DE69210446T2

DE69210446T2 - Kombiniertes Spinn- und Entwässerungsverfahren

Info

Publication number: DE69210446T2
Application number: DE69210446T
Authority: DE
Inventors: Sam Louis Samuels; Vaclav George Zboril
Original assignee: DuPont Canada Inc; EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: DuPont Canada Inc; EIDP Inc
Priority date: 1991-02-25
Filing date: 1992-02-21
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2012-02-22
Also published as: JPH0586502A; CA2061674C; ES2088096T3; EP0501689B1; CA2061674A1; JP3100089B2; US5093060A; EP0501689A2; EP0501689A3; DE69210446D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und Anspruch 11, das zum Beispiel bekannt ist aus US-A-3 081 519. In einem solchen kombinierten Spinn- und Entwässerungsverfahren werden Plexifilament-Folienfibrillenstränge aus faserbildenden Polyolefinen gebildet, zerfasert und entwässert, so daß eine Faser entsteht, die z. B. die Form eines Faserbreis aus Polyolefin aufweist.
Der hierin verwendete Begriff "Plexifilament-Folienfibrillenstränge aus Polyolefin" bezeichnet einen Strang, der gekennzeichnet ist als ein dreidimensionales, einstückiges Netzwerk aus einer Vielzahl von dünnen bändchenartigen, folienartigen Elementen von beliebiger Länge und mit einer Dicke im Bereich von etwa 1 - 20 Mikrometern und mit einer durchschnittlichen Dicke von weniger als etwa 10 Mikrometern, die im allgemeinen mit der Längsachse des Strangs und sich über die gleiche Länge mit diesem erstreckend ausgerichtet sind. Die Folienfibrillenelemente vereinigen und trennen sich intermittierend in unregelmäßigen Abständen an verschiedenen Stellen über die gesamte Länge, Breite und Dicke des Strangs und bilden das dreidimensionale Netzwerk. Solche Stränge sind bekannt und des weiteren ausführlicher beschrieben in dem USA-Patent 3 081 519 an Blades and White, erteilt am 19. März 1963.
Blades and White beschreiben ein Flash-Spinnverfahren zur Herstellung von Plexifilament-Folienfibrillensträngen aus faserbildenden Polymeren. Eine Lösung des Polymers in einer Flüssigkeit, die bei oder unter ihrem normalen Siedepunkt für das Polymer ein Nichtlösungsmittel ist, wird bei einer Temperatur über dem normalen Siedepunkt der Flüssigkeit und bei einem autogenen oder einem höheren Druck in einen Behälter mit niedrigerer Temperatur und wesentlich niedrigerem Druck extrudiert. Bei der Ausführungsform in Figur 1 weist der Behälter eine rohrförmige Auskleidung auf. Es wird erwähnt, daß die Fibrillen, um sie abzuflachen, über eine Ablenkwand geführt werden können. Durch das Flash-Spinnen wird bewirkt, daß die Flüssigkeit verdampft und dadurch den Plexifilament-Folienfibrillenstrang abkühlt, der aus dem Polymer entsteht. Bevorzugte Polymere sind kristalline polymere Kohlenwasserstoffe, z. B. Polyethylen und Polypropylen.
Das Flash-Spinnen einer diskreten Polyolefinfaser aus einem in einem Lösungsmittel gelösten Polymer ist bekannt, wobei Wasser in Mengen zugesetzt wird, die so groß sind, daß eine Emulsion oder eine inverse Emulsion entsteht. Zum Beispiel erläutert Kozlowski in dem USA-Patent 4 054 625, das am 18. Oktober 1977 erteilt wurde, ein Verfahren zur Herstellung von diskreten Fasern aus einer Lösung von Polymer in einem organischen Lösungsmittel und Wasser. Entscheidend bei dem Verfahren von Kozlowski ist, daß das Wasser in einer solchen Menge vorhanden ist, daß es eine diskontinuierliche Phase bildet, die als diskrete Tröpfchen in der gesamten Polymerlösung dispergiert ist. Diese "inverse Emulsion" wird dann flashgesponnen zu diskreten Fasern. Für das Verfahren werden Wasserkonzentrationen von 40 bis 50 % bevorzugt, die weit über die Löslichkeit von Wasser in dem organischen Lösungsmittel hinausgehen, selbst wenn beim Mischen der Lösung sorgsamer vorgegangen werden muß, um zu sichern, daß das Wasser die diskontinuierliche Phase bildet. Bei dem resultierenden diskontinuierlichen Spinnen werden diskrete Fasern hergestellt, die meist relativ grob und unorientiert sind, wobei durch die Herstellung von diskreten Fasern in einem diskontinuierlichen Spinnverfahren jedoch die Notwendigkeit entfällt, separat schneiden und zerfasern zu müssen. Dagegen lassen sich Endlosfasern oft äußerst schwierig transportieren, insbesondere in Wasser, da bei Endlosfasern eine Tendenz besteht, sich zusammenzuballen und große Bündel zu bilden, und die durchschnittliche Länge von Endlosfasern muß verringert werden, damit sie sich leicht transportieren lassen.
Handelsübliche, aus Plexifilament-Folienfibrillensträngen aus Polyethylen hergestellte Spinnvliesstoffe werden mit Erfolg hergestellt, wobei das Polyethylen aus Trichlorfluormethan flashgesponnen wird. Trichlorfluormethan wird zwar in weitem Maße zu diesem Zweck verwendet, jedoch hat sich dieser Halogenkohlenwasserstoff nunmehr als eine Quelle der Dezimierung der Ozonschicht der Erde erwiesen. Eine allgemeine Erörterung des Problems der Ozonschichtzerstörung findet sich bei P. S. Zurer in "Search Intensifies for Alternatives to Ozone-Depleting Halocarbons", Chemical & Engineering News S. 17 - 20 (08. Februar 1988).
