DE69713732T2

DE69713732T2 - Mehrfachbereichfasern und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69713732T2
Application number: DE69713732T
Authority: DE
Inventors: Charles F. Helms; Matthew B. Hoyt; Diane R. Kent
Original assignee: BASF Corp
Current assignee: BASF Corp
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: US6010654A; EP0853144A3; EP0853144A2; US5869181A; DE69713732D1; MX9800320A; AU5040298A; EP0853144B1; AU722298B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Synthesefasern und Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Synthesefasern mit mehreren separaten Polymerdomänen.
Multikomponentige Fasern sind an sich bekannt und werden häufig dazu eingesetzt, verschiedene Fasereigenschaften zu erreichen. So sind beispielsweise multikomponentige Fasern aus zwei ungleichen Polymeren hergestellt worden, um ein Selbstkräuseln zu erreichen, siehe die US-PS 3,718,534 von Okamoto et al und die US-PS 4,439,487 von Jennings. Multikomponentige Fasern aus zwei Stoffen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten sind beispielsweise aus der US-PS 4,732,809 von Harris et al zur Bildung von punktförmig verfestigten Vliesstoffen bekannt. Aus der US-PS 4,069,363 von Seagraves et al sind unsymmetrisch multikomponentige Kernmantelfasern bekannt, bei denen Kern und Mantel aus unterschiedlichen Polyamiden bestehen.
Im Stand der Technik sind also zwar schon verschiedene multikomponentige Fasern bekannt, es besteht aber immer noch ein Bedarf an multikomponentigen Konstruktionen, mit deren Hilfe eine Faser auf jeweilige Verwendungszwecke eingestellt werden kann. Die Bereitstellung einer solchen Faser ist Ziel der vorliegenden Erfindung.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist allgemein eine multikomponentige Faser mit einem primären Kern und mehreren davon und voneinander gleich beabstandeten sekundären Kernen. Der primäre Kern und die sekundären Kerne sind vollständig von einem primären Mantel umgeben. Gegebenenfalls ist auch der primäre Mantel vollständig oder teilweise von einem sekundären Mantel umgeben. Erfindungsgemäß kann man also den primären Kern und die sekundären Kerne aus Polymeren mit deutlich unterschiedlichen oder einander ergänzenden Eigenschaften erspinnen und sie zum Schutz mit einem Mantel oder Manteln aus einem anderen Polymer oder aus anderen Polymeren umgeben.
Diese und weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im folgenden durch nähere Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele verdeutlicht.
Im folgenden wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen in sämtlichen Figuren gleiche Bezugsziffern gleiche Konstruktionselemente bezeichnen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine vergrößerte schematische Aufsicht auf eine Polymerverteilerplatte zum Einsatz in einer Faserspinnvorrichtung zur Herstellung einer repräsentativen multikomponentigen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine vergrößerte schematische Aufsicht auf eine dreilappige Spinndüse zum Einsatz hinter der Polymerverteilerplatte gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 einen vergrößerten schematischen Querschnitt durch eine mögliche erfindungsgemäße multikomponentige Faser, erhältlich unter Einsatz der Polymerverteilerplatte und der Spinndüse gemäß Fig. 1 bzw. 2.
Im folgenden und in den beigefügten Ansprüchen kennzeichnet der Begriff "fadenbildend" mindestens teilorientierte, teilkristalline, lineare Polymere, aus denen man ein mindestens 100fach längeres als breites Fasergebilde formen kann, das man um mindestens etwa 10% verstrecken kann, ohne daß es dabei reißt. Unter "nicht fadenbildend" sind daher amorphe (nichtkristalline) lineare Polymere zu verstehen, aus denen man kein um mindestens etwa 10% zerreißfrei verstreckbares Fasergebilde formen kann.
Dabei umfaßt der Begriff "Faser" sowohl endlose Fasern (Filamente) als auch kurze Fasern (Stapel). Der Begriff "Garn" meint einen kontinuierlichen Faserstrang bzw. Faden.
