nylon-66, aber die Fleckenbildungsresistenz von
Polyolefingarnen, wie Polypropylen, aufweist. Darüber hinaus
besitzt das erfindungsgemäße Synthetikgarn
eine weitaus größere Färbbarkeit,
bessere Flammschutzeigenschaften und mechanische Festigkeit bei Temperaturen
oberhalb der Raumtemperatur als Polyolefin-Polymer-Reinmaterial
oder -Frischmaterial. Schließlich
ist das erfindungsgemäße Synthetikgarn
widerstandsfähig
gegen die bei Teppichgarnen auf Polyamidgrundlage verbreitete Bildung
von elektrostatischen Ladungen.
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Um
eine geeignete Vermengung von unmischbaren Polymeren zur Herstellung
der Synthetikfasern und -garne bereit zu stellen, wird eine Mischung,
die von etwa 55 Gew.% bis etwa 95 Gew.% Polyolefin enthält, mit
von etwa 5 bis ungefähr
45 Gew.% Fibrillen-bildendes
Polymer vermengt. Vorzugsweise enthält die zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Fasern
und Garne verwendete Vermengung aus Polyolefin und Fibrillen-bildendem
Polymer von etwa 60 bis etwa 95 Gew.%, bevorzugter von etwa 70 bis
etwa 85 Gew.% und am bevorzugtesten von 75 Gew.% Polyolefin. In
der Vermengung ist das Fibrillen-bildende Polymer bevorzugt in einer
Menge im Bereich von etwa 5 bis etwa 40 Gew.%, bevorzugter von etwa
15 bis etwa 30 Gew.% und am bevorzugtesten von 25 Gew.% Fibrillen-bildendes
Polymer vorhanden.
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Bei
den Polyolefinen, die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Garns
und der erfindungsgemäßen Fasern
verwendet werden können,
handelt es sich u. a., aber ohne Einschränkung auf dieselben, um Polyethylen,
Polypropylen, sowohl als Homopolymer und Kopolymere, Poly(1-buten),
Poly(3-methyl-1-buten), Poly(4-methyl-1-penten) und ähnliche
sowie Kombinationen und Mischungen von zwei oder mehreren der vorstehenden.
Unter den vorstehend genannten Polyolefin-Polymeren ist Polypropylen-Homopolymer besonders bevorzugt.
Geeignete Großmengen
Polypropylen zur Herstellung des erfindungsgemäßen Garns sind, ohne Einschränkung auf
dieselben, erhältlich
von Shell Chemical Company (Houston, Texas) unter den Handelsbezeichnungsangaben
NRDS-126-3, 5E40
und 5E70, von Basell Polyolefins Company N. V. (Brüssel, Belgien) unter
den Handelsbezeichnungen MOPLEN X69S, ADSTIF 855 ADXP, X50251, ADFLEX
X102S und von Aristech Chemical Company (Pittsburgh, PA) unter der
Handelsbezeichnung D-115-F
und D-080-A.
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Das
mit dem Polyolefin vermengte Fibrillen-bildende Polymer zur Herstellung
der Filamente kann aus der aus Polyamid und/oder Polyester bestehenden
Gruppe ausgewählt
werden. Bei Polyamid-Polymeren, die verwendet werden können, handelt
es sich u. a. um das Kondensationsprodukt einer zweibasischen Säure und eines
Diamins, wie Adipinsäure
und Hexamethylendiamin (Nylon-66), und die Additionsreaktionsprodukte
von Monomeren, die sowohl eine Säure-
und eine Amingruppe im Molekül
enthalten, wie das Polymerisationsprodukt von ε-Caprolactam zur Bildung von
Polycaproamid (Nylon-6). Höhere
Analoge oder Vermengungen von Nylon-6 und -66 können ebenfalls verwendet werden.
Unter den vorstehend genannten ist Nylon-6 das bevorzugteste Polyamid
zur Verwendung zur Bildung des erfindungsgemäßen Teppichobergarnes. Bei
geeigneten Quellen für
Polyamid-Polymere handelt es sich u. a., aber ohne Einschränkung auf
dieselben, um die von AQUAFIL S.P.A. (Arco, Italien) unter der Handelsbezeichnung
AQ2700 und von BASF Corporation (Asheville, N. C.) unter der Handelsbezeichnungsangabe
Typ 403 erhältlichen
Nylon-6-Polymere. Andere Quellen für Polyamid-Polymere können ebenfalls
geeignet sein.
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Bei
Polyester-Polymeren, die zur Herstellung des erfindungsgemäßen Garns
verwendet werden können,
handelt es sich u. a., aber ohne Einschränkung auf dieselben, um die
Polykondensationsprodukte von Dikarbonsäuren oder Anhydriden mit zweiwertigen
Alkoholen und Mischungen der Polykondensationsprodukte. Bei Dikarbonsäuren und
Anhydriden, die mit den zweiwertigen Alkoholen umgesetzt werden
können,
handelt es Fumar-, Phthal- und Adipinsäure und -anhydride. Phthalsäure oder
-anhydrid ist ein(e) besonders bevorzugte(s) Dikarbonsäure oder
Anhydrid.
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Bei
den zweiwertigen Alkoholen, die mit den Dikarbonsäuren oder
Anhydriden umgesetzt werden, um die Polyester-Polymere bereit zu
stellen, handelt es sich u. a., ohne diesbezügliche Einschränkung auf
dieselben, um die Alkylenglykole mit von etwa 2 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen.
Bei bevorzugten zweiwertigen Alkoholen handelt es sich u. a. um
Ethylenglykol, Propylenglykole, Diethylenglykol und Dipropylenglykol.
Bei besonders bevorzugten Polykondensationsprodukten von Dikarbonsäuren oder
Anhydriden und zweiwertigen Alkoholen handelt es sich u. a. um Polyethylenterephthalat,
Polybutylenterephthalat und Polytrimethylenterephthalat.
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Eine
geeignete Quelle für
Polyester-Polymer ist das von der Wellman Corporation (Johnsonville,
S. C.) unter der Handelsbezeichnungsangabe PERMACLEAR PET erhältliche
Polyethylenterephthalat-Polymer. Bei anderen Quellen für Polyester-Polymer,
die verwendet werden können,
handelt es sich u. a. um das von Montefibre (Mailand, Italien) unter
der Handelsbezeichnung TQ9/04/N und das von der BASF Corporation
(Portsmouth, Virginia) unter der Handelsbezeichnung ULTRADUR B 4500
erhältliche
Polybutylenterephthalat-Polymer. Eine weitere Quelle ist das von
der Du Pont Company (Wilmington, Delaware) unter der Handelsbezeichnung
3GT oder SONORA und das von der Shell Chemical Company unter der
Handelsbezeichnung CORTERRA erhältliche
Polytrimethylenterephthalat sowie andere geeignete Quellen.
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Zusätzlich zu
den Polyolefin- und den Fibrillen-bildenden Polymeren kann die Vermengung
von etwa 0 Gew.% bis 20 Gew.% Zwischenphase-modifizierende Substanz
enthalten. Zur Verwendung geeignete Zwischenphase-modifizierende
Substanzen können
für mehrere
Polyolefin-Polymere, die mit Säuren
oder Anhydriden einschließlich
Fumarsäure,
Acrylsäure
oder Methacrylsäure
umgesetzt wurden, sowie Polyolefin-Maleate ausgewählt werden.
