DE69127573T2

DE69127573T2 - Wasserlösliche Faser und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69127573T2
Application number: DE1991627573
Authority: DE
Inventors: Takeshi Fujita; Chuzo Isoda; Sejin Pu
Original assignee: Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd
Current assignee: DKS Co Ltd
Priority date: 1990-04-13
Filing date: 1991-04-09
Publication date: 1998-04-23
Anticipated expiration: 2011-04-10
Also published as: DE69127573D1; EP0451786A3; EP0451786B1; EP0451786A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wasserlösliche Faser und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Zu den bekannten wasserlöslichen Fasern gehören Polyvinylalkohol-Fasern, die im allgemeinen zu gezwirnten Garnen, Geweben und Faservliesen verarbeitet werden und für verschiedene Anwendungszwecke eingesetzt werden. Beispielsweise werden sie bei verschiedenen industriellen Verfahren für eine provisorische Verstärkung oder Haftung eingesetzt.
Jedoch sind Polyvinylalkohol-Fasern in Wasser nicht leicht löslich und erfordern für die Auflösung eine Erwärmung auf mindestens etwa 80ºC, so daß sie schlecht verarbeitbar sind. Außerdem unterliegen sie bei Einwirkung von Temperaturen über 100ºC einer Vernetzung, was häufig die Auflösung erschwert.

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine wasserlösliche Faser bereitzustellen, die eine zähe Beschaffenheit aufweist, bei Umgebungstemperatur in Wasser leicht löslich ist und bei Wärmeeinwirkung ihre Wasserlöslichkeit nicht verliert. Ferner soll erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung dieser Faser bereitgestellt werden.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine wasserlösliche Faser aus einer hochmolekularen Verbindung mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von nicht weniger als 10000 abgestellt, wobei die hochmolekulare Verbindung durch Umsetzen einer Polyalkylenoxidverbindung, die durch Additionspolymerisation eines Ethylenoxid enthaltenden Alkylenoxids und einer organischen Verbindung mit zwei aktiven Wasserstoffatomen erhältlich ist, mit einer Polycarbonsäure, einem Anhydrid davon, einem niederen Alkylester davon oder einer Diisocyanatverbindung erhältlich ist.
Die Herstellung der wasserlöslichen Faser umfaßt das Verspinnen dieser hochmolekularen Verbindung.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bei der als Hauptausgangsmaterial für die erfindungsgemäße hochmolekulare Verbindung verwendeten Polyalkylenoxidverbindung handelt es sich vorzugsweise um eine Verbindung mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von nicht weniger als 100. Diese Verbindung kann durch Additionspolymerisation eines Ethylenoxid enthaltenden Alkylenoxids und einer organischen Verbindung mit zwei aktiven Wasserstoffatomen hergestellt werden.
Zu organischen Verbindungen mit zwei aktiven Wasserstoffatomen gehören u.a. Ethylenglykol, Propylenglykol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polytetramethylenglykol, 1,6-Hexandiol, Bisphenol A, Anilin und dergl.
Zu Ethylenoxid enthaltenden Alkylenoxiden gehören u.a. Ethylenoxid und Gemische aus Ethylenoxid mit Propylenoxid, Butylenoxid, Styroloxid, α-Olefinoxide, Glycidylether und dergl.
Die Additionsreaktion eines derartigen Alkylenoxids kann in bekannter Weise durchgeführt werden. Die Additionspolymerisation von Ethylenoxid und anderen Alkylenoxiden kann ggf. in statistischer Weise oder in Blockform erfolgen.
Zu Polycarbonsäuren, Anhydriden davon oder niederen Alkylestern davon, die mit der Polyalkylenoxidverbindung umgesetzt werden, gehören u.a. Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Sebacinsäure, Dimersäure, Pyromellitsäure und dergl., Anhydride davon und Methylester, Dimethylester, Diethylester und dergl. davon. Bevorzugt werden Dimethylterephthalat, Dimethylphthalat, Dimethylisophthalat, Dimethylsebacat, Pyromellitsäureanhydrid und dergl.
Die Polyester-Bildungsreaktion zwischen der Polyalkylenoxidverbindung und der Polycarbonsäure, dem Anhydrid davon oder dem niederen Alkylester davon wird vorzugsweise bei 120- 250ºC und 10&supmin;² - 10³ Pa durchgeführt.
Zu den mit der Polyalkylenoxidverbindung umzusetzenden Diisocyanaten gehören u.a. Toluoldiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Xylylendiisocyanat, 4,4'-Methylen-bis-(cyclohexylisocyanat) und dergl.
Die Urethan-Bildungsreaktion zwischen der Polyalkylenoxidverbindung und dem Diisocyanat wird durch Vermischen der Ausgangsverbindungen in einem NCO/OH-Verhältnis von beispielsweise 1,5 bis 0,5 und durch 1- bis 5-stündiges Erwärmen des Gemisches auf 80 bis 150ºC durchgeführt.
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts der erfindungsgemäßen hochmolekularen Verbindung beträgt nicht weniger als 10000. Liegt das Molekulargewicht unter 10000, so zeigt die Faser keine ausreichend hohe mechanische Festigkeit, was beim Spinnverfahren zum Garnbruch führt.
Diese hochmolekulare Verbindung kann nach beliebigen bekannten einschlägigen Techniken zu Fasern verarbeitet werden, beispielsweise durch Schmelzspinnen, Trockenspinnen, Naßspinnen und dergl., wobei das Schmelzspinnverfahren bevorzugt wird, wenn nur wirtschaftliche Gesichtspunkte zu berücksichtigen sind.
Beim Schmelzspinnverfahren wird die hochmolekulare Verbindung in einer Stickstoff-Gasatmosphäre bei 50-200ºC geschmolzen und aus herkömmlichen Spinndüsen extrudiert. Bei diesem Verfahren können Additive, wie Weichmacher, Gleitmittel, Stabilisatoren, farbgebende Mittel, Füllstoffe, und dergl., zugesetzt werden. Gemäß dem vorgesehenen Anwendungszweck können auch Aromastoffe, Fungizide, landwirtschaftliche Chemikalien, Düngemittel und dergl. zugesetzt werden.
Die wasserlösliche Faser zeigt im gesponnenen Zustand einen hohen Dehnungswert. Beispielsweise beträgt die Dehnung für eine Faser mit einem Durchmesser von 10 µm bis 5 mm etwa 500 bis 3000 %.
Nach dem Spinnen kann die Faser mit einem Schlichtemittel oder Bündelungsmittel aus der Kohlenwasserstoffreihe behandelt oder gereckt werden. Beim Recken in einem Reckverhältnis von 5 bis 30 wird die Zugfestigkeit erheblich erhöht. Das Recken kann gleichzeitig mit dem Spinnen vorgenommen werden.
Die auf diese Weise erhaltene Faser kann verschiedenen Verarbeitungsstufen, wie einem Zwirnen oder Schneiden, unterworfen werden. Die Faser kann auch mit anderen Fasern zu Mischfasern verarbeitet werden.
Die erfindungsgemäße wasserlösliche Faser zeigt nicht nur hohe Werte der Dehnung und Zugfestigkeit, sondern ist auch in Wasser leicht löslich. Außerdem wird diese Wasserlöslichkeit nicht in merklichem Umfang durch Erwärmen beeinträchtigt. Daher bleiben die Fasern nach Verarbeitung zu Fäden, Garnen oder Bahnen zäh und selbsttragend in der Anwendung, können aber je nach Bedarf rasch herausgelöst werden. In dieser Weise und gemäß anderen Möglichkeiten trägt das Material zur Rationalisierung verschiedener industrieller Verfahren bei.
Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. Die Erfindung ist jedoch dadurch keineswegs beschränkt, sondern nur durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Beispiel 1