Samuels beschreibt in CA-A-2 023 775 ein verbessertes Verfahren zum Flash-Spinnen von Plexifilament-Folienfibrillensträngen, bei dem ein aus einem organischen Lösungsmittel, Polyethylen und einem Nichtlösungsmittel, insbesondere Wasser, ein Spinngemisch hergestellt und dann bei einem Druck flashgesponnen wird, der größer ist als der autogene Druck des Spinngemischs in einen Bereich mit wesentlich niedrigerer Temperatur und niedigerem Druck. Die Menge an verwendetem Wasser liegt zwischen 0,5 Gew.-% des organischen Lösungsmittels und einer Menge, die gleich der Sättigungsgrenze des Wassers in dem Lösungsmittel ist. Die Menge an Polyethylen liegt im Bereich von 5 bis 25 Gew.-% an Polyethylen und organischem Lösungsmittel. Das Mischen und das Flash-Spinnen erfolgen bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 250 ºC. Das Wasser, das hierin manchmal als Spinnhilfsmittel bezeichnet wird, kann im ganzen oder zum Teil durch einen Alkohol, insbesondere Methanol, ersetzt werden.
Bei kombinierten Spinn- und Entwässerungsverfahren zur Herstellung eines Fasermaterials aus Polyolefinen, insbesondere aus Polyethylen, können sich Schwierigkeiten im Spinnbereich, die mit dem Verdampfen und Beseitigen des Lösungsmittels zusammenhängen, und anschließend beim Transport des Fasermaterials in und durch einen Strippbereich zur Beseitigung der Lösungsmittelreste bis zur Entwässerungszone und zur Faserrückgewinnung einstellen, wobei der Strippbereich wichtig ist zur Sicherheit und zur Abwendung von Gefahren durch explosive und toxische Stoffe, und zur Verringerung der Verschmutzung. Zum Beispiel neigt das Fasermaterial dazu, die Transportleitungen und -behälter, die zur Beförderung von Fasermaterial aus dem Bereich der Spinndüsenöffnung zur Entwässerungsvorrichtung dienen, zu blockieren und zu verstopfen.
Nunmehr wurde ein verbessertes kombiniertes Spinn- und Entwässerungsverfahren entwickelt, bei dem die Plexifilament-Folienfibrillenstränge, insbesondere stark orientierte Fibrillen, von der Spinndüsenöffnung bis zur Entwässerungsvorrichtung geformt, zerfasert und befördert werden können, ohne daß die Anlage im wesentlichen verstopft.
Dementsprechend wird mit der vorliegenden Erfindung ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Fasermaterials aus einem Polyolefin geschaffen, umfassend die folgenden Schritte:
(a) Zuführen einer Lösung eines in einem organischen Lösungsmittel gelösten Polyolefins mit einem Druck, der mindestens ein autogener Druck ist, zu einer Spinndüse, wobei der Ausgang der Spinndüse der Einlaß in ein langgestrecktes vertikales Rohr ist und in einen oberen Bereich eines langgestreckten, vertikalen Behälters angeordnet ist und sich das Rohr über einen größeren Abschnitt der Länge des Behälters erstreckt, wobei der Behälter unter einem geringeren Druck und einer niedrigeren Temperatur steht als die Lösung;
(b) Führen von auf diese Weise ausgebildeten Plexifilament-Folienfibrillensträngen in dem Rohr hinunter zu einer Stelle über einem Zerfaserer, der am Boden des Behälters angeordnet ist, Abziehen von flüchtigen Bestandteilen aus einem oberen Bereich des Behälters, und Sprühen von Wasser sowohl in dem Rohr nach unten als auch in den Behälter;
(c) Führen der Stränge und des Wassers durch den Zerfaserer ohne übermäßige Verschmelzung der Stränge, und das Umwandeln der Stränge dadurch zu zerfaserten diskontinuierlichen Fasern, wobei der Zerfaserer ein sich selbst reinigender, sich selbst speisender Zerfaserer ist;
(d) Befördern der zerfaserten Fasern und des Wassers von dem Zerfaserer zu einem zweiten Behälter, wobei bei dem zweiten Behälter die Ablenkwand so zwischen dem Einlaß und dem Auslaß desselben angeordnet ist, daß das zerfaserte Fasermaterial von dem Einlaß über die Ablenkwand und zu dem Auslaß des zweiten Behälters läuft, wobei der obere Rand der Ablenkwand so angeordnet ist, daß der Wasserspiegel in dem zweiten Behälter im wesentlichen in der gleichen horizontalen Ebene wie der Zerfaserer liegt;
(e) Einleiten eines Inertgases in den zweiten Behälter, insbesondere zwischen den Einlaß und die Ablenkwand desselben, um die restlichen flüchtigen Bestandteile zu entfernen, wobei die flüchtigen Bestandteile durch einen Dampfauslaß geführt werden, der im oberen Bereich des zweiten Behälters im wesentlichen oberhalb des Wasserspiegels angeordnet ist;
(f) Befördern der aus dem zweiten Behälter austretenden zerfaserten Fasern und der Flüssigkeit zu einer Entwässerungsvorrichtung, und Trennen der Fasern von der Flüssigkeit in der Entwässerungsvorrichtung; und
(g) Rückgewinnen der zerfaserten Fasern in im wesentlichen von Lösungsmittelresten freiem Zustand.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist das Inertgas in Schritt (e) Dampf.
Mit der vorliegenden Erfindung wird des weiteren eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung eines Fasermaterials aus einem Polyolefin geschaffen, umfassend:
(a) eine Spinndüse, die aus einer Lösung von Polyolefin, das in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist, Plexifilament-Folien fibrillenstränge bilden kann, wobei der Ausgang der Spinndüse der Einlaß in ein langgestrecktes vertikales Rohr ist und in einem oberen Bereich eines langgestreckten, vertikalen Behälters angeordnet ist, und wobei sich das Rohr über einen größeren Abschnitt der Länge des Behälters in dem Behälter nach unten erstreckt, wobei das Rohr seinen Ausgang an einer Stelle oberhalb des Einlasses in einen Zerfaserer hat, der am Boden des Behälters angeordnet ist, wobei das langgestreckte vertikale Rohr die Stränge zu dem Zerfaserer führen kann und der Zerfaserer ein sich selbst reinigender, sich selbst speisender Zerfaserer ist;
(b) wobei der langgestreckte Behälter und das langgestreckte Rohr jeweils eine Wassersprüheinrichtung besitzen, um den Lauf der Stränge und anderen polymeren Materials in Abwärtsrichtung zu erleichtern;
(c) eine rohrförmige Beförderungseinrichtung, um die diskontinuierliche Faser und das Wasser aus dem Zerfaserer zu einem Einlaß in einen zweiten langgestreckten vertikalen Behälter zu führen, wobei der zweite Behälter einen Auslaß besitzt, der von dem Einlaß beabstandet ist, wobei eine Ablenkwand zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordnet ist und der obere Rand der Ablenkwand so angeordnet ist, daß der Spiegel der Fasern und des Wassers in dem zweiten Behälter im wesentlichen in der gleichen horizontalen Ebene liegt wie der Zerfaserer;
(d) Einrichtungen zum Einblasen von Inertgas in den zweiten Behälter, insbesondere zwischen den Einlaß und die Ablenkwand;
(e) eine rohrförmige Beförderungseinrichtung, um die diskontinuierliche Faser aus dem zweiten Behälter in die Entwässerungsvorrichtung zu führen; und
(f) wobei jeder langgestreckte Behälter einen Auslaß für flüchtige Bestandteile besitzt, der in dem oberen Bereich desselben angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr beschrieben unter Verweis auf die Ausführungsform, die in der Zeichnung zu sehen ist, in der:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines kombinierten Spinn- und Entwässerungsverfahren ist.
In Figur 1 sind der langgestreckte erste Behälter 1 und der langgestreckte zweite Behälter 2 in einer Anordnung nebeneinander mit einer vertikalen Orientierung dargestellt. In dem ersten Behälter 1 ist eine Spinndüse 5 in dem oberen Bereich des Behälters angeordnet, wobei ein Beispiel für eine Spinndüse in den unten folgenden Beispielen beschrieben ist. Die Spinndüse 5 kann eine Lösung von Polyolefin in einem organischen Lösungsmittel bei hoher Temperatur und hohem Druck aus einer Quelle aufnehmen, die nicht dargestellt ist, und Plexifilament-Folienfibrillenstränge bilden, wenn die Lösung durch die Spinndüse 5 strömt. Der angewandte Druck ist mindestens der autogene Druck. Der Auslaß der Spinndüse 5 ist der Einlaß zum Rohr 12. Das Rohr 12 grenzt vorzugsweise an die Spinndüse 5 an, ohne anderen direkten Übergang zum langgesteckten ersten Behälter 1 als durch dessen Auslaß, um mit der Trennung von Faser und Lösungsmittel verbundene Probleme zu vermindern. Das Rohr 12 erstreckt sich vom Auslaß der Spinndüse 5 in vertikaler Richtung über einen größeren Bereich der Länge des langgestreckten Behälters bis zu einer Stelle, die oberhalb des Zerfaserers 4 liegt, jedoch von diesem beabstandet ist. Der erste Behälter 1 ist als sich in Richtung zu dem Einlaß in den Zerfaserer 4 verjüngend dargestellt, der am Boden des langgestreckten ersten Behälters 1 angeordnet ist. Der Zerfaserer 4 enthält Flügel (nicht dargestellt) zum Zerfasern der Plexifilament-Folienfibrillenstränge, so daß Fasermaterial entsteht, das hierin als diskontinuierliche Faser bezeichnet werden kann. Der Zerfaserer 4 sollte ein sich selbst reinigender, sich selbst speisender Zerfaserer sein.
Der langgestreckte erste Behälter 1 besitzt Spritzwassereinlässe, die im oberen Bereich des ersten Behälters 1, vorzugsweise am Umfang, angeordnet sind. Der Spritzwassereinlaß 13 ist um die Peripherie des langgestreckten Behälters 1 herum angeordnet, und der Spritzwassereinlaß 14 ist in dem Rohr 12 nahe an der Spinndüse angeordnet.
Der Auslaß aus dem Zerfaserer 4 ist mit dem Auslaßrohr 9 verbunden, das bei der dargestellten Ausführungsform so mit dem Abführungsrohr 11 verbunden ist, daß diese das Überführungsrohr 10 bilden. Das Überführungsrohr 10 ist mit dem zweiten Behälter 2 an einem unteren Bereich desselben, an dem zweiten Behältereinlaß 25, verbunden. An dem zweiten Behälter 2 ist ein Auslaß 24 auf der dem Einlaß 25 entgegeilgesetzten Seite des Behälters angeordnet. Der Einlaß 25 und der Auslaß 24 sind durch die dazwischen befindliche Ablenkwand 16 getrennt.