Als Beispiele für
Polyolefin-Maleate sind u. a. Polypropylen-Maleat, Ethylen-Propylen-Maleat,
Styrol-Butadien-Styrol-Maleat, Styrol-Ethylen-Butadien-Styrol-Maleat, Ethylen-Propylen-Maleat-Kautschuk
(EPR), Ethylen-Propylen-Dien-Maleat-Monomer (EPDM) und Mischungen derselben
zu nennen. Bei Quellen für
Polyolefin- Maleate
handelt es sich u. a., aber ohne Einschränkung auf dieselben, um das
von der Uniroyal Chemicals (Middleburg, Connecticut) erhältliche
POLYBOND 3200 und das von der Eastman Chemical Company (Kingsport,
Tennessee) erhältliche
EPOLENE E-43.
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Das
erfindungsgemäße Synthetikgarn
kann außerdem
ein oder mehrere aus Flammschutzmitteln, Farbstoffen, Pigmenten,
Antioxidationsmitteln, Füllstoffen,
antistatischen Wirkstoffen, Schmelzverarbeitungshilfen, UV- und
Wärme-stabilisierenden
Stoffen, Weichmachern und ähnlichem
ausgewählte
Zusatzstoffe enthalten. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist
die synergistische Flammschutzwirkung des Garns und der Fasern.
Obwohl die Garnfilamente ein nicht-halogeniertes Fibrillen-bildendes
Polymer und keine Flammschutzmittel enthalten können, können die erfindungsgemäßen Garne
eine ungefähr
45 bis ungefähr
75%-ige Steigerung der Flammschutzwirkung relativ zu der Flammschutzwirkung
von reinem Polyolefingarn zeigen. Um die Flammschutzeigenschaften
des erfindungsgemäßen Synthetikgarns
noch weiter zu verbessern, kann das Fibrillen-bildende Polymer halogeniert
werden. Beispielsweise kann/können
ein oder beides von Dikarbonsäure oder
Anhydrid und zweiwertige Alkohole, die zur Herstellung des Polyester-Polymers
verwendet werden, halogeniert sein. Bei zur Verwendung geeigneten
Halogenen handelt es sich u. a. um Chlor, Brom und Fluor. Aus den
halogenierten Säuren
oder Alkoholen hergestellte halogenierte Polyesterverbindungen können auch
mit anderen bekannten halogenierten und nicht-halogenierten Flammschutzmitteln
gemischt werden, falls dies gewünscht
wird, um die Flammschutzeigenschaften der erfindungsgemäßen Fasern
und Garne weiter zu verstärken.
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Falls
gewünscht
kann die erfindungsgemäße Mischung
von Polyolefin/Fibrillen-bildendem Polymer auch andere Flammschutzmittel
enthalten. Bei Flammschutzmitteln, die zur Verwendung mit einer
oder beiden Komponente(n) der Mischung geeignet sind, handelt es
sich u. a., aber ohne Einschränkung
auf dieselben, um bromiertes Polystyrol, Hexabromzyclododekan, Dekabromdiphenyloxid,
Ethylen-bis(tetrabromphthalimid), Ethylen-bis(dibromnorborandicarboximid),
Pentabromdiphenyloxid, Oktabromdiphenyloxid, Dekabromdiphenoxyethan,
Poly-Dibromphenylenoxid, halogenierter Phosphatester, Tetrabromphthalsäureanhydrid,
Bis(tribromphthalsäureanhydrid),
Tetrabrombisphenol-A-bis(2-hydroxyethylether), Tetrabrombisphenol-A-bis(2,3-dibrompropylether),
Dibromneopentylglykol, Tetradekabromdiphenoxybenzol, Aluminiumoxidtrihydrat,
Antimonoxid, Natriumantimonat, Zinkborat, Diacrylatester von Tetrabrombisphenol-A-bis
und ähnliche
sowie Mischungen derselben.
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Ein
bevorzugtes Flammschutzmittelsystem wird im allgemeinen eine halogenierte
organische Verbindung und einen Flammschutzsynergisten, wie Antimonoxid,
enthalten. Die Gesamtmenge des Flammschutzmittels im Garn kann im
Bereich von etwa 5 bis etwa 15 Gew.% des Gesamtgewichts der Fasern
liegen. Bei etwa 10 Gew.% Flammschutzmittel besteht häufig eine
50%-ige Steigerung der Flammschutzwirkung bei Bestimmung mit dem
Heizkörper-Flammschutztests.
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Bei
wärmestabilisierenden
Mitteln, die mit den zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fasern
verwendeten Komponenten nützlich
sind, handelt es sich u. a., aber ohne Einschränkung auf dieselben, um Calciumpulver,
Calciumstearat, Phenole und gehinderte Phenole, Zinkoxid, Arylester,
Hydoxybenzophenon, Hydroxybenztriazol und ähnliche.
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Antioxidationsmittel-Zusatzstoffe
können
ausgewählt
werden aus alkylierten Phenolen und Bisphenolen, Alkyliden-Bisphenolen,
Alkyliden-Trisphenolen, Alkyliden-Polyphenolen, Thiophenolen, Dithio-Bisphenolen,
Dithio-Trisphenolen, thio-polyalkylierten Phenolen, Phenolkondensationsprodukten,
Aminen, Dilaurylthiodipropionat, Distearylthiodipropionat, Dimyristylthiodipropionat,
Ditridecylthiodipropionat, Pentaerythritol-Tetrakis(b-laurylthiopropionat),
p-Benzochinon, 2,5-ditert.-Butylhydrochinon
und ähnlichen.
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Auch
antibakterielle und gegen Staubmilben wirksame Zusatzstoffe können verwendet
werden. Von diesen können
die anorganischen, Glasphasen- und Zeolith-basierten Zusatzstoffe
ausgewählt
werden. Antibakterielle, gegen Staubmilben wirksame Zusatzstoffe
anderer Art können
ebenfalls verwendet werden.
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Das
Polyolefin, Fibrillen-bildende Polymer und optionale Zusatzstoffe
können
auf verschiedene Weise zusammen gegeben werden, doch werden die
Komponenten bevorzugt trocken miteinander vermengt bevor die Vermengung
zu einem Extruder geführt
wird. Bei einer Alternative können
die Komponenten Polyolefin-, Fibrillen-bildendes Polymer und optionale
Inhaltsstoffe dem Extruder jeweils unmittelbar in einer beliebigen Reihenfolge
zugeführt
werden, jedoch unter der Voraussetzung, dass eine ausreichende Haltezeit
im Extruder gegeben ist, um ein im wesentlichen homogenes Mischen
der Komponenten zu gewährleisten.
Es ist ersichtlich, dass auch eine vor-vermengte, im wesentlichen
homogene Mischung von Polyolefin und Fibrillen-bildendem Polymer
einem Extruder zugeführt
werden kann.
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Bezugnehmend
auf ein Fibrillen-bildendes Polymer aus Polyester wird die Mischung
aus Polyolefin und Polyester nach dem Zusammengeben in der Schmelze
vermengt und unter Druck extrudiert, um eine im wesentlichen homogene
Mischung der beiden Komponenten bereit zu stellen. Dabei werden
bevorzugt Drücke im
Bereich von etwa 700 bis etwa 2000 psia (etwa 4,8 MPa bis etwa 13,8
MPa) verwendet, um vor der Extrusion eine im wesentlichen homogene
Mischung der Komponenten zu erhalten. Die geschmolzene Mischung wird
von der Extruderspinndüse
bei einer Temperatur im Bereich von 240° bis etwa 300°C durch die
Spinndüsenöffnungen
gepresst. Die eingesetzte Extrudertemperatur ist eine Funktion der
Viskosität
des Fibrillen-bildenden Polymers in der Vermengung. Besitzt das
Fibrillen-bildende Polymer eine höhere Viskosität, sollten
höhere
Extrusionstemperaturen verwendet werden. Beispielsweise bei Verwendung
von Nylon-6 liegt die Extrusionstemperatur bevorzugt im Bereich
von etwa 250° bis
etwa 290°C.