100 Teile (Gewichtsteile, was auch für die nachstehenden Ausführungen gilt) Polyethylenglykol (Gewichtsmittel des Molekulargewichts 10000) und 2,2 Teile Dimethylterephthalat wurden zur Bildung einer Polyesterverbindung mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 130000 verwendet (nachstehend wird diese Verbindung als hochmolekulare Verbindung A bezeichnet).
Diese hochmolekulare Verbindung A wurde in eine Schmelzspinnvorrichtung eingespeist, wo sie bei 120ºC in einer Stickstoff-Gasatmosphäre geschmolzen und mit einer Geschwindigkeit von 50 m/min durch eine Spinndüse extrudiert, rasch unter Spannung gekühlt und aufgewickelt wurde. Sodann wurde ein textiler Werkstoff mit Grundbindung unter Verwendung eines fadenartigen Bündels von 10 Filamenten hergestellt.
Dieser textile Werkstoff mit Grundbindung verschwand beim Einbringen in Wasser innerhalb von 15 Sekunden. Andererseits wurde der gleiche textile Werkstoff mit Grundbindung einer lokalen Heißsiegelung (120ºC, 1,5 Sekunden) unterworfen, um eine feste lokale Bindung herbeizuführen. Beim Einbringen dieses textilen Werkstoffs in Wasser verschwand der gesamte Werkstoff einschließlich der Bindung innerhalb von 18 Sekunden.