Der Begriff "multikomponentige Faser" bezieht sich auf eine Faser mit mindestens zwei separaten, sich in Längsrichtung gleich ausdehnenden Querschnittsdomänen aus jeweils unterschiedlichen, inkompatiblen Polymeren. Die separaten Domänen bestehen somit aus Polymeren unterschiedlicher Polymerklassen, z. B. Nylon und Polypropylen, oder auch aus Polymeren der gleichen Polymerklasse, z. B. Nylon, die sich aber hinsichtlich ihrer jeweiligen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften unterscheiden, z. B. unter anderem hinsichtlich unterschiedlicher relativer Viskositäten, Arten oder Mengen der enthaltenen Zusatzstoffe, wie Farbmittel und dergleichen. Unter dem Begriff "multikomponentige Faser" sind somit auch konzentrische und exzentrische Kernmantelfasergebilde, symmetrische und unsymmetrische Seite-an-Seite-Fasergebilde, Fasergebilde des Typs Inseln-im-Meer und Kuchenstückfasergebilde zu verstehen. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind multikomponentige Kernmantelfaserkonstruktionen als Teppichfasern mit einem einen konzentrisch angeordneten primären Kern vollständig umgebenden primären Mantel und mehreren vom primären Kern und voneinander im wesentlichen gleich beabstandeten sekundären Kernen.
Zur Durchführung der Erfindung kommen praktisch alle fadenbildenden Polymere in Betracht. Dabei kommen als Klassen von polymeren Materialien zur Durchführung der Erfindung u. a. Polyamide, Polyester, Acryle, Polyolefine, mit Maleinsäureanhydrid gepfropfte Polyolefine und Acrylnitrile in Betracht. Insbesondere eignen sich Nylon, Polyethylen niederer Dichte, Polyethylen hoher Dichte, lineares Polyethylen niederer Dichte sowie Polyethylenterephthalat. Jede einzelne Domäne der erfindungsgemäßen Bikomponentenfasern kann aus unterschiedlichen polymeren Materialien mit unterschiedlichen relativen Viskositäten gebildet sein. Alternativ dazu kann jede Domäne der Bikomponentenfaser auch aus den gleichen polymeren Materialien gebildet sein, solange die polymeren Materialien der jeweiligen Domänen unterschiedliche relative Viskositäten zeigen.
Eine besonders bevorzugte Polymerklasse zur Bildung der erfindungsgemäßen Bikomponentenfasern ist die der Polyamide. In dieser Hinsicht zur Bildung der erfindungsgemäßen Bikomponentenfasern bevorzugte Polyamide sind die allgemein unter dem Begriff "Nylon" bekannten langkettigen, synthetischen Polymere mit Amidgruppen (-CO-NH-) entlang der Polymerhauptkette. Als schmelzspinnbare, fadenbildende Polyamide eignen sich für den Mantel der erfindungsgemäßen Bikomponentenfasern des Kernmanteltyps unter anderem solche aus der Polymerisation eines Lactams oder einer Aminosäure oder auch solche aus der Kondensation eines Diamins und einer Dicarbonsäure. Zu typischen Polyamiden zum Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung zählen Nylon 6, Nylon 6/6, Nylon 6/9, Nylon 6/10, Nylon 6T, Nylon 6/12, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 4.6 und deren Copolymere und Mischungen. Bei den Polyamiden kann es sich auch um Copolymere aus Nylon 6 oder Nylon 6/6 und einem Nylonsalz aus einer Dicarbonsäurekomponente wie Terephthalsäure, Isopththalsäure, Adipinsäure oder Sebacinsäure und einem Diamin wie Hexamethylendiamin, meta-Xylylendiamin oder 1,4-Bis-aminomethylcyclohexan handeln. Bevorzugt sind Poly-E-caprolactarn (Nylon 6) und Polyhexamethylenadipamid (Nylon 6/6). Nylon 6 ist ganz besonders bevorzugt. Die bevorzugten Polyamide zeigen eine relative Viskosität zwischen etwa 2,0 bis etwa 4,5 und vorzugsweise zwischen etwa 2,4 bis etwa 4,0.
Die primären und/oder sekundären Kerne der erfindungsgemäßen multikomponentigen Fasern können auch aus einem amorphen linearen Polymer gebildet sein, das an sich als nicht fadenbildend gilt. Geeignete amorphe Polymere zum Einsatz bei der Durchführung der Erfindung sind Polystyrol, Polyisobuten und Polymethylmethacrylat. Als amorphes Polymer zum Einsatz in den primären und/oder sekundären Kernen ist amorphes Polystyrol ganz besonders bevorzugt und davon amorphes ataktisches Polystyrol besonders bevorzugt.