Bei Verwendung von Polyethylenterephthalat liegt die Extrusionstemperatur
bevorzugt im Bereich von etwa 260° bis
etwa 300°C.
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Die
folgenden Figuren können
zur Erläuterung
anderer Aspekte der Erfindung herangezogen werden. In 1 ist
eine Kapillaröffnung
(10) für
eine Spinndüse
zur Verwendung zur Herstellung von Filamenten zur Herstellung von
erfindungsgemäßen Fasern
und Garnen erläutert.
Die Kapillaröffnung
besitzt bevorzugt eine dreiblättrige
Kapillarkonfiguration. Die Kapillaröffnung (10) besitzt
Beine (12) mit im wesentlichen gleicher Länge, so
dass die geschmolzene Mischung durch die Kapillaröffnung (10)
in Beine (12) fließt
und auf diese Weise die Schergeschwindigkeit der geschmolzenen Mischung
erhöht
und die Filamente veranlasst, in einer Konfiguration mit einem im allgemeinen
dreiblättrigen
Querschnitt (14), wie in 2 erläutert wird,
oder einer Konfiguration mit einem deltaförmigen Querschnitt (16),
wie in 3 erläutert
wird, auszuhärten.
In den 2 und 3 stellt das Polyolefin (18)
den Großteil
des Filaments bereit, wobei langgestreckte, längsorientierte Fibrillen (20),
die aus dem im Inneren des Filaments dispergierten Fibrillen-bildenden
Polymer bestehen, im allgemeinen in der Mitte des Filaments konzentriert
sind.
-
Die
Schergeschwindigkeit der geschmolzenen Mischung während der
Extrusion ist ein weiterer wichtiger Faktor, um bei der Durchführung der
vorliegenden Erfindung optimale Ergebnisse zu erhalten. Schergeschwindigkeiten
im Bereich von etwa 1000 bis etwa 5000 reziproken Sekunden sind
bevorzugt. Besonders bevorzugt ist eine Schergeschwindigkeit im
Bereich von etwa 2000 bis etwa 4000 reziproken Sekunden, wobei eine
Schergeschwindigkeit von etwa 2500 bis etwa 3800 reziproken Sekunden
ganz besonders bevorzugt ist. Durch die Auswahl einer Mehrzahl von
Kapillaröffnungen
mit einer angemessenen Größe und mit
einer dreiblättrigen
Anordnung kann die gewünschte
Schergeschwindigkeit für
die Extrusion der Mischung erhalten werden.
-
Ein
besonders wichtiger, in die Überlegungen
einzubeziehender Parameter ist das Verhältnis der Tiefe oder Länge (L)
des Kapillarlochs zum durchschnittlichen hydraulischen Durchmesser
(D) der Kapillare 10, durch welche die geschmolzene Mischung
gepresst wird. Ein bevorzugtes L/D-Verhältnis liegt im Bereich von etwa
3 bis etwa 30 in Abhängigkeit
von der Schmelzviskosität
des Polyolefins und des Fibrillen-bildenden Polymers und von der Schergeschwindigkeit
in der Kapillaröffnung 10.
Bevorzugt wird ein Verhältnis
im Bereich von etwa 6 bis etwa 10 verwendet, um das Auftreten von
Fibrillen an einer äußeren Oberfläche des
Filaments auf ein Mindestmaß zu
beschränken
oder im wesentlichen zu eliminieren. Die Färbbarkeit der Fasern mit Reaktivfarbstoffen
unter Verwendung von sauren oder kationischen Farbstoffen kann durch
Verwendung eines L/D-Verhältnisses
im Bereich von etwa 1 bis etwa 3 erhöht werden. Folglich wird bei
einem geeignet ausgewählten
L/D-Verhältnis
die Konzentration des Faser-bildenden Polymers im Inneren der Polyolefinmatrix
erhöht
und der durchschnittliche Durchmesser der Fibrillen gesenkt.
-
Ohne
an theoretische Überlegungen
gebunden sein zu wollen, wird davon ausgegangen, dass die Eigenschaften
der erfindungsgemäßen Fasern
und Garne zumindest teilweise auf die In-situ-Bildung von langgestreckten,
im wesentlichen diskontinuierlichen Fibrillen in einer kontinuierlichen
Polyolefinphase zurückzuführen sind.
Es wird davon ausgegangen, dass die In-situ-Bildung von Fibrillen
durch die Unmischbarkeit der Komponenten der Mischung miteinander
und die auf die geschmolzene Mischung beim Drücken durch die Kapillaröffnungen 10 der
Spinndüse
einwirkenden Scherkräfte
gefördert
wird. Das Vorhandensein eines Kompatibilisierungsmittels trägt zur Verbesserung
der Verspinnbarkeit und der mechanischen Festigkeit der Grenzfläche zwischen
der Polyolefinmatrix und dem unmischbaren Polymer bei.
-
Bei
der Extrusion werden die sich bildenden Polymerfibrillen im allgemeinen
in einer in Längsrichtung ausgerichteten
Orientierung in Richtung zur Mitte der Kapillaröffnungen 10 der Spinndüse angereichert,
wo die Scherkräfte
am geringsten sind. Folglich ist eine kontinuierliche Polyolefinphase,
die in der Nähe
der Wände der
Kapillaröffnungen
der Spinndüse
angereichert ist, wo die Scherkräfte
am größten sind,
mit den langgestreckten Fibrillen durchsetzt. Mit Polyolefin unmischbare
Polyamid- und/oder Polyesterfibrillen und/oder andere Polymerfibrillen,
die durch die mit dem Durchlauf des Materials durch die Kapillaröffnungen 10 verbundenen
Scherkräfte
hergestellt werden, besitzen einen Durchmesser im Bereich von einem
Bruchteil eines Mikrometers bis einige Mikrometer und eine Länge von
mehreren Zehn Mikrometern, während
die gesamte Querschnittslänge
der einzelnen Seiten der dreiblättrigen
oder deltaförmigen
Filamente, die die Fibrillen enthalten, im Bereich von etwa 1 bis
etwa 3 Millimeter liegen kann. Typischerweise besitzen die Fibrillen
einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,1 bis etwa 5 Mikrometer
und eine durchschnittliche Länge
im Bereich von etwa 100 bis etwa 1000 Mikrometer in Abhängigkeit
vom Viskositätsverhältnis und
den Verspinnparametern.
-
Durch
ein nicht völlig
geklärtes
Phänomen
bildet das Polyolefin eine kontinuierliche Phase, die eine die polymeren
Fibrillen einkapselnde Matrix bereit stellt. Die polymeren Fibrillen
stellen der Polyolefinmatrix eine Verstärkung bereit, ähnlich der
Verstärkung,
die Glasfasern in einem thermoplastischen oder wärmehärtenden Harz bereit stellen.
Folglich verbessern die polymeren Fibrillen, die rückprallelastischer
als das Polyolefin sind, die Rückprallelastizität des Garns
und der Fasern im Vergleich zu herkömmlichen Polyolefinfasern und
-garnen und bieten ein hervorragendes Material für Teppichobergarn, Textilien
und Polster.
-
Ein
weiterer Faktor, bei dem davon ausgegangen wird, dass er zur Bildung
von Fibrillen in der Mitte des Filaments beiträgt, ist der Unterschied der
Schmelzviskosität
zwischen den Polyolefin- und den Fibrillen-bildenden Polymerphasen.