Die Ablenkwand 16 verläuft vorzugsweise im wesentlichen nach dem Boden des zweiten Behälters 2 hin, ist jedoch von diesem beabstandet, wodurch das Mischen der Flüssigkeit in dem zweiten Behälter 2 gefördert wird. Die Ablenkwand 16 verläuft in dem zweiten Behälter 2 vertikal nach oben bis zu einer Stelle, an der der Rand der Ablenkwand 16 unmittelbar unter der horizontalen Ebene des Zerfaserers 4 liegt, insbesondere der Ebene der Flügel des Zerfaserers 4. Der Rand der Ablenkwand 16 ist als so angeordnet dargestellt, daß der Wasserspiegel in dem zweiten Behälter 2 in der gleichen Ebene liegt wie der Zerfaserer 4, insbesondere wie die Flügel des Zerfaserers 4. Wie man annimmt, ist es wichtig, daß der Wasserspiegel nicht oberhalb des Zerfaserer 4 liegt, da die Stränge aus Polyolefin dazu neigen, auf dem Wasser oberhalb des Zerfaserers 4 zu schwimmen und Probleme bei der Beschickung des Zerfaserers 4 verursachen. Des weiteren liegt der Wasserspiegel vorzugsweise nicht unterhalb des Zerfaserers 4, so daß vermieden wird, daß Lösungsmitteldämpfe aus dem zweiten Behälter 2 in den langgestreck ten ersten Behälter 1 eindringen und die Verklebung des Fasermaterials beim Zerfasern beeinträchtigen.
Der zweite Behälter 2 besitzt einen Einlaß 23, damit Inertgas in den zweiten Behälter 2 einströmen kann. Das bevorzugte Inertgas ist Dampf, insbesondere weil der Einsatz von Dampf die Rückgewinnung von Lösungsmittel zur Wiedereinführung in den Prozeß leichter macht und Wasser als Medium zur Beförderung des Fasermaterials benutzt wird.
Der Strom des Fluids aus dem zweiten Gefäß 2 wird von dem Auslaßventil 18, z.B. von einem Schlauchventil mit Gummieinsatz, in der Übertragungsleitung 19 reguliert, durch die Wasser und diskon tinuierliche Faser zu der Entwässerungsvorrichtung 3 laufen. Die Entwässerungsvorrichtung 3 weist einen Auslaß für Flüssigkeit und einen Auslaß für die diskontinuierliche Faser auf, die schematisch als 21 bzw. 22 bezeichnet sind.
Die oberen Abschnitte des ersten Behälters 1 und des zweiten Behälters 2 besitzen Auslässe für flüchtige Bestandteile, insbesondere für das organische Lösungsmittel, die an den Auslaßrohren 6 bzw. 7 befestigt sind. Wie zu erkennen ist, sind die Auslaßrohre 6 und 7 so verbunden, daß sie das Rohr 8 bilden. Wie zu sehen ist, weist das Auslaßrohr 6 einen Filter 15 auf, der Fasermaterial festhält, das in das Auslaßrohr 6 geraten kann.
Bei Betrieb wird Polyolefin in einem organischen Lösungsmittel gelöst. Das Polyolefin kann die Form von Pellets oder von Pulver oder andere Formen aufweisen, die in der Technik bekannt sind, und wurde vorher aus Monorneren polymerisiert. Wahlweise und in bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens wurde das Polyolfin schon in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst und bildet z. B. eine Polymerlösung in organischem Lösungsmittel aus einem Verfahren zur Polymerisation von Monomeren.
Das Polyolefin kann ein Homopolymer von Ethylen oder ein Copolymer von Ethylen mit einem hohen Molekulargewicht und mindestens einem C&sub4;-C&sub1;&sub0;-Kohlenwasserstoff-Alpha-Olefin sein, z. B. Buten-1, Hexen-1 und/oder Octen-1. Bei anderen Ausführungsformen ist das Polyolefin ein Homopolymer von Propylen oder ein Copolymer von Propylen mit einem kleineren Anteil von Ethylen. Eine große Vielzahl solcher Polymere, die ja nach der Art des (der) verwendeten Monorners (Monomere) verschiedenes Molekulargewicht, verschiedene Verteilung des Molekulargewichts und andere Eigenschaften aufweisen, sind im Handel erhältlich. Bei bevorzugten Ausführungsformen, bei denen das Polyolefin ein Homopolymer von Ethylen oder ein Copolymer von Ethylen und mindestens einem C&sub4;-C&sub1;&sub0;-Kohlenwasserstoff-Alpha- Olefin ist, liegt die Dichte im Bereich von 0,930 bis 0,965 g/cm³ insbesondere im Bereich von 0,940 bis 0,960 g/cm³. Der Schmelzindex des Polyolefins liegt vorzugsweise niedriger als 12 dg/min, d.h. im Bereich der sogenannten "Nichtströmung", z. B. von weniger als etwa 0,01 dg/min bis zu 12 dg/min, insbesondere im Bereich von 0,30 bis 1,0 dg/min, wobei der Schmelzindex mit dem Verfahren nach ASTM D-1238 (Bedingung E) gemessen wird.
In dem Verfahren kann eine Vielzahl von organischen Lösungsmitteln verwendet werden, wobei Beispiele dafür Pentan, Hexan, Cyclohexan, Heptan, Octan, Methylcyclohexan und hydriertes Naphtha und mit diesen verwandte Lösungsmittel aus Kohlenwasserstoff sind.
Das Polyolefin kann Zusatzstoffe enthalten, z. B. Antioxidationsmittel, UV-Stabilisatoren, Netzmittel, Tenside und andere Zusatzstoffe, die für ihre Verwendung in Polyolefinen bekannt sind, vorausgesetzt, daß die Zusatzstoffe durch die bei dem Verfahren benutzte Öffnung laufen und sich auch nicht in anderer Weise nachteilig auf das Verfahren auswirken können.
Die Lösung von Polyolefin in organischem Lösungsmittel steht unter hoher Temperatur und hohem Druck, wobei die Lösung auf einem Druck steht, der mindestens der autogene Druck ist, und bei einer Temperatur, die so hoch ist, daß das Polyolefin in Lösung gehalten wird. Bei bevorzugten Ausführungsformen enthält die Lösung auch ein Nichtlösungsmittel, z. B. Wasser, als Spinnhilfsmittel, wie in der oben genannten Patentanmeldung von Samuels beschrieben ist. Das Spinnhilfsmittel kann Netzmittel, Tenside oder dergleichen enthalten. Die gewählte Temperatur und der gewählte Druck wirken sich auf die beim Spinnen erzielten Eigenschaften der Folienfibrillenstränge und folglich auf das anschließend in dem Verfahren hergestellte Fasermaterial aus. Temperatur und Druck können zum Beispiel so gewählt werden, daß stark orientierte Fasern entstehen, wobei solche Fasern bevorzugt werden.