Die multikomponentigen Fasern werden auf herkömmlichen Anlagen zur Faserherstellung ersponnen. So kann man beispielsweise getrennte Schmelzströme der Polymere mit unterschiedlichen relativen Viskositäten einem herkömmlichen Multispinnkopf wie dem gemäß der US-PSen 5,162,074, 5,125,818, 5,344,297, 5,455,884 und 5,533,883 zuführen, in dem die Schmelzströme zu mehrlappigen, z. B. drei-, vier-, fünf- oder sechslappigen, Fasern mit zwei separaten Polymerdomänen, beispielsweise Kernmantelgebilden, zusammengeführt werden. Vorzugsweise erzeugt die Spinndüse Fasern mit einer dreilappigen Struktur mit einem Modifikationsverhältnis von mindestens 2,0 und besonders bevorzugt von zwischen 2, 2 und 4,0. Dabei meint das "Modifikationsverhältnis" das Verhältnis R&sub1;/R&sub2;, wobei R&sub2; den Radius des den Querschnitt durch die Faser umlaufenden Innenkreises und R&sub1; den Radius des den Querschnitt umschließenden Außenkreises bedeutet.
Die extrudierten Fasern werden beispielsweise durch Abkühlen mit Luft zum Erstarren gebracht. Die Fasern können dann mit einem Gleitöl oder einem Gemisch aus Ölen und Antistatika präpariert werden. Die so gebildeten Fasern werden anschließend zu einem Garnbündel zusammengeführt und danach auf einer geeigneten Spule aufgewickelt.
Anschließend wird das Garn zu BCF-Garn für das Tuften von Teppichböden verstreckt und texturiert. Gemäß einem bevorzugten, in der Technik allgemein als Spinnstrecktexturieren bekannten Verfahren zur Herstellung von BCF-Garn werden die ausgeformten Spinnfilamente in einem einzigen Verfahrensschritt vereinigt und dann verstreckt, texturiert und auf einer Spule aufgewickelt.
Nylonfilamente für die Herstellung von Teppichböden besitzen Einzeltiter im Bereich von etwa 3,3 · 10&supmin;&sup4; bis etwa 8,3 · 10&supmin;³ g/m (etwa 3 bis etwa 75 den) (den, Denier = Gewicht eines 9000 m langen Einzelfilaments in Gramm). Der Einzeltiter für Teppichfasern liegt besonders bevorzugt bei etwa 1,7 · 10&supmin;³ bis 3,1 · 10&supmin;³ g/m (etwa 15 bis 28 den).
Danach können die BCF-Garne verschiedene an sich bekannte Verarbeitungsschritte durchlaufen. Zur Herstellung von Teppichböden werden die BCF-Garne beispielsweise in der Regel in einen biegsamen Erstrücken eingetuftet. Erstrückenmaterialien werden in der Regel unter Jutegeweben, Polypropylengeweben, cellulosischen Vliesstoffen und Vliesstoffen aus Nylon, Polyester und Polypropylen ausgewählt. Der Erstrücken wird anschließend mit einem geeigneten Latexmaterial wie einem herkömmlichen Styrolbutadienlatex (SB), Vinylidenchloridpolymer oder Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Copolymer beschichtet. Gewöhnlich wird ein Füllstoff wie Calciumcarbonat verwendet, um die Latexkosten zu verringern. Im letzten Schritt erfolgt das Aufbringen eines Zweitrückens, in der Regel eines Gewebes aus Jute oder einer Synthesefaser wie Polypropylen. Vorzugsweise werden bei Teppichböden ein Erstrücken aus Polypropylengewebe, eine herkömmliche Latexformulierung aus Styrolbutadien und als Zweitrücken entweder ein Jutegewebe oder ein Polypropylengewebe eingesetzt. Der SB-Latex kann Calciumcarbonat-Füllstoff oder einen oder mehrere der oben aufgeführten Hydratstoffe enthalten.
Die erfindungsgemäßen Fasern können jedoch nicht nur zu BCF-Garnen für die Teppichherstellung verarbeitet werden, sondern auch als Faserstoffe für unterschiedlichste textile Zwecke dienen. Dabei können die Fasern gekräuselt oder sonstwie texturiert und anschließend in beliebig lange Stapelfasern mit Einzelfaserlängen von etwa 3,81 bis etwa 20,32 cm (etwa 1¹/&sub2; bis etwa 8 Zoll) geschnitten werden.
Die erfindungsgemäßen Fasern können nach herkömmlichen Verfahren gefärbt oder eingefärbt werden. So kann man beispielsweise auf die erfindungsgemäßen Fasern solange ein saures Färbebad einwirken lassen, bis die gewünschte Faserfärbung erreicht ist. Alternativ dazu kann der Nylonmantel auch in der Masse vor Faserbildung mit dafür bekannten Pigmenten ein- bzw. spinngefärbt werden.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden in den folgenden, nichteinschränkenden Beispielen konkrete Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.