Die im allgemeinen niedrigere Schmelzviskosität von Polyolefin könnte das
Polyolefin veranlassen, an den Wanden der Öffnung, wo die Schergeschwindigkeit
am höchsten
ist, weitaus leichter durch die Kapillaröffnung 10 zu fließen, während das
höher-viskose
Fibrillen-bildende Polymer sich in wandfernen Bereichen der Kapillaröffnung 10 anreichert.
Beispielsweise bei einer Schergeschwindigkeit von 3800 reziproken
Sekunden besitzt Polypropylen eine Schmelzviskosität von etwa
240 Poise bei 280°C
an der Kapillarwand. Die Schmelzviskosität von Polyester mit einer Grenzviskosität von 0,64
beträgt
bei der selben Temperatur und Schergeschwindigkeit 2600 Poise bzw.
7800 Poise für
Polyester mit einer Grenzviskosität von 0,81 bei 280°C. Folglich
liegt das Verhältnis
der Schmelzviskosität
von Polyester-Polymer zur Schmelzviskosität von Polyolefin bevorzugt
im Bereich von etwa 10:1 bis etwa 40:1 zur Herstellung von erfindungsgemäßen Filamenten,
die Polyesterfibrillen in einer Polyolefinmatrix enthalten.
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Bei
einer Schergeschwindigkeit von 2500 reziproken Sekunden besitzt
Polypropylen eine Schmelzviskosität von 330 Poise bei 260°C an der
Kapillarwand. Die Schmelzviskosität von Nylon-6 mit einer relativen Viskosität von 2,4
beträgt
bei der selben Temperatur und Schergeschwindigkeit 700 Poise bzw.
1160 Poise für Nylon-6
mit einer relativen Viskosität
von 2,7. Folglich liegt das Verhältnis
der Schmelzviskosität
von Polyamid-Polymer
zur Schmelzviskosität
von Polyolefin bevorzugt im Bereich von etwa 2:1 bis etwa 3:1 zur
Herstellung von Filamenten, die Polyamidfibrillen in einer Polyolefinmatrix
enthalten.
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Nach
dem Verspinnen werden die Filamente einmal oder mehrmals, bevorzugt
dreimal, gestreckt und anschließend
entweder mit einem Strahl Heißluft
oder mit einem Dampfstrahl texturiert. Verspinnen, Strecken und
Texturieren können
mit dem Ein-Schritt- oder
mit dem Zwei-Schritt-Prozess erfolgen in Abhängigkeit von der Art des gewünschten
Endprodukts, wie BCF-Garn, CF-Garn, POY-Garn, FDY-Garn, Stapelfasern,
und bei Einstellung der Parameter in Abhängigkeit von den im speziellen
Fall verwendeten Einrichtungen. Die erfindungsgemäßen Filamente
können
im wesentlichen kontinuierlich versponnen, gestreckt und texturiert
werden, ohne dass ein Bedarf für
eine dazwischen liegende Aushärtungs-
oder Wartephase bestünde.
Als Alternative kann zwischen den Verspinn-, Streck- und/oder Texturierschritten
eine dazwischen liegende Wartephase verwendet werden.
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Um
gefärbte
Teppichobergarne zu erhalten, kann jede der Komponenten, die zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Garne
zusammen gegeben werden, Pigmente oder chemische Farbstoffe enthalten
oder das fertige Garn oder die fertigen Fasern können gefärbt werden. Bei nützlichen
anorganischen Pigmenten handelt es sich u. a., aber ohne Einschränkung auf
dieselben, um Kadmium-Quecksilber, Kadmium-Quecksilber-Orange, Kadmiumsulfid-Gelb,
Kadmiumsulfoselenid, Titandioxid, Titangelb, Titangrün, Titanblau,
Kobaltaluminat, Manganblau, Manganviolett, Ultramarinrot, Ultramarinblau,
Ultramarinviolett und ähnliche.
Bei organischen Pigmenten handelt es sich u. a., aber ohne Einschränkung auf
dieselben, um Permanentrot 2B, Perylenrot, Chinacridonrot, Diazoorange,
Otiazogelb, Isoindolinon, Hansagelb, Phthalozyaningrün, Phthalozyaninblau,
Chinacridonviolett, Dopaminviolett und ähnliche.
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Bei
chemischen Farbstoffen handelt es sich u. a., aber ohne Einschränkung auf
dieselben, um die mono- und disulfonierten sauren Farbstoffe, sowie
Triphenylmethan, Pyrazolon, Azin, Nitro- und Chinolinfarbstoffe.
Bei Verwendung können
die Pigmentfarbstoffe vorher in der Polyolefin-Hauptcharge dispergiert
werden, bevor das Polyolefin und das Fibrillen-bildende Polymer extrudiert werden,
oder sie können
nach dem Extrusionsprozess unter Verwendung eines Querfließpreß-Extrudersystems
eingeführt
werden.
-
Da
reine Polyolefinfilamente im allgemeinen mit chemischen sauren oder
kationischen Farbstoffen nicht färbbar
sind, werden bei der Garnherstellung im typischen Fall Pigmentfarbstoffe
verwendet, um dem Polyolefin in einem als "Färben
in Lösung" bekannten Prozess
seine Farbe zu verleihen. Das Färben
in Lösung führt zu einer dauerhaften
Farbgebung, die sich als hochgradig widerstandsfähig gegen Fleckenbildung oder Ausbleichen
durch UV-Licht erweist.
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Im
Gegensatz zu herkömmlichen
Polyolefinfasern und -garnen können
die erfindumgsgemäßen Fasern
und Garne mit Dispersionsfarbstoffen gefärbt werden – zusätzlich zur Verwendung von Pigmentfarbstoffen
bei der Herstellung – und
nach dem Färben
wurde festgestellt, dass die erfindungsgemäßen Fasern und Garne fleckenbildungsresistente
Eigenschaften aufweisen, die denen von reinen Polyolefinfasern und
-garnen ähnlich
sind.
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Wenn
es sich bei dem mit dem Polyolefin zur Herstellung der Filamente
verwendeten Fibrillen-bildenden Polymer um ein Polyamid handelt,
ist es darüber
hinaus auch möglich,
das erfindungsgemäße Garn
mit sauren oder kationischen Farbstoffen zu färben. Bevorzugt ist jedoch
die Verwendung einer Mischung aus einem sauren Farbstoff und einem
Dispersionsfarbstoff zur Färbung
der Filamente. Die Farbstoffmischung kann von 0 bis etwa 50 Prozent
Dispersionsfarbstoff und von etwa 50 bis etwa 100 Prozent sauren
Farbstoff enthalten. Eine Mischung von etwa 50 Gewichtsprozent saurer
Farbstoff und etwa 50 Gewichtsprozent Dispersionsfarbstoff ist ein
besonders bevorzugter Farbstoff.
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Wenn
es sich bei dem verwendeten Polymer um Polyester handelt, wird bevorzugt
ein Dispersionsfarbstoff verwendet. Dispersionsfarbstoffe werden
im allgemeinen mit einer Trägerflüssigkeit
verwendet, die mit dem bestimmten Farbstoff kompatibel ist. Fachleuten
auf diesem Gebiet sind geeignete Trägerflüssigkeiten bekannt. Die zur
Färbung
der Filamente verwendete Menge an Farbstoff in der Trägerflüssigkeit
kann im Bereich von etwa 0,15 bis etwa 0,7 Prozent des Gewichts
von Farbstoff und Trägerflüssigkeit,
bevorzugt im Bereich von etwa 0,2 bis etwa 0,5 Prozent des Gewichts
von Farbstoff und Trägerflüssigkeit,
liegen.