Die Lösung wird zu der Spinndüse 5 geführt, um Plexifilament- Folienfibrillenstränge herzustellen. Diese Stränge werden am Einlaß zu dem Rohr 12 oder in dem Rohr 12 gebildet und laufen in dem Rohr 12 nach unten in Richtung zu dem Zerfaserer 4. Damit die Stränge besser in dem Rohr 12 hinunterlaufen, wird in dem Rohr 12 Wasser nach unten gesprüht.
Wasser wird auch in den langgestreckten Behälter 1 gesprüht, jedoch außerhalb des Rohres 12, insbesondere um die Wände des langgestreckten Behälters 1 zu reinigen und zu verhindern, daß sich Feinteile der Polyolefinfasern an den Wänden des langgestreckten Behälters 1 ansammeln. Eine solche Ansammlung führt zur Verstopfung des Auslasses 6 für flüchtige Bestandteile. Bei bestimmten Ausführungsformen enthält das in das Rohr 12 oder in anderer Weise in den langgestreckten Behälter 1 gesprühte Wasser Tenside, Netzmittel oder viskositätserzeugende Mittel, wobei ein Beispiel dafür Polyvinylalkohol ist.
Die Stränge werden in den Zerfaserer 4 eingebracht. Der Spiegel des Wasser in dem Zerfaserer 4 wird so gehalten, daß er nicht weiter als bis zum Oberteil des Zerfaserer reicht, da die Stränge leichter sind als Wasser und oft darauf schwimmen, so daß Probleme beim Einbringen der Stränge vermindert werden, wobei bei der dargestellten Ausführungsform die Regulierung des Spiegels des Wassers (der Flüssigkeit) in dem Zerfaserer 4 vor allem eine Funktion der Anordnung der Ablenkwand 16 in dem zweiten Behälter 2 und der Funktionsweise des Auslasses oder des Regelventils 18 ist. Der Zerfaserer wandelt die Stränge in diskontinuierliche Fasern um. Der Zerfaserer 4 sollte so betrieben werden, daß vermieden wird, daß die in dem Zerfaserer 4 gebildeten diskontinuierlichen Fasern miteinander verkleben.
Das aus dem Zerfaserer 4 austretende Gemisch ist ein Gemisch, das aus diskontinuierlichen Polyolefinfasern, Wasser und Resten des organischen Lösungsmittels besteht, wobei ein wesentlicher Teil des organischen Lösungsmittels schon durch den Auslaß 6 aus dem langgestreckten Behälter 1 abgeführt wurde.
Das aus dem Zerfaserer 4 austretende Gemisch wird in den zweiten Behälter 2 befördert. In dem zweiten Behälter 2 wird das Gemisch zwangsweise über eine Ablenkwand 16 geführt, die dazu dient, den Kontakt des Gemischs mit Wasser zu verbessern und die Beseitigung der Reste der flüchtigen Bestandteile, insbesondere des organischen Lösungsmittels, von den Fasern zu ermöglichen. In den zweiten Behälter 2, insbesondere in den Bereich zwischen dem Einlaß in den zweiten Behälter 2 und der Ablenkwand 16, wird ein inertes Spülgas eingeblasen, insbesondere Dampf, und aus dem zweiten Behälter 2 strömen durch einen Auslaß 7, der im oberen Abschnitt des Behälters angeordnet ist, flüchtige Bestandteile aus. Der obere Rand der Ablenkwand 16 ist so angeordnet, daß der Spiegel der Flüssigkeit und der Fasern im zweiten Behälter 2 in der gleichen Ebene liegt wie der Zerfaserer 4, insbesondere derjenige der Flügel des Zerfaserers 4.
Das Gemisch aus Flüssigkeit und Faser läuft aus dem zweiten Behälter 2 durch ein Ventil zu einer Entwässerungsvorrichtung, für die eine Bandfilterpresse ein Beispiel ist. In der Entwässerungsvorrichtung wird die Faser von der Flüssigkeit getrennt. Die entnommene Faser ist im wesentlichen frei von organischem Lösungsmittel. Das entnommene Wasser wird vorzugsweise erhitzt und zurückgeführt in den langgestreckten Behälter 1.
Es versteht sich, daß die Oberflächen der in dem Verfahren gemäß der Erfindung benutzten Rohre, Behälter und dergleichen frei von Gratstellen oder anderen hinderlichen Stellen sein sollte, die den Lauf der Folienfibrillen oder das Fasermaterials verhindern oder verzögern könnten.
Die gewonnene Faser weist die Form von Plexifilament-Folienfibrillen in diskontinuierlicher Form auf. Ist das Polyolefin ein Polyethylen, läßt sich die Faser als Polyethylenbrei beschreiben. Als dieses wird sie vielfältig eingesetzt. Zum Beispiel kann die Faser als Teil von Windeln und Artikeln für Inkontinenz, als Füllmaterial, z. B. in Polymeren, Zement und dergleichen, sowie als synthetisches Papier verwendet werden.
Die Orientierung von Polyolefinfasern kann gemessen werden, indem die Fasern bei einer Temperatur, die über dem Schmelzpunkt des Polyolefins liegt, in eine Flüssigkeit getaucht werden. Die Flüssigkeit ist eine Flüssigkeit, die auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Polyolefins erhitzt werden kann, ohne das Polyolefin aufzuquellen oder aufzulösen. Die Flüssigkeit kann zum Beispiel ein Alkylenglycol sein. z. B. Ethylenglycol. Zeit und Temperatur sollten so sein, daß die Fasern schrumpfen, ohne zu schmelzen oder eine andere Art der Verformung an der zu testenden Probe zu bewirken. Bei bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Eintauchzeitraum 3 - 6 Sekunden, und die Temperatur beträgt 150 - 160 ºC. Bei anderen Ausführungsformen bilden die Fasern eine Vielzahl von Fasern von unregelmäßiger Länge, z. B. in Form eines Breis oder anderer orientierter Fasern von unregelmäßiger Länge.
Die vorliegende Erfindung wird weiter veranschaulicht durch die folgenden Beispiele:

Beispiel I

Es wurde ein Fasermaterial unter Benutzung von halbtechnischen Anlagen im wesentlichen nach der Darstellung in Fig. 1 hergestellt. Die der Spinndüse zugeführte Polymerlösung war eine Lösung eines copolymers von Ethylen und Buten-1 mit einer Dichte von 0,947 g/cm³ und einem Schmelzindex von 3,3 dg/min, aufgelöst in Cyclohexan. Die Lösung wies eine Temperatur von 254 ºC und eine Polymerkonzentration von 16,1 Gew.-% auf. Der Förderstrom der Lösung zur Spinndüse betrug 260 kg/h, und die Druckdifferenz in der Eintrittsöffnung der Spinndüse in eine Druckentspannungskammer betrug 1,9 MPa, und die Spinndüse besaß eine Eintritts- oder Einlaßöffnung, auf die eine Entspannungskammer und dann eine Spinnöffnung folgten. Die Spinndüse hatte eine einzige Spinnöffnung mit einem Durchmesser von 1,60 mm.
Der Spinnflüssigkeitsbehälter wies eine Temperatur von 90 ºC auf und wurde mit einem Druck von 14 kPa betrieben. Es wurde Wasser mit einer Temperatur von 96 ºC benutzt und in einer Menge von 114 Litern/min in den Spinnflüssigkeitsbehälter, in einer Menge von 45,5 Litern/min in den Spinnschacht und in einer Menge von 68,3 Litern pro Minute in das Abführrohr im Anschluß an die Schneidvorrichtung geführt.
Der Stripper, der eine Ablenkwand enthielt, wie sie in Figur 1 zu sehen ist, wurde mit einer Temperatur von 100 ºC betrieben. In den Stripper wurde Dampf in einer Menge von 200 kg/h eingeblasen.
Das Produkt wurde in den Spalt des Spinnflüssigkeitsbehälters eingeführt, durch den Stripperbehälter geführt und durch eine Bandfilterpresse hindurch rückgewonnen. Das rückgewonnene Produkt war im wesentlichen frei von Lösungsmittelresten.
Wie festgestellt wurde, könnte das Verfahren kontinuierlich über längere Zeiträume hin ausgeführt werden, ohne daß die Filter in den oben befindlichen Leitungen verstopfen. Die Teilchengröße des Produkts lag im Bereich von 20 - 30 Mikrometern in der Länge mal 100 Mikrometer in der Breite.

Beisdiel II

Es wurde das Verfahren von Beispiel I wiederholt, wobei ein Homopolymer von Ethylen, eine höhere Lösungstemperatur und ein niedrigerer Lösungsdruck benutzt wurde, der etwas unter dem Phasengrenzdruck lag, und es wurde ein Spinnhilfsmittel (Wasser) mit einer Konzentration benutzt, die etwas unterhalb der Löslichkeitsgrenze des Spinnhilfsmittels in dem Lösungsmittel lag.
Die der Spinndüse zugeführte Polymerlösung war eine Lösung eines Homopolymers von Ethylen mit einer Dichte von 0,960 g/cm³ und einem Schmelzindex von 0,70 dg/min, aufgelöst in Cyclohexan. Die Lösung wies eine Temperatur von 259 ºC und eine Polymerkonzentration von 14,6 Gew.-% auf. Der Förderstrom der Lösung zur Spinndüse betrug 225 kg/h, und die Druckdifferenz in der Eintrittsöffnung der Spinndüse in eine Druckentspannungskammer betrug 1,14 MPa. Die Spinndüse hatte eine einzige Spinnöffnung mit einem Durchmesser von 1,60 mm. Die Konzentration des Spinnhilfsmittels betrug 6,7 Gew.-%, und dieses wurde der Lösung mit einer Temperatur von 240 ºC zugeführt.
Der Spinnflüssigkeitsbehälter und der Stripper wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel I betrieben.
Die rückgewonnenen Fasern waren im wesentlichen frei von Lösungsmittel. Die Fasern wiesen eine lineare Schrumpfung von 9,6, einen Durchmesserbereich von 1 - 20 Mikrometern und einen Handmuster-Nullspannbereich von 5,1 kg/15 mm auf. Die lineare Schrumpfung wird gemessen, indem ein Bündel Fasern 5 Sekunden lang bei 155 ºC in Ethylenglycol getaucht wird, und wird ausgedrückt als Verhältnis der anfänglichen Länge zur geschrumpften Länge, und die lineare Schrumpfung ist ein Maß für den Grad der den Fasern beim Spinnen auferlegten Molekülorientierung.
Der Handmuster-Nullspannbereich wurde folgendermaßen gemessen: Es wurde ein Handmuster mit einem Flächengewicht von 60 g/m² hergestellt, indem eine Faserprobe, die aus der Bandfilterpresse rückgewonnen worden war, in Wasser in einem Waring-Mischer geöffnet wurde und dann in einer Standard-Handmusterform entwässert und getrocknet wird. Das benutzte Nullspannbereichsgerät war ein Pulmac Troubleshooter, und die Einheiten darauf gaben den Druck an, der zum Zerreißen eines Standardprobenstreifens von 2,54 cm x 10 cm erforderlich war, wobei die von Pulmac empfohlene Methode angewandt wurde. Die Breite der Spannklauen betrug 15 mm, und der Trennabstand der Klauen betrug 0 mm. Das Handmuster wurde in trockenem Zustand getestet.

Beisdiel III

Es wurde das gerfahren von Beispiel II wiederholt, wobei ein copolymer von Ethylen und Buten-1 mit einer Dichte von 0,941 g/cm³ und einem Schmelzindex von 0.36 dg/min benutzt wurde. Die Lösung wies eine Temperatur von 260 ºC und eine Polymerkonzentration von 12,0 Gew.-% auf. Der Förderstrom der Lösung zur Spinndüse betrug 275 kg/h, und die Druckdifferenz in der Einlaßöffnung in eine Druckentspannungskammer betrug 1,45 MPa Die Spinndüse hatte eine einzige Öffnung mit einem Durchmesser von 1,60 mm. Die Konzentration des Spinnhilfsmittels betrug 6,4 Gew.-%, und dieses wurde der Lösung mit einer Temperatur von 240 ºC zugeführt.
Die rückgewonnenen Fasern waren im wesentlichen frei von Lösungsmittel. Die Fasern wiesen eine lineare Schrumpfung von 9,6, einen Durchmesserbereich von 1 - 20 Mikrometern und einen Handmuster-Nullspannbereich von 4,4 kg/15 mm auf.
Die Fasern in den Beispielen II und III gelten als starke, feine Fasern für das in dem Verfahren verwendete Polymer.