Beispiele

In dem folgenden, nichteinschränkenden Beispiel wird die vorliegende Erfindung näher erläutert.
Auf der Anlage gemäß der US-PS 5,244,614 von Hagen werden Polyethylenterephthalat (Typ T782 der Intercontinental Polymer Corporation, im folgenden "PET"), Nylon 6 (Ultramid® der BASF Corporation), schwarzpigmentiertes Nylon 6 und Polystyrol (der BASF Corporation) extrudiert. Die Anteile der jeweiligen polymeren Komponenten liegen bei 20 Gew.-% PET, 35 Gew.-% Nylon 6, 30 Gew.-% schwarzpigmentiertes Nylon 6 und 15 Gew.-% Polystyrol. Die Temperatur der letzten Extruderzone beträgt beim PET 295ºC, bei Nylon 6 275ºC, beim schwarzpigmentierten Nylon 6 275ºC und beim Polystyrol 260ºC. Die Spinnkopftemperatur beträgt 270ºC.
Der Spinnkopf ist mit den dünnen Platten gemäß den US-PSen 5,344,297, 5,162,074 und 5,551,588 von Hills ausgeführt. Dabei sind wie aus Fig. 1 ersichtlich zur Belieferung jedes Polymerschmelzstroms ausgeführte dünne Platten vor der Zufuhröffnung der Spinnkapillare angeordnet. Im einzelnen enthält die dünne Platte 10 eine dem primären Kern zugeordnete Öffnung 12 zur Aufnahme der Polystyrolkomponente sowie drei aufeinanderfolgende, von der primären Öffnung 12 und voneinander radial gleich beabstandete, den Nebenkernen zugeordneten Öffnungen 14. Die Nebenkernöffnungen 14 sind jeweils von einer Reihe von gleich beabstandeten Öffnungen 16 für den primären Mantel umgeben.
Die einzelnen Polymerströme werden durch die dünne Platte 10 gemäß Fig. 1 geleitet und in der Vorrichtung gemäß der US-PS 2,989,789 von Bannerman verarbeitet, wobei der PET-Schmelzstrom als vollständiger sekundärer Mantel zugeführt wird, der die Polymerströme durch die dünne Platte 10 hindurch vollständig umgibt. Der gesamte Strom der Polymere, nämlich PET, Nylon 6, schwarzpigmentiertes Nylon 6 und Polystyrol, wird in 58 Teilströme geteilt, die jeweils der Zufuhröffnung einer herkömmlichen Spinndüsenöffnung gemäß Fig. 2 zugeführt werden, wobei sich eine entsprechende Anzahl, d. h. 58, von Filamenten bildet.
In der beiliegenden Fig. 3 ist ein Querschnitt durch das dabei entstandene Filament 20 zu sehen. Man erkennt, daß das Filament 20 einen zentralen primären Kern 22 aus Polystyrol sowie drei jeweils mittig in den Faserlappen angeordnete radial längliche sekundäre Kerne 24 aus dem schwarzpigmentierten Nylon 6 enthält. Diese primären bzw. sekundären Kerne 22, 24 sind vollständig von einem primären inneren Mantel 26 aus Nylon 6 umgeben, der wiederum vollständig von einem sekundären äußeren Mantel 28 aus PET umgeben ist. Die Domänen 22-28 dehnen sich jeweils nebeneinander über die ganze Länge des Filaments 20 aus.
Die Filamente werden in einer kontinuierlichen Spinnstreckanlage (Rieter J0/10) bei einem Streckverhältnis von 2,8 und einer Aufwickelgeschwindigkeit von 2200 Metern pro Minute abgekühlt, verstreckt und texturiert.