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Zur
Färbung
der Filamente werden die Filamente bevorzugt zuerst mit heißem Wasser,
das üblicherweise
ungefähr
0,5 Gew.% einer Lauge, wie NAOH, KOH oder NH3OH
enthält,
gewaschen. Die Temperatur des Heißwasserwaschvorgangs liegt
im Bereich von etwa 60° bis
etwa 80°C
und sollte heiß genug
sein, um etwaige Restmengen Appreturöl, das sich an den Filamenten
befinden könnte,
zu beseitigen.
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Nach
dem Waschen werden die Filamente bevorzugt in einem Färbebad bei
etwa 90° bis
etwa 100°C für eine Dauer
von mindestens 15 Minuten oder langer gefärbt. Ein(e) aus einer Polyolefin/Polyester-Mischung hergestellte(s)
Faser oder Garn kann unter Verwendung von etwa 0,2 bis etwa 0,6
Gewichtsprozent Dispersionsfarbstoff bei der selben Temperatur und
dem selben Druck oder bei einer Temperatur im Bereich von etwa 115°C bis etwa
120°C, wobei
der Farbstoff unter einem leichten Druck gehalten wird, gefärbt werden.
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Wird
ein Fibrillen-bildendes Polymer auf Polyamidgrundlage oder ein beliebiges
anderes Polymer verwendet, das reaktive Gruppen enthält, wie
die Amingruppe -NH2 oder die Gruppe -COOH,
kann das erfindungsgemäße Synthetikgarn
auf Polyolefingrundlage mit sauren oder kationischen Reaktivfarbstoffen
mit oder ohne Dispersionsfarbstoff unter Verwendung von Hochdrucksystemen
bei Drücken
im Bereich von etwa 1 bis etwa 5 bar gefärbt werden. In diesem Fall
kann bei Fasern und Garnen, die Temperaturen von bis zu etwa 100°C ausgesetzt
werden eine sehr hochstabile Farbechtheit im Hinblick auf Waschvorgänge, Shampoo, UV-Licht,
Ozon erhalten werden.
-
Nachfolgend
werden verschiedene Merkmale und Aspekte der Erfindung unter Bezugnahme
auf die folgenden nicht-einschränkenden
Beispiele erläutert.
-
Beispiel 1
-
Zwei
Arten von Polypropylen-Polymer wurden in einer Trockenvermengung-Mischung
evaluiert, die 15 Gew.% Nylon-6-Pellets mit einer relativen Viskosität von 2,7
(Typ BS-700 von
der BASF Corporation) und 85 Gew.% Polypropylen-Pellets mit einem
Schmelzindex von 20 (5-1466 von der Union Carbide Corporation) und Polypropylen-Pellets mit einem
Schmelzindex von 9 (5E40 von der Union Carbide Corporation) enthielt.
Die 5E40-Pellets besaßen
ein Kristallinitätsverhältnis von
50 bis 55%. Die Trockenvermengung-Mischung wurde von einem Zuführtrichter
unmittelbar in einen Schmelzextruder (3,81 cm, 1 1/2 Zoll) geführt, in
dem eine homogene geschmolzene Mischung erhalten wurde. Der Polypropylenanteil
von 85 Gew.% bestand aus 4 Gew.% beigem Farbkonzentrat (SCC-13524
von der Standridge Color Corporation) und 2 Gew.% gefropftes Maleinsäureanhydrid
(POLYBOND 3200 von der Uniroyal Chemical Company). Anschließend wurde
die geschmolzene Mischung durch eine Packung Siebe gepumpt, um etwaige
Teilchen mit einer Größe über 20 Mikrometer
zu beseitigen. Die gesiebte Mischung wurde zu einer Spinndüse mit 67
dreiblättrigen
Kapillaröffnungen
gepumpt, um Filamente zu bilden. Die dreiblättrigen Kapillaren besaßen jeweils
Beine mit einer Länge
von 0,05207 cm (0,0205 Zoll) und Beinbreiten von 0,02032 cm (0,008
Zoll). Die Extrusionsgeschwindigkeit lag bei 0,11325 kg/h (0,25
Pfund pro Stunde) pro Kapillaröffnung
bei 260°C,
wodurch eine Schergeschwindigkeit von 3245 reziproken Sekunden produziert
wurde. Aus den auf diese Weise gebildeten Filamenten wurde Teppichgarn
in einem einstufigen Prozess gesponnen. Das Verspinnen-Strecken
erfolgte unter Verwendung von Nylon-6-Extrusionsbedingungen bei
1200 m/min. Die Filamente mit dreiblättriger Form wurden mit einem
Gewicht in Gramm von 9000 m des Filaments (Denier) von 3900 pro
67 Filamenten bei einer Temperatur von 256°C versponnen. Die Garne wurden
bei 125°C
dreifach gestreckt und mit einem Heißluftstrahl bei 150°C texturiert. Durch
das Strecken ergab sich ein texturiertes Garn mit einem Gewicht
in Gramm von 9000 m des Filaments (Denier) von 1150 pro 67 Filamenten.
Das Entspannungsverhältnis
betrug 0,71:1 und ein gestrecktes Gewicht in Gramm von 9000 m des
Filaments (Denier) von 1150 bei 67 Filamenten wurde angestrebt.
Die physikalischen Eigenschaften der gemäß diesem Prozess hergestellten
Garne und von Vergleichsgarnen sind der nachfolgenden Tabelle 1
zu entnehmen. Tabelle 1
| Lauf-Nr. | Beschreibung | Gewicht in Gramm von 9000 m des Filaments | Festigkeit | Bruchdehnung (%) | Bulk (%) (125°C) |
| g/den. | g/dtex |
| 1 | PP
Kontrolle (5E40) | 1152 | 2,7 | 2,40 | 122 | 21 |
| 2 | PP
Kontrolle (5-1466) | 1148 | 2,5 | 2,25 | 115 | 17 |
| 3 | 85
Gew.% PP (5-1466)
15 Gew.% PA (BS-700) | 1147 | 2,5 | 2,25 | 64 | 16 |
| 4 | 85
Gew.% PP (5E40)
15 Gew.% PA (BS-700) | 1145 | 2,8 | 2,50 | 74 | 18 |
| 5 | PA
Kontrolle (BS-700) | 1149 | 3,2 | 2,90 | 88 | 17 |
-
Wie
den vorstehenden Beispielen zu entnehmen ist, zeigen Mischungen
von Polypropylen und Nylon eine wesentlich geringere Dehnung als
die reinen Polypropylen- bzw. Nylon-Polymere, während die sonstigen Eigenschaften
der Fasern im wesentlichen gleich waren. Von den Mischpolymeren
zeigte die aus Nylon-6 und Polypropylen hergestellte Faser mit einem
Schmelzindex von 9 die größte Festigkeit
und Bruchdehnung.
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Beispiel 2
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Aus
den in Beispiel 1 gebildeten Fasern wurden Teppichobergarne hergestellt.
Zur Bildung eines geeigneten Teppichobergarns wurden die Polyolefin/Nylon
(PP/PA)-Filamente mit 1150 g/9000 m des Filaments (Denier) verdrillt
und wärmegehärtet. Die
Verdrillung der Filamente erfolgte bei 4,25 × 4,25 tpi und das Garn wurde
auf einer SUPERBA Stopfbuchse bei einer Tunneltemperatur von 132°C für die Polyproylen-Kontrollprobe
und von 121°C
für die
Nylon-Kontrollprobe wärmegehärtet.