Beispiel IV

Es wurde das Verfahren von Beispiel II wiederholt, wobei ein aopolymer von Ethylen und Buten-1 mit einer Dichte von 0,943 g/cm³ und einem Schmelzindex von 0.33 dg/min benutzt wurde. Die Lösung wies eine Temperatur von 247 ºC und eine Polymerkonzentration von 14,2 Gew.-% auf. Der Förderstrom der Lösung zur Spinndüse betrug 280 kg/h, und die Druckdifferenz in der Einlaßöffnung in eine Druckentspannungskammer betrug 1,3 MPa Bei diesem Beispiel hatte die Spinndüse jedoch 19 Öffnungen mit einem Durchmesser von jeweils 0,38 mm, so daß sich die gleiche Querschnittsfläche wie bei der in Beispiel II verwendeten Spinndüse ergab. Die Konzentration des Spinnhilfsmittels betrug 6,4 Gew.-%, und dieses wurde der Lösung mit einer Temperatur von 240 ºC zugeführt.
Die Fasern wurden am Auslaß der Bandfilterpresse im wesentlichen frei von Lösungsmittel rückgewonnen. Die Fasern wiesen eine lineare Schrumpfung von 9,6, einen Durchmesserbereich von 1 - 30 Mikrometern und einen Handmuster-Nullspannbereich von 6,6 kg/15 mm auf.

Beipiel V

Es wurde das Verfahren von Beispiel I wiederholt, jedoch mit einer Reihe von Änderungen an der benutzten Anlage. Die Anlage besaß keine Ablenkwand im Stripper, es wurde kein Abführrohr verwendet, es wurde kein Spinnschacht verwendet, und der Zerfaserer war kein sich selbst speisender Zerfaserer.
Die der Spinndüse zugeführte Polymerlösung war eine Lösung eienes copolymers von Ethylen und Buten-1 mit einer Dichte von 0,959 g/cm³ und einem Schmelzindex von 0,45 dg/min, aufgelöst in Cyclohexan. Die Lösung wies eine Temperatur von 240 ºC und eine Polymerkonzentration von 14,5 Gew.-% auf. Der Förderstrom der Lösung zur Spinndüse betrug 245 kg/h, und die Druckdifferenz in der Eintrittsöffnung der Spinndüse in eine Druckentspannungskammer betrug 1,4 MPa. Die Spinndüse hatte eine einzige Öffnung mit einem Durchmesser von 1,60 mm. Es wurde ein Spinnhilfsmittel (Wasser) mit einer Konzentration von 6,0 Gew.-% benutzt, und dieses wurde der Lösung mit einer Temperatur von 240 ºC zugeführt.
Der Spinnflüssigkeitsbehälter wies eine Temperatur von 90 ºC auf und wurde mit einem Druck von 14 kPa betrieben. Es wurde Wasser mit einer Temperatur von 96 ºC benutzt und in einer Menge von 67,5 Litern/min in den Spinnflüssigkeitsbehälter geführt.
Der Stripper wurde mit einer Temperatur von 100 ºC betrieben. In den Stripper wurde Dampf in einer Menge von 175 kg/h eingeblasen.
Das Produkt wurde vor allem aus dem Spinnflüssigkeitsbehälter rückgewonnen, nicht aus der Bandfilterpresse. Die Fasern, die dem Stripper zugeführt wurden, schwammen oben auf dem Wasser in diesem Behälter, und nur ein geringer Teil der Fasern gelangte zu der Bandfilterpresse. Dadurch ergaben sich in dem Verfahren in der ausgeführten Weise größere Mängel beim Transport der Fasern von der Spinndüse zu der Bandfilterpresse.

Beisdiel VI

Es wurde das in Beispiel I praktizierte Verfahren wiederholt, jedoch ohne einen sich selbst speisenden Zerfaserer oder einen Spinnschacht. Die der Spinndüse zugeführte Polymerlösung war eine Lösung eines Homopolymers von Ethylen mit einer Dichte von 0,960 g/cm³ und einem Schmelzindex von 0,68 dg/min, aufgelöst in cyclohexan. Die Lösung wies eine Temperatur von 246 ºC und eine Polymerkonzentration von 14,3 Gew.-% auf. Der Förderstrom der Lösung zur Spinndüse betrug 280 kg/h, und die Druckdifferenz in der Eintrittsöffnung in eine Druckentspannungskammer betrug 3,65 MPa Die Spinndüse hatte eine einzige Öffnung mit einem Durchmesser von 2,16 mm. Es wurde ein Spinnhilfsmittel (Wasser) mit einer Konzentration von 2,9 Gew.-% benutzt, und dieses wurde der Lösung mit einer Temperatur von 246 ºC zugeführt.
Der Spinnflüssigkeitsbehälter wies eine Temperatur von 90 ºC auf und wurde mit einem Druck von 14 kPa betrieben. Es wurde Wasser mit einer Temperatur von 96 ºC benutzt und in einer Menge von 159 Litern/min in den Spinnflüssigkeitsbehälter und in einer Menge von 68,3 Litern pro Minute in das Abführrohr im Anschluß an die Schneidvorrichtung geführt.
Der Stripper, der eine Ablenkwand enthielt, wie sie in Figur 1 zu sehen ist, wurde mit einer Temperatur von 100 ºC betrieben. In den Stripper wurde Dampf in einer Menge von 200 kg/h eingeblasen.
Das Produkt wurde in den Spalt des Spinnflüssigkeitsbehälters eingeführt, durch den Stripperbehälter geführt und durch die Bandfilterpresse hindurch rückgewonnen. Das rückgewonnene Produkt war im wesentlichen frei von Lösungsmittelresten. Es wurde jedoch festgestellt, daß die Transportprobleme andauerten, bis der Zerfaserer durch einen sich selbst speisenden Zerfaserer ersetzt wurde. Dann konnte das Verfahren kontinuierlich ausgeführt werden, jedoch nur über begrenzte Zeiträume, da Fasern aus der Spinnkammer die oben befindlichen Filter verstopften, wobei dieses Problem durch den Gebrauch des Spinnschachts gemildert werden können.