Claims

1. Multikomponentige Synthesefaser, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser (20) einen primären Kern (22), mehrere davon und voneinander im wesentlichen gleich beabstandete sekundäre Kerne (24) sowie einen den primären Kern (22) und die sekundären Kerne (24) vollständig umgebenden primären Mantel (26) enthält.

2. Multikomponentige Synthesefaser nach Anspruch 1, zusätzlich enthaltend einen den primären Mantel (26) mindestens teilweise umgebenden sekundären Mantel (28).

3. Multikomponentige Synthesefaser nach Anspruch 1 oder 2, bei der der primäre Kern (22) und die sekundären Kerne (24) aus unterschiedlichen Polymeren gebildet sind.

4. Multikomponentige Synthesefaser nach Anspruch 3, bei der der primäre Kern (22) aus einem nicht fadenbildenden Polymer gebildet ist.

5. Multikomponentige Synthesefaser nach Anspruch 4, bei der der primäre Kern (22) aus mindestens einem Polymer aus der Gruppe Polystyrol, Polyisobuten und Polymethylmethacrylat gebildet ist.

6. Multikomponentige Synthesefaser nach Anspruch 1, ausgeführt als dreilappige Faser.

7. Multikomponentige Synthesefaser nach Anspruch 6, bei der der primäre Kern (22) konzentrisch in der dreilappigen Faser angeordnet ist.

8. Multikomponentige Synthesefaser nach Anspruch 7, bei der die radial länglichen sekundären Kerne (24) jeweils in einem der Lappen angeordnet sind.

9. Multikomponentige Synthesefaser nach Anspruch 8, bei der der primäre Kern (22) aus Polystyrol, die sekundären Kerne (24) aus pigmentiertem Nylon und der primäre Mantel (26) aus nicht pigmentiertem Nylon gebildet sind.

10. Multikomponentige Synthesefaser nach Anspruch 9, zusätzlich enthaltend einen den primären Mantel (26) mindestens teilweise umgebenden sekundären Mantel (28).

11. Multikomponentige Synthesefaser nach Anspruch 10, bei der der sekundäre Mantel (28) aus Polyethylenterephthalat gebildet ist.

12. Multikomponentige Synthesefaser nach Anspruch 1, ausgeführt als mehrlappige Faser, enthaltend einen primären Kern (22), einen in einem Lappen der Faser (20) angeordneten sekundären Kern (24) sowie einen den primären (22) und sekundären (24) Kern vollständig umgebenden Mantel (26).

13. Multikomponentige Faser nach Anspruch 1 oder 12, ausgeführt als verstreckte dreilappige Teppichfaser.

14. Garn aus mehreren Teppichfasern gemäß Anspruch 13.

15. Textiles Flächengebilde aus mehreren Fasern gemäß einem der Ansprüche 1-12.

16. Verfahren zur Herstellung einer multikomponentigen Faser gemäß einem der Ansprüche 1-12, bei dem man jeweilige Schmelzströme verschiedener Polymere einer Spinndüse zuführt, die verschiedenen Polymere über Öffnungen der Spinndüse so zu einer multikomponentigen Faser (20) ausformt, daß im Faserquerschnitt ein erstes Polymer als primärer Kern (22), ein zweites Polymer als mehrere davon und voneinander gleich beabstandete sekundäre Kerne (24) und ein drittes Polymer als ein den primären Kern (22) und die sekundären Kerne (24) vollständig umgebenden primären Mantel (26) vorliegt, und danach die multikomponentige Faser abkühlt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem man zusätzlich die multikomponentige Faser um mindestens 10% verstreckt.

18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem man zusätzlich ein viertes Polymer so über die Öffnungen ausformt, daß sich ein den primären Mantel (26) mindestens teilweise umgebender sekundärer Mantel (28) bildet.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem man als erstes Polymer Polystyrol, als zweites Polymer pigmentiertes Nylon, als drittes Polymer nicht pigmentiertes Nylon und als viertes Polymer Polyethylenterephthalat einsetzt.