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Nach
dem Verdrillen und der Wärmehärtung wurde
das erfindungsgemäße Garn
im Breitgewebe-Tufting-Verfahren zu 793,786 g (28 Unzen) Schnittflor
mit 24 Steppnähten
und einer Florhöhe
von 1,6669 cm (21/32 Zoll) verarbeitet. Die Floor Ratings der Garne
sind der nachfolgenden Tabelle 2 zu entnehmen. Die Floor Ratings
wurden nach 20.000 Zyklen erhoben. Tabelle 2
| Lauf-Nr. | Beschreibung | Floor
Rating |
| 1 | PP
Kontrolle (5E40) | 2,00 |
| 2 | PP
Kontrolle (5-1466) | 1,75 |
| 3 | 85
Gew.% PP (5-1466)
15 Gew.% PA (BS-700) | 2,25 |
| 4 | 85
Gew.% PP (5E40)
15 Gew.% PA (BS-700) | 3,25 |
| 5 | PA
Kontrolle (BS-700) | 2,75 |
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Wie
den vorstehenden Vergleichen zu entnehmen ist, zeigte aus den PP/PA-Fasern
gebildeter Teppich ein um 29–62%
besseres CRI (Carpet Research Institute) Floor Rating als reines
Polypropylengarn und Lauf 4 zeigte ein um 18% besseres Floor Rating
als reines Nylongarn.
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Beispiel 3
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Es
wurden Spinnprüfungen
mit mehreren Polypropylen (PP)-Typen, nämlich UC 1465 und UC 5E40 von
Union Carbide und XA16 von Amoco durchgeführt. Zur Herstellung von BCF-Teppichobergarn
wurden das ausgewählte
Polypropylen und das Nylon-6 mit einer relativen Viskosität von 2,7
(AQ 27000 von Aquafil) aus zwei Trichtern getrennt zum Extruder
der Spinnanlage geführt.
Ein Kompatibilisierungsmittel auf Polypropylengrundlage, das Maleinsäureanhydrid
enthielt, das mit einem Polypropylenmolekül (PP-AM) vorgepropft war, wurde
mit Hilfe eines dritten Trichters in das Extrusionssystem eingeführt. Bei
den Versuchen wurde eine standardmäßige Barmag-Homogenisierschnecke eingesetzt.
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Es
wurde eine Spinndüse
mit 64 Löchern
mit einem L/D-Verhältnis
von 3 eingesetzt, mit einer Schergeschwindigkeit an der Kapillare
von etwa 2900 reziproken Sekunden. Die Polymervermengungen sind
Tabelle 3 zu entnehmen. Vor der Zufuhr zum Extruder wurden sowohl
das Nylon-6 (PA6) als auch das PP-AM getrocknet. Der Feuchtigkeitsgehalt
im PA6 lag bei 300 ppm.
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Die
Extrusion wurde in einer 6,35 cm (2 1/2 Zoll) Homogenisierschraube
durchgeführt.
Die geschmolzene Mischung wurde in eine Packung Siebe gepumpt, um
etwa vorhandene Teilchen mit einer Größe über 30 Mikrometer zu beseitigen.
Die gesiebte Vermengung wurde in eine Spinndüse mit 64 dreiblättrigen
Löchern gepumpt.
Anschließend
wurde das Garn mit einem Streckverhältnis von 4 gestreckt und mit
Heißluft
bei 130°C texturiert.
Die Bearbeitung erfolgte bei einer Streckgeschwindigkeit von 2200
m/min. Die endgültige
Garnzahl betrug 1330 dtex. Eigenschaften der Garne sind der nachfolgenden
Tabelle 3 zu entnehmen und die Festigkeit der Garne ist in
4 erläutert. Tabelle 3
| Typ
Polymer | PP
(Gew.%) | PA& (Gew.%) | PP-AM (Gew.%) | Festigkeit (g/dtex) | Bruchdehnung
(%) | Bulk
(Luft 130°C) |
| AQ2700 | 0 | 100 | 0 | 2,63 | 66 | - |
| PP
A (UC 1465) | 100,0 | 0 | 0 | 1,55 | 115 | 12,1 |
| PP
A (UC1465) | 82,3 | 15 | 2,8 | 1,80 | 65 | 8,9 |
| PP
B (UC 5E40) | 100,0 | 0 | 0 | 2,15 | 66 | - |
| PP
B (UC 5E40) | 83,0 | 15 | 2 | 2,35 | 55 | |
| PP
B (UC 5E40) | 84,0 | 15 | 1,0 | 2,36 | 47 | - |
| PP
C (XA16) | 100,0 | 0 | 0 | 2,20 | 96 | 13,1 |
| PP
C (XA16) | 83,0 | 15 | 2 | 2,45 | 60 | 9,3 |
-
Es
wurde ein Vergleichstest mit einem reinen PA-6-Polymer mit der selben
Spinndüse
durchgeführt. Die
Ergebnisse deuten darauf hin, dass bei Herstellung des erfindungsgemäßen Garns,
unabhängig
vom ausgewählten
Polypropylen, höhere
Festigkeitswerte erhalten werden, wie 4 zu entnehmen
ist. Darüber
hinaus wurde ein Garn mit einer höheren Flächenstabilität nach der
Heißbehandlung
bei 130°C
in Luft produziert.
-
Beispiel 4
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Mischgarne
wurden aus Polypropylen (PP) (UC 5E40 von Union Carbide) und Nylon-6
(PA) (AQ 27000 von Aquafil) unter Verwendung von verschiedenen Mengen
PA und PP und unterschiedlichen Garnzahlen hergestellt. Die Ergebnisse
sind der nachfolgenden Tabelle 4 zu entnehmen. Tabelle 4
| Lauf
Nr. | Garnzahl (den.tex) | PP (Gew.%) | PA6 (Gew.%) | PP-AM (Gew.%) | Festigkeit (g/dtex) | Bruchdehnung
(%) | Bulk
(Luft 130°C) |
| 1 | 1330 | 100 | 0 | 0 | 2,20 | 96 | 13,1 |
| 2 | 1330 | 83 | 15 | 2 | 2,45 | 60 | 9,3 |
| 3 | 1330 | 100 | 0 | 0 | 2,20 | 96 | 13,1 |
| 4 | 1330 | 83 | 15 | 2 | 2,45 | 60 | 9,3 |
| 5 | 1020 | 85 | 15 | 2 | 2,35 | 74 | 10,1 |
| 6 | 1729 | 83 | 15 | 2 | 2,35 | 57 | 10,2 |
| 7 | 1330 | 78 | 20 | 2 | 2,35 | 58 | 9,6 |
| 8 | 1330 | 73 | 25 | 2 | 2,30 | 56 | 9,5 |
| 9 | 1330 | 63 | 35 | 2 | 2,20 | 61 | 9,2 |
-
Die
vorstehenden Ergebnisse belegen, dass die physikalischen Eigenschaften
der erfindungsgemäß hergestellten
Garne keine wesentlichen Schwankungen in Abhängigkeit von der Konzentration
der Komponenten zeigen. Die in Tabelle 4 dargestellten Vermengungen
belegen die Anwendbarkeit des erfindungsgemäß hergestellten Garns über einen
breiten Bereich von Zusammensetzungen.
-
Beispiel 5
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Zur
Evaluierung der Leistungseigenschaften des Synthetikgarns als ein
Teppichobergarn wurde ein luftverfilztes Garn (1330/64 × 2) hergestellt.
Das Garn wurde im Tufting-Verfahren
mit einer 0,254 cm (1/10 Zoll) Tuftingmaschine mit einer Florhöhe von 5
mm und zwei verschiedenen Aufbaukonstruktionen hergestellt, um eine
Flordichte von 450 bzw. 550 g/m2 zu erreichen.