Claims

1. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Fasermaterials aus einem Polyolefin, umfassend das Zuführen einer Lösung eines in einem organischen Lösungsmittel gelösten Polyolefins mit einem Druck, der mindestens ein autogener Druck ist, zu einer Spinndüse (5), wobei der Ausgang der Spinndüse der Einlaß in ein langgestrecktes vertikales Rohr (12) ist und in einem oberen Bereich eines langgestreckten, vertikalen Behälters (1) angeordnet ist und sich das Rohr über einen größeren Abschnitt der Länge des Behälters erstreckt, wobei der Behälter unter einem geringeren Druck und einer niedrigeren Temperatur steht als die Lösung, so daß Plexifilament-Stränge (20) aus Folienfibrillen entstehen, und das Führen der Stränge über eine Ablenkwandwand (16), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rohr und den Behälterwänden ein Zwischenraum vorhanden ist, und daß die gebildeten Stränge in dem Rohr (12) hinuntergeführt werden zu einer Stelle über einem Zerfaserer (4), der am Boden des Gefäßes angeordnet ist, daß flüchtige Bestandteile aus einem oberen Bereich des Behälters (1) abgezogen werden und Wasser (13, 14) sowohl in dem Rohr nach unten als auch in den Zwischenraum gesprüht wird;

das Führen der Stränge und des Wassers durch den Zerfaserer (4) ohne übermäßige Verschmelzung der Stränge, und das Umwandeln der Stränge dadurch zu zerfaserten diskontinuierlichen Fasern, wobei der Zerfaserer (4) ein sich selbst reinigender, sich selbst speisender Zerfaserer ist;

das Befördern (10) der zerfaserten Fasern und des Wassers von dem Zerfaserer zu einem zweiten Behälter (2), wobei bei dem zweiten Behälter die Ablenkwand (16) so zwischen dem Einlaß (25) und dem Auslaß (24) desselben angeordnet ist, daß das zerfaserte Fasermaterial von dem Einlaß über die Ablenkwand und zu dem Auslaß des zweiten Behälters läuft, wobei der obere Rand der Ablenkwand so angeordnet ist, daß der Wasserspiegel (17) in dem zweiten Behälter etwa in der gleichen horizontalen Ebene wie der Zerfaserer (4) liegt;

das Einleiten eines Inertgases in den zweiten Behälter, um die restlichen flüchtigen Stoffe zu entfernen, wobei die flüchtigen Bestandteile durch einen Dampfauslaß (7) geführt werden, der im oberen Bereich des zweiten Behälters direkt oberhalb des Wasserspiegels angeordnet ist;

das Befördern der aus dem zweiten Behälter austretenden zerfaserten Fasern und der Flüssigkeit zu einer Entwässerungsvorrichtung, und das Trennen der Fasern von der Flüssigkeit in der Entwässerungsvorrichtung (3); und

das Rückgewinnen der zerfaserten Fasern in im wesentlichen von Lösungsmittelresten freiem Zustand.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Inertgas zwischen dem Einlaß (25) und der Ablenkwand (16) des zweiten Behälters eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Inertgas Dampf ist.

4. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 - 3, bei dem die Folienfibrillenstränge aus orientierten Fibrillen bestehen.

5. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 - 4, bei dem das Polyolefin ein Homopolymer von Ethylen von Ethylen mit hohem Molekulargewicht oder ein copolymer von Ethylen und mindestens einem C&sub4;-C&sub1;&sub0;-Kohlenwasserstoff-Alpha-Olefin ist.

6. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 - 4, bei dem das Polyolefin ein Homopolymer von Propylen oder ein Copolymer von Propylen mit einem kleineren Anteil von Ethylen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Dichte des Polyolefins im Bereich von 0,930 bis 0,965 g/cm³ liegt und der Schmelzindex niedriger als 12 dg/min ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Dichte des Polyolefins im Bereich von 0,940 bis 0,960 g/cm³ liegt und der Schmelzindex im Bereich von 0,30 bis 1,0 dg/min liegt.

9. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 - 8, bei dem der der Spinndüse zugeführten Lösung ein Spinnhilfsmittel beigemischt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Spinnhilfsmittel Wasser ist.

11. Anlage zur kontinuierlichen Herstellung eines Fasermaterials aus einem Polyolefin, umfassend eine Spinndüse (5), die aus einer Lösung von Polyolefin, das in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist, Plexifilamentstränge aus Folienfibrillen bilden kann, wobei der Ausgang der Spinndüse (5) der Einlaß in ein langgestrecktes vertikales Rohr (12) ist und in einem oberen Bereich eines langgestreckten, vertikalen Behälters (1) angeordnet ist, und wobei sich das Rohr über einen größeren Abschnitt der Länge des Behälters nach unten erstreckt, wobei in dem Laufweg der Stränge eine Ablenkwand (16) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rohr (12) und dem Behälter (1) ein Zwischenraum vorhanden ist, wobei das Rohr seinen Ausgang an einer Stelle oberhalb des Einlasses in einen Zerfaserer (4) hat, der am Boden des Behälters angeordnet ist, wobei das langgestreckte vertikale Rohr die Stränge zu dem Zerfaserer führen kann und der Zerfaserer ein sich selbst reinigender, sich selbst speisender Zerfaserer ist;

wobei der langgestreckte Behälter und das langgestreckte Rohr jeweils eine Wassersprüheinrichtung (13, 14) besitzen, um den Lauf der Stränge und anderen polymeren Materials in Abwärtsrichtung zu erleichtern;

eine rohrförmige Beförderungseinrichtung (10), um die diskontinuierlichen Fasern und das Wasser aus dem Zerfaserer zu einem Einlaß (25) in einen zweiten vertikalen Behälter (2) zu führen, wobei der zweite Behälter (2) einen Auslaß (24) besitzt, der von dem Einlaß (25) beabstandet ist, wobei die Ablenkwand (16) zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordnet ist und der obere Rand der Ablenkwand so angeordnet ist, daß der Spiegel (17) der Fasern und des Wassers in dem zweiten Behälter etwa in der gleichen horizontalen Ebene liegt wie der Zerfaserer (4);

Einrichtungen zum Einblasen von Inertgas in den zweiten Behälter;

eine rohrförmige Beförderungseinrichtung (19), um die diskontinuierlichen Fasern aus dem zweiten Behälter (2) in die Entwässerungsvorrichtung (3) zu führen; und

wobei jeder langgestreckte Behälter (1, 2) einen Auslaß für flüchtige Bestandteile besitzt, der in dem oberen Bereich desselben angeordnet ist.

12. Anlage nach Anspruch 11, bei der die Einrichtungen zum Einblasen von Inertgas in den zweiten Behälter zwischen dem Einlaß und der Ablenkwand des zweiten Behälters angeordnet sind.