Beispiel 2

100 Teile einer Polyalkylenoxidverbindung (Gewichtsmittel des Molekulargewichts 20000), die durch Blockpolymerisation von Ethylenoxid (85 %), Propylenoxid (15 %) und Bisphenol A hergestellt worden war, wurde mit 0,84 Teilen Hexamethylendiisocyanat und einer geringen Menge an Dibutylzinndilaurat vermischt. Das Gemisch wurde auf 100ºC erwärmt. Man erhielt eine hochmolekulare Verbindung mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 250000.
Diese Verbindung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 extrudiert, auf 2-3 mm zugeschnitten und zu einem Faservlies verarbeitet. Unter Verwendung dieses Vaservlieses als Filter wurde gebrauchtes Vakuumpumpenöl (mit einem Gehalt an 0,5 % Wasser) gereinigt. Dabei verringerte sich der Wassergehalt auf 0,02 % und das Öl wurde klar. Dieses gereinigte Öl konnte in vollwertiger Weise wiederverwendet werden.

Vergleichsbeispiel 1

Ein textiler Werkstoff mit Grundbindung aus Polyvinylalkohol-Fasern wurde in heißes Wasser von 80ºC gebracht. Dabei verschwand der Werkstoff innerhalb von etwa 10 Sekunden. In Wasser von 25ºC kam es zu einer Quellung des textilen Werkstoffs bei der Benetzung von dessen Oberfläche, er blieb jedoch auch nach einer Stunde noch vollständig ungelöst. Der gleiche textile Werkstoff mit Grundbindung mit einer durch Heißsiegelung hergestellten lokalen Bindung blieb sogar in heißem Wasser von 80ºC teilweise ungelöst.

Beispiel 3

Die in Beispiel 1 hergestellte hochmolekulare Verbindung A wurde in eine Schmelzspinnvorrichtung eingeführt, wo sie bei 120ºC geschmolzen, durch eine Spinndüse von 1 mm Durchmesser, extrudiert und mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min aufgewickelt wurde. Das erhaltene Monofilament wies einen Durchmesser von 40 µm und eine Zugfestigkeit von 200 bar auf.
Diese Faser konnte bei 20ºC mit einem Reckverhältnis von 13 gereckt werden. Die gereckte Faser wies einen Durchmesser von 12 µm und eine Zugfestigkeit von 390 bar auf.
Bei 50ºC konnte die Faser mit einem Reckverhältnis von 20 zu einem Filament mit einem Durchmesser von 9 µm gereckt werden. Die Zugfestigkeit dieses Filaments betrug 550 bar.

Vergleichsbeispiel 2

Ein naßgesponnenes Polyvinylalkohol-Filament mit einem Durchmesser von 40 µm konnte bei 20ºC nur auf das Doppelte seiner ursprünglichen Länge gereckt werden. Das gereckte Filament wies einen Durchmesser von 28 µm und eine Zugfestigkeit von 500 bar auf.
Somit ist ersichtlich, daß im Fall der erfindungsgemäßen wasserlöslichen Faser aufgrund der starken Dehnung ein Recken zu feineren Fasern möglich ist, selbst wenn das gesponnene Filament nicht so fein ist. Außerdem lassen sich erfindungsgemäß Schwierigkeiten beim Spinnen, wie ein Garnbruch, verhindern.

Claims

1. Wasserlösliche Faser aus einer hochmolekularen Verbindung mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von nicht weniger als 10 000, wobei die hochmolekulare Verbindung durch Umsetzen einer Polyalkylenoxidverbindung, die durch Additionspolymerisation eines Ethylenoxid enthaltenden Alkylenoxids und einer organischen Verbindung erhältlich ist, mit zwei aktiven Wasserstoffatomen mit einer Polycarbonsäure, deren Anhydrid, deren niederen Alkylester oder einen Diisocyanat erhältlich ist.

2. Wasserlösliche Faser gemäß Anspruch 1, die eine Dehnung von 500 bis 3000 % hat.

3. Verfahren zur Herstellung einer wasserlöslichen Faser, welches das Verspinnen einer hochmolekularen Verbindung mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von nicht weniger als 10 000 umfaßt, wobei die hochmolekulare Verbindung durch Umsetzen einer Polyalkylenoxidverbindung, die durch Additionspolymerisation eines Ethylenoxid enthaltenden Alkylenoxids erhältlich ist, und einer organischen Verbindung mit zwei aktiven Wasserstoffatonen mit einer Polycarbonsäure, deren Anhydrid, deren niederen Alkylester oder einem Isocyanat erhältlich ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer wasserlöslichen Faser gemäß Anspruch 3, wobei die gerade versponnene Faser oder die Faser im Verlauf des Verspinnens in einen Verstreckungsverhältnis von 5 bis 30 verstreckt wird.