Der Teppich wurde im Bad mit Dispersionsfarbstoffen (Dystar Dispersed
Dyes) gefärbt
und unter dem Rollbock und im Vetterman-Trommeltest geprüft. Beim
Vetterman-Trommeltest wird die Abnutzung gemäß ASTM D5417 simuliert. Der
von den Proben gezeigte Abnutzungsgrad wurde durch eine visuelle
Beurteilung relativ zu fotografischen Abnutzungsstandards des Carpet and
Rug Institute (CRI Reference Scale erhältlich von CRI, P. O. Box 2048,
Dalton, Ga., USA) ermittelt. Für jeden
gebräuchlichen
Typ von Teppichaufbau gibt es einen entsprechenden Satz von fotografischen
Beispielen von nicht abgenutzten und abgenutzten Proben. Die Abnutzungsniveaus
liegen im Bereich von 5 bis 1, wobei 5 keine visuell erkennbare
Abnutzung bedeutet und 1 beträchtliche
Abnutzung bedeutet.
-
Die
Ergebnisse eines Rollbocktests und des Vetterman-Trommeltests wurden
mit Teppichen mit 450 bzw. 550 g/m
2 erhalten,
die mit einem erfindungsgemäßen hergestellt
Garn produziert worden waren und mit dem Teppich mit den selben
Eigenschaften, der unter Verwendung von 100 Gew.% Nylon-6 (PA)-
und 100 Gew.% PP-Garnen hergestellt worden war, verglichen wurde.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 als Funktion der Teppichdichte
und des Polymertyps dargestellt. Tabelle 5
| Polymer | 100 Gew.%
PA | 100 Gew.%
PP | 85 Gew.%
PP
15 Gew.% PA |
| Teppichflordichte
(g/cm2) | 450 | 550 | 450 | 550 | 450 | 550 |
| Vetterman-Abnutzungsniveau 5000 | 2,5 | 3 | 2 | 2 | 2,5 | 2,5 |
| Vetterman-Abnutzungsniveau 22000 | 2,5 | 2,5 | 1,5 | 2 | 2 | 2 |
| Rollbock
Abnutzungsniveau-endgültig | 1,88 | 1,88 | 1,88 | 1,88 | 1,88 | 1,88 |
-
Wie
durch die vorstehenden Vergleiche belegt wird, zeigte das erfindungsgemäß hergestellte
Garn ein besseres Abnutzungsverhalten als das reine PP-Garn und
ein vergleichbares Abnutzungsverhalten wie der reine Nylon-6-Teppich.
-
Beispiel 6
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Das
Verspinnen einer Vermengung, die 20 Gew.% Nylon-6 und 3 Gew.% Kompatibilisierungsmittel enthielt,
erfolgte unter Verwendung von unterschiedlichen Spinndüsen, die
durch L/D-Verhältnisse
im Bereich von 2 bis 15 gekennzeichnet sind. Die Spinndüsen wurden
in verschiedenen Größen hergestellt,
um eine konstante Schergeschwindigkeit von etwa 2900 reziproken
Sekunden beizubehalten. Die Spinneigenschaften des 1330 dtex/64
Filament-BCF-Garns waren ähnlich
wie bei Beispiel 3.
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Nach
dem Verspinnen wurde eine metallografische Analyse durchgeführt, um
die Verteilung des Nylon-6 in den Filamenten zu evaluieren. Die
Oberfläche
der Filamente wurde mit einem Jeol Rasterelektronenmikroskop (REM)
in den Laboratorien der Universität Trento (Italien) durchgeführt und
erfolgte vor bzw. nach dem Eintauchen in Essigsäure, um das Nylon-6 von der äußeren Oberfläche des
Garns zu beseitigen. Die mit 5–8 bezeichneten
mikroskopischen Aufnahmen zeigen jeweils für die verschiedenen verwendeten L/D-Verhältnisse
die auf der äußeren Oberfläche der
Filamente zur Fleckenbildung oder Verschmutzung verfügbare Menge
Nylon-6 als dunkle Stelle oder Löcher,
an denen das Nylon-6 durch die Säure
aus der Oberfläche
der Filamente heraus gelöst
worden war.
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Die
Ergebnisse der Analyse, die an dem unter Verwendung von L/D-Verhältnissen
von 2, 3, 6 bzw. 15 hergestellten BCF-Garn durchgeführt wurde,
belegen, dass bei einem L/D-Verhältnis von
weniger als 3 eine wesentliche Menge Nylon-6-Polymer an der äußeren Oberfläche der
Filamente vorhanden war. Bei einem L/D-Verhältnis von 3 oder höher war
die Oberfläche
der Filamente im wesentlichen frei von Nylon-6.
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Beispiel 7
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Das
Verspinnen der Vermengung wurde gemäß Beispiel 3 durchgeführt, doch
besaß das
Garn einen deltaförmigen
Querschnitt anstatt eines dreiblättrigen
Querschnitts. Eine Hauptcharge auf Polypropylengrundlage wurde zur
Herstellung eines in Lösung
gefärbten
Garns verwendet. Dabei wurden sowohl beige als auch schwarze Farbkonzentrate
verwendet. Die Vermengung-Mischung hatte die folgende Zusammensetzung:
72 Gew.% Polypropylen (PP), 20 Gew.% Nylon-6 (PA6), 6 Gew.% Maleinsäureanhydrid-gepfropftes
Polypropylen (PP-AM), 2 Gew.% Farbkonzentrat. Das BCF-Garn wurde
durch eine Spinndüse
mit Löchern
mit deltaförmigen Querschnitt
extrudiert. Die Schergeschwindigkeit im Innern der Spinndüse betrug
2900 reziproke Sekunden und die Spinndüse besaß ein L/D-Verhältnis von
3. Die Spinn-Streckgeschwindigkeit betrug 2500 m/min. Es wurde eine
Heißlufttexturierung
bei 130°C
vorgenommen. Das Streckverhältnis
betrug 4,5. Nach dem Verspinnen besaß das sich ergebende Garn eine
Garnzahl von 650 dtex mit 30 Filamenten. Das Garn besaß eine Festigkeit
von 3,35 g/dtex (3,7 g/den) und eine Bruchdehnung von 45% sowie
eine Steigerung der Festigkeit um 15% im Vergleich zu dem 100 Gew.%
PP.
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Das
Garn wurde unter Verwendung einer Maschine von Ahiba und eines Dispersionsfarbstoffs
bei 95°C
für eine
Dauer von 30 Minuten gefärbt.
Anschließend
wurde die Farbechtheit nach dem Waschen ermittelt. Zum Waschen für eine Dauer
von 30 Minuten wurde eine Wasserlösung mit einem handelsüblichen
Shampoo bei einem pH-Wert
von 7 verwendet. Die Temperatur, ab der ein Farbwechsel stattfand,
wurde festgehalten. Die Ergebnisse belegen, dass beim Waschen bei
Temperaturen von bis zu 85°C
nur geringe Farbänderungen
auftraten.
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Beispiel 8
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Das
Verspinnen der Vermengung zur Herstellung eines in Lösung gefärbten Garns
wurde gemäß den Angaben
bei Beispiel 7 durchgeführt.
Dabei wurden sowohl beige als auch schwarze Farbkonzentrate verwendet.
Die Vermengung-Mischung hatte die folgende Zusammensetzung: 72 Gew.%
PP, 20 Gew.% PA6, 6 Gew.% PP-AM, 2 Gew.% Farbkonzentrat. Das BCF-Garn
wurde durch eine Spinndüse
mit Löchern
mit deltaförmigem
Querschnitt extrudiert. Die Schergeschwindigkeit im Innern der Spinndüse betrug
2900 reziproke Sekunden und die Spinndüse besaß ein L/D-Verhältnis von
3. Die Spinn-Streckgeschwindigkeit betrug 2500 m/min. Es wurde eine
Heißlufttexturierung
bei 130°C
vorgenommen. Das Streckverhältnis
betrug 4,5. Nach dem Verspinnen besaß das sich ergebende Garn eine
Garnzahl von 650 dtex mit 30 Filamenten.
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Das
Garn besaß eine
Festigkeit von 3,05 g/dtex (3,4 g/den) und eine Bruchdehnung von
45% sowie eine Steigerung der Festigkeit um 15% im Vergleich zu
dem 100 Gew.% PP.
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Das
Garn wurde zur Verwendung als Polster, Bodenbelag, Sitzbelag, Innenausstattung,
Vertäfelung verwoben.
Mehrere Tuchdichten wurden als Funktion der endgültigen Anwendung hergestellt.
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Es
wurde eine Charakterisierung des Abnutzungswiderstands an dem Tuch
mit einer Dichte von 11,6 Garne/cm mit einer Gesamtdichte von 454
g/m2 durchgeführt; der Kettengehalt betrug
46,6% bei einer restlichen Schussfadendichte von 53,3%. Der Abnutzungswiderstand
des Tuchs wurde mit einer Nylonbürste
unter Krafteinwirkung von 0,8 kg/cm2 geprüft und mit
dem Widerstand eines Standardtuchs auf Polyestergrundlage, das mit
der selben Dichte hergestellt worden war, mit der selben Prüfung verglichen.
Die Prüfung
des Polyestertuchs wurde nach 2.500 Zyklen angehalten und die Prüfung des
beanspruchten Garns nach 10.000 Zyklen. Die Ergebnisse sind in 9a (Polyestertuch
nach 2.500 Bürstzyklen)
und in 9b (Tuch, das mit Faser gemäß Beispiel
8 hergestellt wurde, nach 10.000 Bürstzyklen).
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Beispiele 9
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Das
beanspruchte Synthetikgarn wurde auf einer POY-Spinnanlage hergestellt.
Eine Mischung von 83 Gew.% PP, 15 Gew.% PA6, 2 Gew.% PP-AM wurde
vor-vermengt und nach dem Trocknen bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt
unter 300 ppm dem Extruder zugeführt.
Die Verspinnung erfolgte bei drei Geschwindigkeiten (2000, 2500
und 3000 m/min). Es wurde ein 100/24 POY-Garn hergestellt. Die sich
ergebenden mechanischen Eigenschaften des POY sind der nachfolgenden
Tabelle zu entnehmen. Nach dem Verspinnen wurde ein FDY hergestellt.
Es wurde ein Streckverhältnis
von 1,374 bei einer Reckwerktemperatur von 60°C verwendet. Die Ergebnisse
sind Tabelle 6 zu entnehmen. Tabelle 6
| POY
Spinngeschwindigkeit | 2000
m/min | 2500
m/min | 3000
m/min |
| POY
dtex | 99,9 | 99,6 | 99,1 |
| POY
Festigkeit – cN/dtex | 1,22 | 1,33 | 1,49 |
| POY
Bruchdehnung – % | 279,31 | 249,46 | 214,77 |
| Streckverhältnis 1,374 | | | |
| FDY
dtex | 75,5 | 77,1 | 78,3 |
| FDY
Festigkeit – cN/dtex | 1,66 | 1,67 | 1,85 |
| FDY
Bruchdehnung – % | 186,2 | 168,9 | 152,9 |
| Streckverhältnis 1,741 | | | |
| FDY
dtex | 56 | 57,1 | 57,9 |
| FDY
Festigkeit – cN/dtex | 2,23 | 2,43 | 2,75 |
| FDY
Bruchdehnung – % | 74,3 | 68,7 | 64,3 |
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Die
Leistungseigenschaften des beanspruchten Synthetikgarns im Sinne
der Rückprallelastizität und der
mechanischen Eigenschaften als Funktion der Temperatur wurden bei
hohen Temperaturen charakterisiert und mit den Leistungseigenschaften
des selben Garns bei Herstellung unter Verwendung von 100 Gew.%
PP verglichen. Die Wirkung der Wärmebehandlung
wurde ebenfalls geprüft.
Die Rückprallelastizität des Garns wurde
in Laborversuchen evaluiert, indem das Garn einer Verformung ausgesetzt
wurde und seine Fähigkeit zur
Erholung nach Wegnahme der Last evaluiert wurde. Die Prüfungen wurden
bei Raumtemperatur und bei erhöhten
Temperaturen durchgeführt.
Bei den mit dem dynamischen Apparat am Fachbereich Materialien der Universität Trento
durchgeführten
Prüfungen
wurde das Garn einer maximalen Verformung von 16 mm mit einer Frequenz
von 5 Hz ausgesetzt. Zur Prüfung
des Garns wurde eine statische Last von 0,05 N/dtex auf ein einzelnes
Filament einwirken gelassen. Die Untersuchung der Auswirkung der
Temperatur wurde durch Erhöhung
der Temperatur im Verlauf der Prüfung
mit einer Rate von 3°C/min
vorgenommen. Die Ergebnisse für
das mit 3000 m/min hergestellte FDY-Garn sind 10 zu
entnehmen. In Kurve (A) ist das Verhalten des erfindungsgemäßen Garns,
das mit 83 Gew.% PP, 15 Gew.% PA hergestellt wurde, dargestellt,
während
Kurve (B) das Verhalten des selben Garns nach einer Wärmebehandlung
bei 130°C
für eine
Dauer von 5 Minuten darstellt. Zum Vergleich gibt die Kurve (C)
die Verformung des reinen PP-Garns ohne Wärmebehandlung und mit der selben
Wärmebehandlung
bei 125°C
für eine
Dauer von 5 Minuten an (Kurve D).
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10 belegte,
dass das erfindungsgemäß hergestellte
Garn (Kurve A) bei Raumtemperatur eine weitaus größere Formhaltigkeit
aufweist als 100 Gew.% PP-Garn (Kurve C), das oberhalb von –20°C begann, d.
h. oberhalb seiner Glasübergangstemperatur,
eine irreversible Verformung zu zeigen. Bei 25°C lag die Verformung des beanspruchten
Garns unter 3% was als Hinweis für
eine hervorragende Rückprallelastizität anzusehen
ist, während
das 100 Gew.% PP-Garn bereits 30% permanente Verformung erreicht
hatte.
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Die
Prüfungen
belegten selbst bei hoher Temperatur die viel besseren mechanischen
Eigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten
Garns. Tatsächlich
betrug die permanente Verformung des erfindungsgemäß hergestellten
Garns bei 50°C
lediglich 10% – und
nur 20% (Kurve B), wenn eine Wärmebehandlung
bei 130°C
für eine
Dauer von 5 Minuten durchgeführt
wurde. Dagegen war bei dem reinen PP-Garn (Kurve C) eine mehr als
60%-ige permanente Verformung zu beobachten, die auf über 100%
anstieg, wenn das Garn der Wärmebehandlung
unterzogen worden war (Kurve D).
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Als
Beispiele für
die Verwendung von erfindungsgemäß hergestelltem
Garn sind u. a., aber ohne Einschränkung auf dieselben, zu nennen:
Unterwäsche,
Oberbekleidung, Sportbekleidung, Freizeitbekleidung, Socken, Kleidung,
Schnüre,
Filter für
die chemische Industrie.